embedded - 将 ADC 二进制转换为电压

Question

假设我有一个 12 位模数转换器（4096 个 bin）。假设我有一个 0 到 5 伏的信号。

将 ADC 二进制转换为伏特的正确转换公式是什么？

V = ADC / 4096 * 5

或者

V = ADC / 4095 * 5

我是否因为 ADC 中有 4096 个 bin 而除以 4096？

还是我除以 4095，因为这是 ADC 返回的最高值？

Answer 1

Brian 关于检查 ADC 数据表的建议是理想的。但！假设您的最大电压 (5V) 等于最大 ADC 输入（12 位 = 4095），则以下转换应该适合您：

const float maxAdcBits = 4095.0f; // Using Float for clarity
const float maxVolts = 5.0f;      // Using Float for clarity
const float voltsPerBit = (maxVolts / maxAdcBits);

float yourVoltage = ADCReading * voltsPerBit;

使用 Excel 快速检查数学让我相信这是正确的。

Answer 2

V = ADC / 4096 * 5

是将数字值转换回模拟电压（近似值）的正确公式。

这是根据由 Walt Kester（Newnes，2005 年）编辑的The Data Conversion Handbook提供的，可在（截至 2018 年 10 月 18 日）在：

https://www.analog.com/en/education/education-library/data-conversion-handbook.html

具体参见第 2 章中的图 2.4 和 2.5：

在您的情况下，FS 将是 5 V。（当然，您使用的是 12 位 ADC，而不是 3 位 ADC。）请注意，即使 ADC 值是最大可能值（在您的情况下为 4095） ，相应的模拟电压将略低于“满量程”电压（在您的情况下为 5 V）。

Answer 3

ADC 的规范应该确定 5V 是如何用 12 位表示的。

我怀疑 4095 对应于 5V，因此您的第二个解决方案是正确的。否则，您将永远无法正确识别 5V 信号。

Answer 4

对于 12 位值，最大可表示值为 4095，但当然总共有 4096 个值（包括零）。假设您的 ADC 是线性的，那么是的，4095 相当于满量程。这不一定是 5V，但无论您的参考电压是否等于或超过该电压的值（当然）。

Answer 5

你想有多挑剔？如果您真的想挑剔，那么您还应该考虑每个“bin”代表一个小范围的值（在您的情况下约为 1.2 mV）。那么在转换成电压值的时候，是要返回bin中间的电压值，还是bin下边缘的电压值呢？也就是说，您是否想在您报告的值中有效地“截断”或“舍入”？

此外，ADC 的步长可能是均匀的（线性），但要注意 ADC 对范围两端的 bin 的作用。这些箱子可能是其他箱子宽度的一半。这取决于 ADC，因此请检查规格。

这个问题是否重要取决于您的应用程序。