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Analog in digital umwandeln - Wissenswertes zur Umwandlung von elektrischen Werten

Bei elektrischen Werten handelt es sich in der Regel um analoge Signale. Für die Verarbeitung in einem digitalen Gerät wie dem Computer müssen diese Signale zunächst von analog in digital umgewandelt werden. Dies geschieht mit entsprechenden Schaltungen.

AD-Wandler befinden sich in vielen Schaltungen.
AD-Wandler befinden sich in vielen Schaltungen.

Die Umwandlung von analog in digital

Für die Verarbeitung in Computern oder Mikrocontrollern müssen Messwerte, die analog sind, zunächst in eine digitale Form umgewandelt werden.

  • Dieses Umwandeln erfolgt durch einen sogenannten Analog-digital-Wandler oder auch kurz AD-Wandler genannt.
  • Der AD-Wandler erfasst zunächst das analoge Signal bzw. den Messwert und setzt diesen in einen digitalen Wert um, welcher von Mikrocontrollern oder Computern weiterverarbeitet werden kann.
  • Das Umwandeln der analogen Messwerte kann auf verschiedene Art erfolgen.

Es gibt verschiedene Arten von AD-Wandlern

  • Eins dieser Verfahren wird als Parallelverfahren bezeichnet. Bei diesem Verfahren werden verschiedene Referenzspannungen im Messbereich des AD-Wandlers erzeugt, welche mit dem Messwert verglichen werden. Stimmt der Messwert mit einer dieser Referenzspannungen überein, so wird diese Spannung als ermittelter Wert in digitaler Form ausgegeben. Allerdings eignet sich diese Art des AD-Wandlers nur bei Schaltungen, welche wenige verschiedene Messwerte ermitteln müssen.
  • Beim Annäherungsverfahren wird ebenfalls eine Referenzspannung bereitgestellt, welche zunächst halbiert wird. Diese wird mit der gemessenen Eingangsspannung verglichen. Wenn die Eingangsspannung höher ist als die Referenzspannung, dann wird die Referenzspannung auf die Hälfte des oberen Bereichs (zwischen ursprünglicher Referenzspannung sowie deren Hälfte) gesetzt und anschließend wieder mit dem Messwert verglichen. Dieser Vorgang wird so lange fortgesetzt, bis der anliegende Messwert möglichst genau mit dem ermittelten Wert übereinstimmt.
  • Als drittes Verfahren soll an dieser Stelle das sogenannte Zählverfahren erwähnt werden. Hier wird die zur Verfügung stehende Referenzspannung auf den kleinsten Teil reduziert (abhängig von der Auflösung des Wandlers). Anschließend erfolgt ein Vergleich mit der Eingangsspannung. Ist diese höher als der Bruchteil der Referenzspannung, so wird die Testspannung schrittweise so lange erhöht, bis sie mit dem Messwert übereinstimmt.
  • Das zuletzt genannte Verfahren braucht in der Regel die längste Zeit zum Ermitteln des Messwertes. Abhängig von der Auflösung des AD-Wandlers (die maximale Anzahl der bereitstehenden Referenzspannungen bzw. deren Bruchteile) können hiermit aber analoge Messwerte relativ genau bestimmt werden.
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