Przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) to układ, który przekształca sygnał analogowy (np. napięcie) na postać cyfrową. Innymi słowy, pozwala mikrokontrolerom “zobaczyć” analogowy świat – wartości takie jak temperatura, ciśnienie, jasność itp. są zamieniane na cyfrowe liczby:contentReference[oaicite:2]{index=2}. Z punktu widzenia elektronika hobbysty, konwertery ADC są niezwykle przydatne, gdy potrzebujemy pomiarów analogowych w projekcie cyfrowym. Na przykład dzięki nim Arduino lub Raspberry Pi mogą odczytywać pomiary z czujników analogowych, co znacznie ułatwia integrację sygnałów z rzeczywistego świata.

Jak działają konwertery ADC

ADC próbkuje napięcie wejściowe odniesione do napięcia referencyjnego i zamienia je na wartość liczbową. Ważnymi parametrami przetworników ADC są:

• Rozdzielczość – liczba bitów pomiaru. Wyższa rozdzielczość (np. 12, 16 lub 24 bity) oznacza dokładniejszy pomiar. Na przykład 16-bitowy ADC może rozróżnić 65536 poziomów napięcia w określonym zakresie:contentReference[oaicite:3]{index=3}.
• Szybkość próbkowania – jak często ADC może mierzyć sygnał (np. setki próbek na sekundę). Dla większości zastosowań hobbystycznych wystarczają urządzenia o prędkości rzędu kilkuset próbek na sekundę.
• Liczba kanałów – ile niezależnych wejść analogowych posiada moduł. Spotyka się konwertery 2-, 4- lub 8-kanałowe, co pozwala podłączyć wiele czujników do jednego układu.

W praktyce konwertery ADC dostępne w sklepach dla hobbystów są zwykle układami scalonymi (np. ADS1115, MCP3008, PCF8591) obsługującymi popularne interfejsy I2C lub SPI. Przykładowo, moduł ADS1115 to 4-kanałowy przetwornik 16-bitowy komunikujący się przez I2C:contentReference[oaicite:4]{index=4}, umożliwiający dokładne pomiary do 860 próbek/s i wyposażony w programowalny wzmacniacz (PGA) do zwiększania czułości pomiaru. Z kolei układy MCP3008/MCP3004 to konwertery 10-bitowe z interfejsem SPI, często używane z Raspberry Pi czy Arduino do odczytu wielu czujników analogowych. Istnieją też inne moduły, np. PCF8591 (4xADC 8-bit z DAC) z wbudowanymi czujnikami (fotorezystor, termistor):contentReference[oaicite:5]{index=5}, co ułatwia szybkie eksperymenty z pomiarem światła i temperatury.

Oprócz liczby bitów ważne są takie parametry jak napięcie referencyjne (np. 3.3V lub 5V) oraz zakres pomiarowy. Niektóre układy pozwalają zmieniać napięcie odniesienia lub pracować w trybie różnicowym. W praktyce użytkownik wybiera konwerter odpowiedni do swoich potrzeb: jeśli potrzebna jest większa liczba kanałów, użyje 8-kanałowego MCP3008; jeśli priorytetem jest wysoka dokładność, wybierze 16-bitowy ADS1115:contentReference[oaicite:6]{index=6}.

Zasada działania

ADC działa na zasadzie próbkowania i kwantyzacji sygnału. W określonych odstępach czasu mierzona jest wartość napięcia wejściowego, która jest porównywana z napięciem referencyjnym i zamieniana na liczbę binarną. Na przykład przy 16-bitowym ADC maksymalna wartość odpowiada napięciu referencyjnemu. Proces ten wymaga wewnętrznych układów elektronicznych, dlatego w praktyce ADC spotykane są jako samodzielne układy scalone łączące się z mikrokontrolerem za pomocą I2C lub SPI.

Zastosowania w praktyce

Konwertery ADC pozwalają łatwo integrować czujniki analogowe z cyfrowymi systemami mikroprocesorowymi. Przykładowe zastosowania:

• Monitorowanie warunków środowiskowych (np. pomiar temperatury z czujnika analogowego, odczyt natężenia oświetlenia).
• Odczyt potencjometrów i innych czujników zmieniających napięcie (np. czujniki ciśnienia, wilgotności, siły).
• Pomiary napięcia zasilania – np. monitorowanie poziomu napięcia akumulatora.
• Sterowanie analogowymi elementami: przekształcenie sygnału analogowego na PWM do regulacji mocy urządzeń.
• W prostych projektach audio – rejestracja sygnału analogowego mikrofonu przed jego cyfrową obróbką.
• Projekty DIY – budowa termometrów, barografów, systemów automatyki domowej itp.

Dzięki kompatybilności z platformami Arduino i Raspberry Pi, konwertery ADC są często używane w projektach amatorskich. Pozwalają na proste rozszerzenie funkcji płytki (np. Arduino Uno) o dodatkowe wejścia analogowe o większej rozdzielczości.

Popularne modele i protokoły

Najpopularniejsze konwertery ADC w zastosowaniach hobbystycznych to układy komunikujące się przez I2C lub SPI, dzięki czemu wymagają niewielu linii sygnałowych. Do obsługi I2C wystarczą dwie linie (SDA, SCL) plus zasilanie. Często dostępne są biblioteki Arduino umożliwiające łatwy odczyt z tych układów (np. wire.h). SPI wymaga 4 linii (MOSI, MISO, SCK, CS) i również jest obsługiwany przez popularne biblioteki.

Przykłady popularnych układów:

• ADS1115 – 4-kanałowy 16-bitowy konwerter ADC z I2C:contentReference[oaicite:7]{index=7}, pozwalający na pomiary wysokiej rozdzielczości. Obsługuje programowalne wzmocnienie (PGA) do 16×, co ułatwia pomiar bardzo małych sygnałów.
• PCF8591 – 4-kanałowy 8-bitowy ADC z I2C:contentReference[oaicite:8]{index=8}; dodatkowo ma 1-kanałowe wyjście DAC. Na płytce często znajdują się czujniki (fotorezystor, termistor), co umożliwia natychmiastowe testy pomiarowe.
• MCP3008 / MCP3004 – 8-kanałowy (lub 4-kanałowy) 10-bitowy ADC z interfejsem SPI, często używany z Raspberry Pi i Arduino w projektach wymagających wielu wejść analogowych.
• ADS1015 – analogiczny do ADS1115, ale 12-bitowy; oferuje szybszą pracę (więcej próbek na sekundę) kosztem niższej rozdzielczości.

Przykłady produktów z elektroweb.pl

• Przetwornik ADS1115 ADC+PGA 16bit 4CH I2C – moduł 4-kanałowego przetwornika 16-bit (I2C):contentReference[oaicite:9]{index=9}.
• Przetwornik PCF8591 A/D 4ch 8-bit I2C – moduł 4-kanałowego 8-bitowego ADC z wbudowanym wyjściem DAC oraz czujnikami (fotorezystor, termistor):contentReference[oaicite:10]{index=10}.
• Moduł MCP3008 – 8-kanałowy konwerter 10-bitowy SPI (niezawodny w projektach z Raspberry Pi).
• Moduł MCP3004 – 4-kanałowy 10-bitowy ADC SPI.
• Przetwornik ADS1015 12bit 4CH I2C – 12-bitowa wersja ADS1115 z wyższą częstotliwością próbkowania.

FAQ

• P: Do czego służy przetwornik ADC i dlaczego jest potrzebny?
  O: ADC pozwala zamienić sygnał analogowy (np. napięcie z czujnika) na wartość cyfrową. Dzięki temu mikrokontroler może odczytywać pomiary z czujników analogowych:contentReference[oaicite:11]{index=11}. Jest niezbędny tam, gdzie chcemy, aby cyfrowy system mógł mierzyć np. temperaturę, oświetlenie czy inne wielkości fizyczne.
• P: Ile bitów powinien mieć przetwornik ADC?
  O: Większa liczba bitów oznacza większą dokładność pomiaru. Dla większości projektów hobbystycznych 12–16 bitów jest wystarczające. Ważne jest też, ile kanałów mamy do dyspozycji – więcej kanałów pozwala mierzyć kilka sygnałów równocześnie.
• P: Jak podłączyć moduł ADC do Arduino czy Raspberry Pi?
  O: Większość modułów ADC komunikuje się przez I2C lub SPI. W przypadku I2C należy podłączyć linie SDA, SCL oraz zasilanie i masę. Na Arduino biblioteka obsługująca I2C (np. Wire) umożliwia łatwe odczytywanie danych z takiego modułu. Dla SPI łączy się linie MISO/MOSI, SCLK oraz CS.
• P: Czy Arduino ma wbudowany przetwornik ADC?
  O: Tak, np. Arduino Uno ma 6 kanałów ADC 10-bit. Jeśli potrzebujemy więcej kanałów lub wyższej rozdzielczości, warto zastosować zewnętrzne moduły ADC.
• P: Do czego służy konwerter MCP3008?
  O: MCP3008 to 8-kanałowy 10-bitowy ADC z interfejsem SPI. Jest często używany z Raspberry Pi do odczytu wielu czujników analogowych (np. potencjometrów, termistorów) tam, gdzie płytka nie posiada wbudowanych wejść analogowych.
• P: Czym różni się ADC od przetwornika DAC?
  O: ADC (Analog-to-Digital Converter) zamienia sygnał analogowy na cyfrowy, podczas gdy DAC (Digital-to-Analog Converter) robi odwrotnie, generując sygnał analogowy z wartości cyfrowych. Oba są wykorzystywane w elektronice, ale pełnią odmienne funkcje.
• P: Jakie są przykłady czujników analogowych?
  O: To np. fotorezystory (czujniki światła), termistory (czujniki temperatury), czujniki wilgotności, analogowe czujniki siły (gdzie mierzymy napięcie na rezystorze pomiarowym), potencjometry i wiele innych. Wszystkie one wyjściem mają analogowe napięcie.
• P: Co zrobić, gdy potrzebuję wielu odczytów z czujników analogowych?
  O: Wykorzystaj zewnętrzny konwerter ADC z wieloma kanałami. Na przykład ADS1115 ma 4 wejścia, MCP3008 ma 8. Dzięki temu jedno wyjście mikrokontrolera (np. szyna I2C lub SPI) może obsłużyć wiele sygnałów analogowych.