# ADC Principles

<figure><img src="https://1856353139-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-x-prod.appspot.com/o/spaces%2F-MClo3nC-1US0rbK8Qau%2Fuploads%2FknI8HhqeX24M2wkdpZHS%2FADC%20and%20DAC.jpg?alt=media&#x26;token=8970503c-df34-4ab7-891b-8979a1aa3472" alt=""><figcaption></figcaption></figure>

มีหลายเทคนิคที่ถูกนำมาใช้ในการแปลงสัญญาณอนาล็อก เพื่อเป็นข้อมูลค่าดิจิตอล ที่นิยมกันตัวอย่างเช่น successive approximation conversion, parallel-encoded conversion (หรือ flash conversion), delta-sigma processing และ pulse-code modulation (PCM) เป็นต้น&#x20;

ซึ่งหนึ่งในเทคนิคที่ถูกใช้มากที่สุดคือ วิธีการประมาณค่าต่อเนื่อง (successive approximation conversion) โดยเทคนิคนี้จะทำการแปลงแต่ละบิตของผลลัพธ์แบบไบนารีจะถูกค้นหา หนึ่งบิตต่อครั้ง—เริ่มจาก [MSB bit](https://www.youtube.com/watch?v=_VmD99A69TY) ซึ่งวิธีนี้จะทำการแปลงที่ค่อนข้างเร็ว (ในช่วงเวลาประมาณ 10 ถึง 300 μs) ด้วยจำนวนวงจรที่จำกัด ดังตัวอย่างรูปข้างล่าง เป็นการแปลงค่าประมาณต่อเนื่องขนาด 8-bit แบบง่าย&#x20;

<figure><img src="https://1856353139-files.gitbook.io/~/files/v0/b/gitbook-x-prod.appspot.com/o/spaces%2F-MClo3nC-1US0rbK8Qau%2Fuploads%2FlQqIz0LXZpVq4szxQHwH%2Fsuccessive%20approximation.jpg?alt=media&#x26;token=fa003008-87c7-44dd-8ba4-a5d0fcc61fab" alt=""><figcaption><p>Successive Approximation Conversion Technique</p></figcaption></figure>

ใน  PSoCᵀᴹ ไมโครคอลโทรเลอร์ จะมีตัว ADC เป็นส่วนประกอบฮาร์ดแวร์ที่สามารถอ่านแรงดันจากขาอนาล็อก (โหมดแบบเดี่ยว - <mark style="color:blue;">single ended mode</mark>) หรือคู่ขาอนาล็อก (โหมดเชิงเส้น - <mark style="color:blue;">differential mode</mark>) แล้วแปลงเป็นค่าดิจิตอลที่ PSoCᵀᴹ ไมโครคอลโทรเลอร์ สามารถตีความได้ โดยในโหมดแบบเดี่ยว ADC จะอ่านแรงดันที่ขาอนาล็อกที่ระบุเมื่อเทียบกับดินหรือค่าอ้างอิงอื่นๆ <mark style="color:red;">ในขณะที่</mark> ในโหมดเชิงเส้น ADC จะอ่านแรงดันระหว่างขาอนาล็อกสองขาที่ระบุ จำนวนบิตในผลลัพธ์ที่ ADC สร้างขึ้นจะกำหนดความละเอียดของ ADC ตัวอย่างเช่น ผลลัพธ์ที่ 12-bit ADC สามารถสร้างขึ้นจะอยู่ในช่วง

* `0 → 2¹²` = `0 → 4096` สำหรับการวัดในโหมดแบบเดี่ยว&#x20;
* `-2¹¹ → 2¹¹` = `-2048 → +2048` สำหรับการวัดในโหมดแบบเชิงเส้น

ในช่วงแรงดันอินพุตของ PSoCᵀᴹ ADC สามารถปรับค่าได้และแตกต่างกันตามอุปกรณ์ โดยทั่วไปแรงดันที่สามารถวัดได้คือ `0 → 2*Vref` สำหรับการวัดแบบเดี่ยวและ `Vx ± Vref` สำหรับการวัดแบบเชิงเส้น โดยที่ Vref เป็นแรงดันอ้างอิงที่สร้างขึ้นในชิป และ Vx เป็นอินพุตลบ สำหรับการวัดแบบเชิงเส้น&#x20;

ผลลัพธ์ที่ ADC สร้างขึ้นมีหน่วยว่า "counts" โดยแต่ละ "count" แทนส่วนหนึ่งของช่วงแรงดันอินพุตทั้งหมด&#x20;

> **ตัวอย่างเช่น**
>
> &#x20;ถ้าช่วงอินพุตคือ ±5V (ทั้งหมด 10V) และ ADC มีความละเอียด 12 บิต (12-bit หรือ 2¹²) ดังนั้นแต่ละ count จะเท่ากับ

$$
count = {10v  \over 2^{12}-1} \approx 0.00242 V/count
$$

หรือเท่ากับ

$$
\= 409.5 counts/V
$$

{% hint style="info" %} <mark style="color:red;">**คำถาม:**</mark> ถ้า input voltage ที่เข้าไปเท่ากับ 2V ตัว ADC จะนับจำนวน count ออกมาได้เท่าไหร่

<mark style="color:green;">**คำตอบ:**</mark> counts = 409.5 \* 2 = 819 counts
{% endhint %}

PSoCᵀᴹ devices มี ADC อยู่สองแบบคือ

1. Successive Approximation Register (SAR)
2. Sigma-Delta or Delta-Sigma&#x20;

ในการเขียนโปรแกรมสำหรับบอร์ด PSoC6 จะมีการเรียกใช้ฟังก์ชัน [cyhal\_adc\_init](https://infineon.github.io/mtb-hal-cat1/html/group__group__hal__adc.html#ga7618b26a0677cb3f8cd477e3731da510) เพื่อกำหนดการทำงานเริ่มต้นให้กับ PSoCᵀᴹ ADC ผ่านตัวแปร `obj` ของ ADC object, ตัวแปร `pin ของ` input pin และตัวแปร `clk` ของ clock&#x20;

นอกจากนั้นจะเรียกใช้ฟังก์ชัน [cyhal\_adc\_channel\_init\_diff](https://infineon.github.io/mtb-hal-cat1/html/group__group__hal__adc.html#gaba21a0c4d83266951823ea5d9eba39b9) เพื่อกำหนดจำนวนช่องสัญญาณที่จะรับเข้ามา (channel) และฟังก์ชัน [cyhal\_adc\_read](https://infineon.github.io/mtb-hal-cat1/html/group__group__hal__adc.html#ga7207c3d089c48255e382cfe159a04ed0) สำหรับการอ่านผลลัพธ์จากการแปลงสัญญาณอนาล็อกเป็นดิจิตอลต่อไป

{% hint style="info" %}
*ตัวอย่างโปรแกรมการอ่านค่าสัญญาณอนาล็อกแบบ 1 channel* &#x20;
{% endhint %}

```c
cy_rslt_t           rslt;
cyhal_adc_t         adc_obj;
cyhal_adc_channel_t adc_chan_0_obj;
// ADC conversion result.
int32_t adc_out;
 
// Initialize ADC. The ADC block which can connect to pin ADC_VPLUS1 is selected
rslt = cyhal_adc_init(&adc_obj, ADC_VPLUS1, NULL);
 
// Initialize ADC channel, allocate channel number 0 to pin ADC_VPLUS1 as this is the first
// channel initialized
const cyhal_adc_channel_config_t channel_config =
    { .enable_averaging = false, .min_acquisition_ns = 220, .enabled = true };
rslt = cyhal_adc_channel_init_diff(&adc_chan_0_obj, &adc_obj, ADC_VPLUS1, CYHAL_ADC_VNEG,
                                 &channel_config);
 
// Read the ADC conversion result for corresponding ADC channel. Repeat as necessary.
adc_out = cyhal_adc_read(&adc_chan_0_obj);
 
// Release ADC and channel objects when no longer needed
cyhal_adc_channel_free(&adc_chan_0_obj);
cyhal_adc_free(&adc_obj);
```

รายละเอียดเพิ่มเติมทางเทคนิค

* [PSoCᵀᴹ 6 SAR ADC Datasheet](https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-PSoC_6_Scanning_SAR_ADC_\(Scan_ADC\)_2.0-Software+Module+Datasheets-v03_01-EN.pdf?fileId=8ac78c8c7d0d8da4017d0eb28a4b2b24\&utm_source=cypress\&utm_medium=referral\&utm_campaign=202110_globe_en_all_integration-files\&redirId=File_3_2120)
* [Cypress Delta-Sigma ADC Datasheet](https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-Component_Delta_Sigma_ADC_\(ADC_DelSig\)_V3.30-Software+Module+Datasheets-v03_03-EN.pdf?fileId=8ac78c8c7d0d8da4017d0e7ce9430ebe\&utm_source=cypress\&utm_medium=referral\&utm_campaign=202110_globe_en_all_integration-files\&redirId=File_4_0_18)
* [SAR ADC Architecture](https://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-021.pdf)
* [Sigma-Delta ADC Interactive Illustration](https://www.analog.com/en/design-center/interactive-design-tools/sigma-delta-adc-tutorial.html)
* [SAR and delta-sigma: Basic operation](https://www.youtube.com/watch?v=U_Yv69IGAfQ)