La conversione AD

La conversione Analogico- Digitale (ADC)

Un sistema di controllo elettronico, anche per un semplice processo come può essere la regolazione di una temperatura, richiede che uno o più elementi dell' ambiente da controllare siano resi disponibili per l' elaborazione da parte del controllo stesso.

Di base, un sistema di controllo comprende ingressi, uscite e una unità centrale di elaborazione del processo. Gli ingressi saranno costituiti dai sensori che rilevano le grandezze da tenere sotto controllo: può trattarsi della temperatura, della luminosità, di pressioni o pesi, di forze, di velocità, di umidità, ma anche di suono, immagine, ecc.

Le uscite comanderanno le periferiche e gli attuatori necessari al controllo (relè, motori, valvole, ma anche monitor, sistemi di trasmissione radio, ecc).

Tutti questi elementi vanno trasformati in modo adeguato alle necessità del controllo di processo per poter essere da questo elaborati.

Un contatto elettrico si presta ad essere direttamente interfacciato con il microcontroller in quanto replica la situazione aperto-chiuso / 1-0, propria del sistema binario, base dell' elaborazione digitale dei dati.
Ad ogni contatto si farà corrispondere un bit di ingresso del computer e così fine corsa, encoder, pulsanti, commutatori, ecc, saranno facilmente integrati nel sistema essendo di per se "digitali".

Però, l' acquisizione delle grandezze fisiche come temperatura, pressione, forza, immagine, luminosità, ecc., è ottenuta attraverso "sensori", ovvero dei dispositivi più o meno complessi in grado di trasformarle in segnali elettrici.  Fin qui non c'è molto di strano: l' automazione, con l' elettronica a stato solido è diventata di impiego capillare e tutti in casa hanno numerosissimi dispositivi controllati elettronicamente, dalla caldaia al ferro da stiro, dal tostapane alla lavatrice, ma anche telefono cellulare, televisione, ecc.

Occorre considerare, però, che ci troviamo di fronte ad un mondo reale in cui le grandezze fisiche variano in modo "analogico", ovvero la loro variazione nel tempo, per quanto rapida possa essere, è continua, attraversando tutti i valori possibili della gamma.
Quando le vogliamo utilizzare come ingressi di un sistema elettronico, abbiamo detto, lo facciamo trasformandole in segnali elettrici, attraverso dei sensori adeguati. Ad esempio, una temperatura sarà convertita da una resistenza che varia il suo valore in proporzione alla variazione della temperatura (termistore); così pure sarà per la luce o per la pressione. Però si tratta di variazioni non tra due livelli "digitali", 1-0/aperto-chiuso/alto-basso, ma di una variazione "analogica" attraverso molteplici valori. 
Se vogliamo un esempio comune, anche se improprio, pensiamo ad una lampada azionata attraverso un interruttore e un' altra azionata attraverso un varialuce (dimmer): la prima avrà solamente due possibilità: accesa o spenta, ovvero o zero o il massimo. La seconda potrà variare l' intensità tra zero e il massimo in modo continuo.

Un sistema di controllo che sia esso stesso lineare, utilizzando essenzialmente amplificatori operazionali, potrà trattare questi segnali "così come stanno".

Però, la tendenza, da tempo, è quella di applicare sempre più elettronica basata su computer, ormai diventati piccolissimi ed economicissimi (microcontroller).  E questi sono di natura digitale, ovvero possono rappresentare i fenomeni solo attraverso formulazioni numeriche definite, attraverso modelli logici, la cui implementazione avviene, come sappiamo, attraverso sistemi binari, ovvero numerazioni dotate di due sole cifre. Ci si potrebbe chiedere perchè è così importante l' impiego di computer.

Un esempio per chiarire: la bilancia classica con uno o due piatti è, di base, uno strumento analogico che, attraverso un sistema meccanico, fa coincidere il peso con una indicazione leggibile attraverso un indice su una scala. 
Un passaggio successivo è quello della bilancia elettronica, che converte il peso con un sensore apposito (cella di carico) in un segnale elettrico, che il computer di bordo rappresenta su un display a sette segmenti. 
Fino a qui non ci sarebbe alcuna differenza sostanziale nel risultato. 
Pensiamo però ad una semplice bilancia elettronica da cucina: nel momento in cui introduciamo un microprocessore, possiamo avere la possibilità di fissare una tara variabile, dipendente dalla ciotola che usiamo per contenere il materiale da pesare.
E nelle bilance prezzatrici del supermercato vediamo che l' elaboratore digitale può fare ben di più che non il semplice display del peso: il peso viene comparato con un dato di costo e viene stampato un cartellino con bar code adatto alla successiva elaborazione alla cassa. Il peso, convertito in dato digitale, entra a far parte delle variabili trattate dall' elaboratore per il calcolo del prezzo. La bilancia è collegata in rete ad un elaboratore centrale e può ricevere una lista dei prezzi delle varie merci ed aggiornare così le proprie operazione in modo del tutto automatico.

E così per la temperatura, la pressione, l' umidità, ma ancor più per la voce, la musica, l' immagine fissa e in movimento. Tutte queste grandezze, di per sè analogiche, una volta trasformate in dati digitali ed elaborate attraverso il computer, danno i fantastici risultati che l' elettronica attuale ci offre.

Poichè esiste, quindi, la necessità di convertire i segnali analogici del modo esterno in modo tale da poter essere elaborati dal microprocessore, occorre un mezzo per effettuare questo passo.

L' operazione su chiama conversione Analogico-Digitale o ADC (Analog to Digital Conversion) e il dispositivo che svolge questa funzione si chiama Convertitore Analogico-Digitale, abbreviato in AD o ADC.