【初心者】AD変換、ADコンバータとは？DA変換との違いは？イラストを用いてわかりやすく解説！

皆さんこんにちは！メカ旦那です。

アナログ信号をデジタル信号に変換する「AD変換」とそれを実現するIC「ADコンバータ」はあらゆる電子回路で用いられています。そんな両者についてわかりやすく解説します！

有名なADコンバータ「MCP3008/3004/3208/3204」の使い方は別記事で解説していますので、気になる方はこちらもぜひご覧ください。

アナログ、デジタルとは？

まずは、アナログとデジタルの違いについてです。アナログは「連続的な値を取る信号」の事で、デジタルは「0と1の2値で表される信号」の事です。

アナログの例として、電圧、電流、可変抵抗が挙げられます。一方、デジタルの例はPC間・マイコン間の通信が挙げられます。

AD変換とは？

変換プロセス

AD変換（A/D変換、アナログ・デジタル変換）とは、アナログ信号をデジタル信号に変換する事です。AD変換は様々ありますが、典型的な「PCM変換」を例に解説します。変換は標本化→量子化→符号化→（代表値変換）の順で実施します。

用途

AD変換は身の回りのあらゆる所で使われています。

DA変換との違い

ちなみにAD変換と似たような言葉に「DA変換」があります。こちらはAD変換とは逆でデジタル信号をアナログ信号に変換します。以下はDA変換のプロセスですが、先ほどのAD変換の例を逆にして元のアナログ信号に近い波形を作り出す事を考えてみます。

DA変換の用途としては以下があります。

ADコンバータとは？

AD変換を利用したIC

ADコンバータ（A/Dコンバータ、ADCなど）とは、前述のAD変換を実現するIC部品になります。

アナログ入力のチャンネル数（端子数）、分解能、出力時のシリアル通信方式、電源電圧等で様々な製品があります。

形も色々ありますが、IC単体や基板実装されたものでしたら秋月電子やAmazonで安く入手できます。また筐体付きのモジュールとしてUSBと接続できるタイプも売られています。

各マイコンのADコンバータ機能

一般的にマイコンやPCがアナログ入力する際、ADコンバータが必要になります。しかしArduinoやラズパイピコなど一部のマイコンではAD変換機能を組み込んでいます。そちらについて解説します。

Arduino Uno

電子工作では有名なArduino Unoはアナログ入力ピン（A0～5）があり、センサ等のアナログ出力を直接接続する事ができます。入力電圧範囲は0~5V、分解能は10bit（0~1023の整数値に変換）になります。

Arduino Leonard

Arduino Leonardは、Unoよりアナログ入力ピンがさらに増えます（A0～A11、入力電圧範囲と分解能はUnoと同じ）。更にUnoより安価な為、アナログ入力をたくさん使いたい方にはオススメです。

Raspberry Pi Pico

ラズパイピコはアナログ入力ピンが3つあり（ADC0,1,2）、入力電圧範囲は0~3.3V、分解能は12bit（0~4095の整数値に変換）になります。

ラズパイにはAD変換がない！

ちなみにPicoではない一般的な「Raspberry Pi」はADコンバータ（アナログ入力）がありません。なぜかと言うと、今まで上げたのは全て「マイコン」なのに対し、一般的なラズパイは「コンピュータ」であり、周辺機器からの入力はデジタルを想定して設計されているためです。

そのためピコ以外のラズパイは一応データシートを確認の上、アナログ入力ピンが無い場合は別途ADコンバータを外付け接続してくださいね。

DAコンバータとの違い

ADコンバータと名前が似ている「DAコンバータ」は、前述のDA変換を実現する部品になります。

入力時のシリアル通信方式、分解能、アナログ出力チャンネル数（端子数）によって様々な製品があります。

形は色々ありますが、ADコンバータ同様、IC単体や基板実装されたものでしたら秋月電子やAmazonで安く入手できます。

まとめ

AD変換のまとめです！

マイコンや電子工作では頻繁に利用するので、ぜひ覚えてくださいね！