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1、本次课内容1、ADC的转换原理； 2、ADC的主要参数。 3、模数典型芯片介绍； 4、ADC的基本应用方法。模数转换器及其应用8.3 模数转换器（ADC）ADC作用：将模拟量转换为数字量。主要应用：(低速)数字万用表，电子秤 等；(中速)工业控制，实验设备等；(高速) 数字通信、导弹测远等；(超高速)数字音频 、视频信号变换、气象数据分析处理。ADC输入是模拟量，输出是数字量；ADC输出的数字量可视为输入电压(电 流)与基准电压(电流)相比所占的比例。ADC输出与输入关系可表示如下：即ADC是将输入信号Ain与其所能分辨的 最小电压增量VREF/2n相比较，得到与输入模 拟量对应的倍数（取整）
2、。 3位ADC 示意图 输出数字量对 应一个 模拟区间8.3.1 ADC的基本原理一、采样和采样定理ADC周期性地将输入模拟值转换成与其大 小对应的数字量，该过程称为采样。采样是否会造成丢失某些信息？ 时域采样定理：一个频带有限的信号f(t)， 如果其频谱在区间(m,m)以外为零，则它 可以唯一的由其在均匀间隔Ts(Ts0放电开关控制K1置位原理波形结果过程 K1K2电容 积分输出 比较器计数器开始 地 通 放电Vo =0采样 Vi0向下 反转开始计数 直到溢出 编码 VR02断反向 充电线性下降 低电平重新计数Vo0向上 反转停止计数 输出结果1、双积分式ADC工作原理电路结果溢出值恒定 t
3、1恒定反向充电电压恒定Vi不同积分 输出不同VR恒定 斜率恒定采样结束：编码结束：2、双积分式ADC转换结果令计数脉冲周期为TC， 则t1=N1TC；t2=N2TC。优点：N2Vi，抗干扰性和精度较好。不足：转换速度慢，20次/s。分辨率：能分辨的最小输入变化量。可 用分辨率、相对分辨率或以数字位数表示。8.3.3 ADC的主要参数一、转换精度设ADC位数为n，满量程范围FSR。分辨率=FSR/2n；直接表示n；例：FSR=10V的12位ADC，其分辨率表 示：分辨率2.44mV、0.0244%、12位。n越大分辨 率越高信噪比（SNR）：ADC输出端信号与 噪声之比，用dB表示。对于正弦波输
4、入信号 ，信噪比的理论值满足6dB规则：SNR=(6.02n1.76)dB 式中：n为ADC的位数，即ADC的位数 每增加一位，SNR值增加约6dB。 利用ADC实际信噪比，可求其有效位数 (ENOB)：其它参数（总谐波失真、互调失真等）自学。转换时间：从启动ADC转换开始到正确 输出数字信号的一段时间间隔。 注意：实际应用中，在ADC完成转换后 到数据被读出之前，不允许有新的转换。二、ADC的转换时间和转换速率转换速率：单位时间（每秒）内ADC重 复转换的次数。与硬件连接 、编程方法 等有关。三、ADC的接口特性ADC与外部电路连接时的特性，包括:输入特性：电压(电流)范围、输入极性( 单、
5、双极性)、模拟信号最高有效频率等。输出特性：编码方式(自然或偏移二进制 码等)、输出方式(串、并行；三态、缓冲、锁 存输出)以及电平类型(TTL、CMOS等)。控制特性：启动转换、转换完成；片选信 号(CS)、数据读(RD)等控制信号端。 8.3.4 典型ADC介绍（ADC0809）dip28封装误差1LSB决定转换时间+5V单电源；15 mW功耗单极性05 VADC0809工作时序图清零启动CLK：要求频率101280kHz，典型值640kHz。转换进行中 转换结束ADC0809与8031的接口电路1、根据分辨率确定ADC位数n设ADC电压输入范围为FSR，位数为n， 要求分辨率为M。则 标
6、称位数 8、10、12、14等例：某ADC的FSR=10V，系统要求分辨 率M=2mV。试确定其位数。可选 13位一、ADC的选择8.4.3 ADC的应用2、根据采集速度确定ADC的转换速度设系统转换速率为f；硬件延迟时间ty； ADC转换时间为tcon。则：T1/f 。T = ty + tcon 3、ADC其它方面的选择需注意事项输出信号的编码方式；与其他逻辑电平 的匹配情况；控制信号是否合乎要求等。另 外， 转换时间要与应用系统匹配。二、ADC的调整使用ADC通常要调整 其失调和增益误差。方 法：硬件、软件消除。 基准标准转换值实测值8Vyhxh -8Vylxl将两组数据代入 方程y=ma
7、x+b可求出 ma（实际增益）和b （实际失调） 。有了ma、b及实测输出x，用y=max+b即可 得到消除了增益和失调误差标准输出。 三、高分辨率ADC与微处理器的接口 当ADC位数大于CPU数据宽度的接口方 法（通常ADC提供两次读出数据控制）。数据线 为三态 数据线 非三态 8.4.4 ADC的应用电路一、数据采集系统将被采样的模拟信 号变化范围变换为接近 ADC输入模拟信号的满 量程范围。目的：为了减小 ADC的量化误差。二、ADC的满量程转换 例如：被采样信号Vi=0mV11mV；单极 性ADC采用截断量化，FSR=10V，输出位数 12位。量化区间大小：2.44mV PGA取值11
8、00D=Vi /(分辨率)11/2.44=4.511100/2.44=450.8截断量化后D=4=004HD=450=1C2H相应无误差 模拟量42.44mV =9.76mV4502.44mV/100 =10.98mV相对误差11.3%0.18%05V如：单极性ADC采样双极性输入电压。 三、ADC的功能扩展Vi=-5V对应 Dn-1D0为全0。Vi=+5V对应 Dn-1D0为全1。双极性电压单极性电压四、常用数据处理技术为消除采样数据中干扰，可用硬件方法， 也可用软件对采样数据进行处理，使采样数据 尽可能接近其真实值，以提高精度。1、消除系统零点漂移与增益漂移如：通过两组数据求y=max+b
9、中ma、b。 2、采样数据的标度变换非电物理量电量数字量有意义数字 量（标度变换：线性、非线性参数变换）。 3、采样数据的数字滤波（减少干扰比重） 1、驱动问题：通常，在DAC之后或ADC之前需加放 大电路，对模拟信号加以放大。 2、合理使用S/H：DAC之后加S/H可消除突跳； ADC之 前加S/H可提高采样频率。3、在芯片处需将模拟、数字地相接。DAC和ADC在工程应用中 需要注意的问题小 结1、ADC基本原理（并行最快）；2、ADC性能参数（分辨率、量化误差、 转换时间）。3、ADC使用方法（选器件设计接口电 路正确调整减小误差。4、掌握基本扩展方法（单双）；并注 意使用中驱动、接地问题。作业：8.8、8.9、8.12 思考题：8.16
