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1、数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器6.1 6.1 A AD D转换器的分类转换器的分类6.2 6.2 A AD D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标6.3 6.3 逐次逼近式逐次逼近式A AD D转换器转换器第第6 6章章 模数转换器模数转换器 6.5 6.5 单片集成单片集成A AD D转换器转换器6.6 6.6 如何选择和使用如何选择和使用A AD D转换器转换器6.7 6.7 A AD D转换器与微机的接口转换器与微机的接口6.4 6.4 双斜积分式双斜积分式A/DA/D换器换器数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器6.1 A/D
2、 6.1 A/D 转换器的分类转换器的分类分类:u 按速度分：高、中、低u 按精度分：高、中、低u 按位数分：8、10、12、14、16u 按工作原理分模/数转换器把采集到的采样模拟信号量化和编码 后，转换成数字信号并输出，简称为A/D或ADC。量化是一种 比较过程 按“怎样比较”分数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器按工作原理分直接比较型：模拟信号直接与参考电压比较， 得到数字量。 有逐次比较、连续比较、斜坡电压比较 优点：瞬时比较，转换速度快。间接比较型：模拟信号与参考电压先转换为中 间物理量，再进行比较。缺点：抗干扰能力差。有双斜式、积分式、脉冲调宽 优点：平均
3、值比较，抗干扰能力强。 缺点：转换速度慢。6.1 A/D 6.1 A/D 转换器的分类转换器的分类u u 数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器6.2 A/D6.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1. 分辨率 分辨率：A/D转换器所能分辨模拟输入信号的 最小变化量。 设A/D转换器的位数为n，满量程电 压为FSR，则分辨率定义为： 量化单位就是 A/D转换器的 分辨率。相对分辨率定义为: 数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器A/D转换器分辨率与位数之间的关系(满量程电压为10V) A/D转换器分辨率的高低取决于位数的多少。因 此
4、，目前一般用位数n来间接表示分辨率。6.2 A/D6.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1. 分辨率 位 数级 数相对分辨率（1LSB）分辨率（1LSB）8101214162561024409616384655360.391%0.0977%0.0244%0.0061%0.0015% 39.1mV9.77mV2.44mV0.61mV0.15mV数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器量程：A/D转换器能转换模拟信号的电 压范围。例如：05V，-5V+5V，010V， -10V+10V。 6.2 A/D6.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标2.
5、 量程 数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器3. 精度绝对精度 绝对精度：对应于输出数码的实际模拟输入电 压与理想模拟输入电压之差。存在问题：在A/D转换时，量化带内的任意模拟 输入电压都能产生同一输出数码。 6.2 A/D6.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标约定：上述定义的模拟输入电压则限定为量化 带中点对应的模拟输入电压值。一个12位A/D转换器，理论模拟输入电压为5V1.2mV时， 对应的输出数码为100000000000。 实际模拟输入电压在 4.997V4.999V范围内的都产生这一输出数码，则:例如：绝对误差一般在LSB/2范围内。绝对误
6、差包括增 益误差、偏移误差、非线性误差、量化误差。 数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器相对精度：绝对精度与满量程电压值之比 的百分数。 3. 精度相对精度 6.2 A/D6.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标精度和分辨率是两个不同的概念： u 精度是指转换后所得结果相对于实际值 的准确度； u 分辨率是指转换器所能分辨的模拟信号 的最小变化值。 数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器4. 转换时间和转换速率 转换时间tCONV 转换时间：按照规定的精度将模拟信号转换为 数字信号并输出所需要的时间。 转换速率 转换速率：能够重复
7、进行数据转换的速度，即 每秒钟转换的次数。 6.2 A/D6.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标某些A/D转换器的转换时间是恒定的，而另外一 些转换器，其转换时间与转换信号的值有关。数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器转换时间与转换精度、信号频率的关系 u 瞬时值响应的 A/D转换器 转换时间取决于所 要求的转换精度和 被转换信号的频率 。4. 转换时间和转换速率 6.2 A/D6.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标讨论:Um 2U(t)=sinttU(t)Um 2t0t1 tCONVU转换时间对信号转换的影响数据采集与处理技术数据采集
8、与处理技术模模/ /数转换器数转换器转换时间与转换精度、信号频率的关系 u 瞬时值响应的 A/D转换器 4. 转换时间和转换速率 6.2 A/D6.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标讨论:Um 2U(t)=sinttU(t)Um 2t0t1 tCONVU转换时间对信号转换的影响在过零点上有最大 值:数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器转换时间与转换精度、信号频率的关系 u 瞬时值响应的 A/D转换器 4. 转换时间和转换速率 6.2 A/D6.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标讨论:Um 2U(t)=sinttU(t)Um 2t0t1
9、tCONVU转换时间对信号转换的影响故在过零点处，转 换时间所造成的最 大电压误差为:数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器当精度一定时，信号频率越高，要求的转换时 间也就越短； 当信号频率一定时，转换时间越短，误差越小 。转换时间与转换精度、信号频率的关系 u 瞬时值响应的A/D转换器 4. 转换时间和转换速率 6.2 A/D6.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标讨论:u 平均值响应的转换器 由于被转换的模拟量一般为直流电压，而干扰 是交变的，因此转换时间 tCONV 越长，其抑制 干扰的能力就越强。 平均值响应的转换器是在牺性转换时间的情况 下提高转
10、换精度的。数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器5. 偏移误差 偏移误差：使最低有效 位成“1”状态时，实际 输入电压与理论输入电 压之差。 6.2 A/D6.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标偏移偏移实际曲线实际曲线Ui输 出 数 码001010011100101110111偏移误差Ui误差偏移误差 (a)(b)理想曲线理想曲线u 该误差主要是失调电压 及温漂造成的。 u 一般来说，在一定温度 下，偏移电压可以通过 外电路予以抵消。 u 但当温度变化时，偏移 电压又将出现。 数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器6. 增益误差
11、增益误差：满量程输出数 码时，实际模拟输入电压 与理想模拟输入电压之差 。 该误差使传输特性曲线绕 坐标原点偏离理想特性曲 线一定的角度。 6.2 A/D6.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标增益误差Ui输 出 数 码001010011100101110111FSR增益误差K K=1=1K1u 当K=1时，没有增益误差 ，Ui = FSR，输出为111。 u 当K1时，传输特性的台 阶变窄，在模拟输入信号 达到满量程值之前，数码 输出就已为全“1”状态。数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器6. 增益误差 增益误差：满量程输出数 码时，实际模拟输入电压
12、与理想模拟输入电压之差 。 6.2 A/D6.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标增益误差Ui输 出 数 码001010011100101110111FSR增益误差K K=1=1K1u 当K Uf，予以保留此位的 “1” 。tU123456781.02410.24 Ui5.127.688.968.328.0 8.168.248.288.30V时钟 脉冲12345678逐次逼近比较过程3.第二个时钟脉冲到来时，SAR 置为11000000码，经过D/A转 换器产生反馈电压 Uf=5.12+10.24/22=7.68V，因 UiUf，故保留此位“1”; 4.第三个时钟脉冲到来时，SA
13、R 状态置为11100000，经D/A 转 换器产生反馈电压 Uf=7.68+10.24/23=8.96V，因 Ui Ui ，留0Uf Ui ，留0Uf 0ns200ns200ns300ns0.5时，总误差 增加较大。n 当eq/eM1AD574AVCCVEEDGNDAGNDBIPOFFREF 出+15V-15VDB7REF 入10V IN20V INENB312H ALE和A1A9 进行地 址译码选通。 IOW和IOR经过一个 与非门控制CE。 IOW直接控制R/C。 地址线的A0直接接入 AD574A的A0脚。 因为12/8接地，所以 A/D转换结果分两次 读出： A0=0，R/C=1，高
14、8位从 D11D4读出； A0=1，R/C=1，低4位从 D3D0读出。数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器AD574A与PC 机的接口 u AD574A与微机的接口 6.7 A/D6.7 A/D转换器与微机接口转换器与微机接口 2. 内含三态缓冲器的AD转换器的接口电路AD574A工作于普 通控制方式时， 不适合于PC286 以上微机，因为 这类微机的总线 周期短，难以适 合AD574A所要求 的设置时间。DB0D11D4D3D0STSCSA0R/CCE12/8AENA0IOWIORA1A 9PC总线310H译码1AD574AVCCVEEDGNDAGNDBIPOFF
15、REF 出+15V-15VDB7REF 入10V IN20V INENB312H数据采集与处理技术数据采集与处理技术模模/ /数转换器数转换器6.7 A/D6.7 A/D转换器与微机接口转换器与微机接口 2. 内含三态缓冲器的AD转换器的接口电路u AD574A的应用说明： 12/8引脚和TTL电平不兼容，因此必须把它直接接在UL逻辑正电 源或数字地。 在数据读取过程中，不要改变A0引脚的状态。否则可能引起内部 总线的争夺，造成AD574A芯片的损坏。 CE和CS有效前，R/C应保持低电平。建议使用CE而不是CS作为 启动转换信号。 电源电压要有较好的稳定性和较小的噪声，要很好的进行滤波调 整，还要避开高频噪声源。 电源引脚和数字地之间，模拟电源和模拟地之间应加去耦电容， 例如4.7uf的钽电容并联一个0.1uf的陶瓷电容。 布线时应把AD574A连同模拟输入电路，尽可能远离数字电路部分 ，最好不要用飞线连接电路。 模拟地（引脚9）应直接接在系统的模拟参考点上。数字地和模拟 地要就近一点连接。
