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1、,14.2 A/D转换器,主要要求：,理解A/D转换的原理与过程,了解A/D的组成和分类,了解A/D的基本参数及应用,A/D 转换器(ADC)是将输入模拟信号转换成数字信号的装置。模拟信号特点是时间和幅值都连续，数字信号的特点时间域和幅值域都离散。时间离散化须经过采样、保持两步骤；幅值离散化须经过量化、编码两步骤。,14.2.1 A/D转换的基本原理,1.采样和保持,由于输入信号是连续变化的，而转换需要一定时间，为使转换正常进行，每进行一次转换，需要对输入信号进行一次采样，以获得确定输入，并将这个输入保持到转换结束，这个过程称为采样和保持。,脉冲控制开关,电容保持,采样频率越高，信号uI(t)
2、与uI就越接近，转换误差越小，采样频率fs必须满足fs2fmax（采样定理） fmax是uI频谱的最高频率分量。,集成采样保持器LF198,开关驱动电路,保护电路,模拟输入,开关脉冲,2.量化和编码,将采样保持后的电压化为某个规定的最小单位电压整数倍的过程称为量化。把量化的数值用二进制代码表示，称为编码。,量化所规定的最小单位电压称为量化单位，用表示。由于输入模拟电压幅值连续，不一定能被整除，因而量化过程中不可避免会引入误差，称此误差为量化误差，最大可达。一般采用“四舍五入”的方法量化，误差为/2。例如下表：,量化单位的大小与输入信号范围和输出位数有关。,14.2.2 逐次比较型A/D转换器,
3、1.电路组成,D/A转换器，将数据寄存器中数字量转换成相应的模拟电压去与被测电压比较。 数据寄存器，根据比较器中与输入量的比较结果决定最高位留下还是清除，逐位进行，所有位比较完毕后统一输出。 电压比较器，比较数据寄存器中数据对应电压与输入电压； 控制逻辑及时钟，用于实现整机的逻辑控制。,2.工作过程,10位环形移位寄存器,初始W8W为0000000001,Q8Q1均为0,若输入电压uI大于D/A的输出uD，比较器输出uC0，否则uC1。,假设输入电压uI149V。 第一个CP到来时，W81，其余Wi均为0，FF8被置1，其余数据寄存器处于保持状态，于是输出Q8Q1为10000000，经D/A转
4、换器后输出电压uDN128V，uI与128V比较，uC0。 第二个CP来到时，W71，其余Wi均为0，由于上次比较uC为0，使得Q81，故数据寄存器为11000000，uI与192V比较，uC1。,第三个CP来到时，由于上次比较uC为1，使数据寄存器为10100000，uI与160V比较，使uC1。 如此逐次比较下去，最后确定数据寄存器各位状态是10010101，得到149V编码。最后各位数据寄存器一同输出其各个位的编码。,14.2.3 双积分型A/D转换器,1.电路组成,又称双斜率A/D转换器，基本原理是对输入模拟电压和基准电压进行两次积分：先将输入电压uI转换成与之大小对应的时间间隔TC，
5、再在此时间间隔内用固定频率计数器计数，计数器所计数字量正比于输入模拟电压。,由于需要积分两次，因此双积分型A/D转换器速度较低，但分辨率较高，适合高精度要求但对速度要求不高的场合，如数字万用表等。,积分器,比较器,开关S1选通模拟输入电压或者基准电压，S2控制积分器是否处于积分状态。比较器对uO判符号，uO0时输出Co1（高电平）；否则输出低电平。,计数器对输入的时钟脉冲个数计数，计满时溢出并置1，控制S1动作以选择输入模拟信号或基准电压。,2.工作过程,双积分之前，控制电路使计数器清零S2闭合使电容C放电，放电结束后，S2再断开。,第一次积分，S1接模拟电压输入，输出电压uO为,第一段积分由
6、计数器记录下uO大小对应的时间T1，积分器工作到计数器溢出为止，此时定时器置1，控制S1接通基准电压输入端。,T1是n位二进制计数器由0计数到溢出所需的时间，N1为计数器的最大十进制数，fC为时钟脉冲CP的频率。,由于N1和fC为固定值，所以第一阶段结束时积分器的输出为,第二次积分，S1接基准电压输入，输出电压uO为,由于是反相积分，输出结果与0比较，当uO(t)0时，时钟输入控制门被关闭，计数器停止计数，结束第二次积分。,若第二次积分阶段计数器计数值为N2，则,第一次积分,第二次积分,上述分析可见，双积分型是将输入电压和基准电压转换成时间间隔（计数脉冲）进行比较。具有抗干扰能力强，对器件稳定
7、性要求不高，输出二进制数的位数易做得很高，因此分辨率及精度较高。,14.2.4 A/D转换器的主要技术指标,1.分辨率,以输出的二进制的位数n表示，位数越多量化误差越小。,2.转换精度,实际输出与理论输出的偏离程度。,3.转换精度,完成一次转换所需要的时间。,4.输入模拟电压范围,通常单极性输入时为05V，双极性输入时为-5+5V。,14.2.5 集成A/D转换器ADC0809及其应用,ADC0809是CMOS工艺8位逐次比较型A/D转换芯片，28脚双列直插封装（DIP28），具有8个通道的模拟量输入，可在程序控制下对任意通道分时进行A/D转换。,1.ADC0809的主要技术指标,工作电压：5
8、15 V 分辨率：8位 时钟频率：640 KHz 转换时间：100 ms 未经调整误差：1/2 LSB和1 LSB 模拟量输入范围：05 V 功耗：15 mW,2.ADC0809的结构,由8位A/D转换电路、8路模拟开关、地址锁存与译码电路、以及三态输出锁存器组成。,DAC0809引脚图,DAC0832内部结构,8路模拟输入,模拟输入的通道选通由地址ABC控制,3.引脚功能,4.ADC0809的应用,ADC0809很容易与微处理器Intel8080、8086或8031等接口，也可单独使用。,只有IN0一路输入，不需要地址选通,对输出进行二进制显示,为保证转换正常进行，控制脉冲宽度TS应大于AD
9、C0809的转换时间tS。,本章小结,能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC； 能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。 ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。,DAC转化过程即是将数字量转换为模拟量，按各位数字量系数进行加权求和。,DAC的实现主要有权电阻网络、倒T形电阻网络等电路，其中倒T形电阻网络转换器是速度最快的一种。,典型的集成D/A是8位转换器DAC0832。其具有三种工作状态：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。,ADC转化过程即是采样保持的时域离散化、再量化编码的幅值域离散化过程。,ADC的实现主要有逐次比较型、双积分型等电路，其中逐次比较型转换器速度较快，双积分型分辨率和精度更高。,典型的集成A/D是8位逐次比较转换器ADC0809。其具有8路时分复用的模拟输入通道，并有三态锁存输出，易于与微处理器相连接、构成I/O端口。,结束,The End,
