項(xiàng)目十五——模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器項(xiàng)目15

模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器

內(nèi)容：

模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器的原理及方法。學(xué)習(xí)要求：

目的：了解

模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器的原理及方法。重點(diǎn)：

模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器的原理及方法。難點(diǎn)：

模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器的原理及方法。逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換開(kāi)始前先將所有寄存器清零。開(kāi)始轉(zhuǎn)換以后，時(shí)鐘脈沖首先將寄存器最高位置成1，使輸出數(shù)字為100…0。這個(gè)數(shù)碼被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓uo，送到比較器中與ui進(jìn)行比較。若ui＞uo，說(shuō)明數(shù)字過(guò)大了，故將最高位的1清除；若ui＜uo，說(shuō)明數(shù)字還不夠大，應(yīng)將這一位保留。然后，再按同樣的方式將次高位置成1，并且經(jīng)過(guò)比較以后確定這個(gè)1是否應(yīng)該保留。這樣逐位比較下去，一直到最低位為止。比較完畢后，寄存器中的狀態(tài)就是所要求的數(shù)字量輸出。原理框圖基本原理模數(shù)轉(zhuǎn)換器4位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器工作原理為了分析方便，設(shè)D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓為UR=8V，輸入的模擬電壓為ui=4.52V。轉(zhuǎn)換開(kāi)始前，先將逐次逼近寄存器的4個(gè)觸發(fā)器FA～FD清0，并把環(huán)形計(jì)數(shù)器的狀態(tài)置為Q1Q2Q3Q4Q5=00001。第1個(gè)時(shí)鐘脈沖C的上升沿到來(lái)時(shí)，環(huán)形計(jì)數(shù)器右移一位，其狀態(tài)變?yōu)?0000。由于Q1=1，Q2、Q3、Q4、Q5均為0，于是觸發(fā)器FA被置1，F(xiàn)B、FC和FD被置0。所以，這時(shí)加到D/A轉(zhuǎn)換器輸入端的代碼為d3d2d1d0=1000，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為：uo和ui在比較器中比較，由于uo<ui，所以比較器的輸出電壓為uA=0。第2個(gè)時(shí)鐘脈沖C的上升沿到來(lái)時(shí)，環(huán)形計(jì)數(shù)器又右移一位，其狀態(tài)變?yōu)?1000。這時(shí)由于uA=0，Q2=1，Q1、Q3、Q4、Q5均為0，于是觸發(fā)器FA的1保留。與此同時(shí)，Q2的高電平將觸發(fā)器FB置1。所以，這時(shí)加到D/A轉(zhuǎn)換器輸入端的代碼為d3d2d1d0=1100，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為：uo和ui在比較器中比較，由于uo>ui，所以比較器的輸出電壓為uA=1。第3個(gè)時(shí)鐘脈沖C的上升沿到來(lái)時(shí)，環(huán)形計(jì)數(shù)器又右移一位，其狀態(tài)變?yōu)?0100。這時(shí)由于uA=1，Q3=1，Q1、Q2、Q4、Q5均為0，于是觸發(fā)器FA的1保留，而FB被置0。與此同時(shí)，Q3的高電平將觸發(fā)器FC置1。所以，這時(shí)加到D/A轉(zhuǎn)換器輸入端的代碼為d3d2d1d0=1010，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為：uo和ui在比較器中比較，由于uo>ui，所以比較器的輸出電壓為uA=1。第4個(gè)時(shí)鐘脈沖C的上升沿到來(lái)時(shí)，環(huán)形計(jì)數(shù)器又右移一位，其狀態(tài)變?yōu)?0010。這時(shí)由于uA=1，Q4=1，Q1、Q2、Q3、Q5均為0，于是觸發(fā)器FA、FB的狀態(tài)保持不變，而觸發(fā)器FC被置0。與此同時(shí)，Q4的高電平將觸發(fā)器FD置1。所以，這時(shí)加到D/A轉(zhuǎn)換器輸入端的代碼為d3d2d1d0=1001，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為：uo和ui在比較器中比較，由于uo<ui，所以比較器的輸出電壓為uA=0。第5個(gè)時(shí)鐘脈沖C的上升沿到來(lái)時(shí)，環(huán)形計(jì)數(shù)器又右移一位，其狀態(tài)變?yōu)?0001。這時(shí)由于uA=0，Q5=1，Q1、Q2、Q3、Q4均為0，于是觸發(fā)器FA、FB、FC、FD的狀態(tài)均保持不變，即加到D/A轉(zhuǎn)換器輸入端的代碼為d3d2d1d0=1001。同時(shí)，Q5的高電平將門(mén)G8～G11打開(kāi)，使作為轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)門(mén)G8～G11送出。這樣就完成了一次轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換過(guò)程如表所示。集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用（1）分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示，位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。例如，輸入模擬電壓的變化范圍為0～5V，輸出8位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V×2－8＝20mV；而輸出12位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V×2－12≈1.22mV。（2）相對(duì)精度在理想情況下，所有的轉(zhuǎn)換點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在一條直線(xiàn)上。相對(duì)精度是指實(shí)際的