任務(wù)7.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器的認(rèn)知與基本應(yīng)用A/D轉(zhuǎn)換概述A/D轉(zhuǎn)換的原理A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟集成ADC及應(yīng)用目錄一、A/D轉(zhuǎn)換概述把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號稱為模－數(shù)轉(zhuǎn)換，簡稱A/D（AnalogtoDigital）轉(zhuǎn)換。實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電路稱為A/D轉(zhuǎn)換器，寫為ADC（Analog–DigitalConverter）。一、A/D轉(zhuǎn)換概述數(shù)字音頻、視頻信號變換、氣象數(shù)據(jù)分析處理主要應(yīng)用：(低速)(中速)(高速)(超高速)數(shù)字萬用表，電子秤等工業(yè)控制，實驗設(shè)備等數(shù)字通信二、A/D轉(zhuǎn)換的原理ADCD0D1Dn-2Dn-1…uI模擬輸入信號n

位二進制數(shù)輸出

D=Dn-1

Dn-2

D1

D0連續(xù)離散二、A/D轉(zhuǎn)換的原理轉(zhuǎn)換過程：A/D轉(zhuǎn)換原理框圖三、A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟1、采樣和采樣定理ADC周期性地將輸入模擬值轉(zhuǎn)換成與其大小對應(yīng)的數(shù)字量，該過程稱為采樣。

采樣是否丟失某些信息？三、A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟1、采樣和采樣定理即只要采樣脈沖頻率fs大于或等于輸入信號中最高頻率fm的兩倍（fs≥2fm），則采樣后的輸出信號就能夠不失真地恢復(fù)出模擬信號。這是廣泛使用的采樣定理。三、A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟2、采樣保持電路uI(t)C量化編碼電路Dn-1D1D0…uI

(t)S采樣保持電路輸入模擬量輸出數(shù)字量模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換需要一定時間，在此期間要求采樣所得的樣值保持不變。這個過程需有相應(yīng)電路實現(xiàn)。三、A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟2、采樣保持電路常見的采樣－保持電路，它由采樣開關(guān)、保持電容和緩沖放大器組成。三、A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟3、量化與編碼uI(t)C量化編碼電路Dn-1D1D0…uI

(t)S采樣保持電路輸入模擬量輸出數(shù)字量三、A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟3、量化與編碼量化把采樣保持電路的輸出信號用單位量化電壓的整數(shù)倍表示。最小數(shù)量單位稱量化單位(1△=1LSB)。編碼把量化的結(jié)果用二進制代碼表示。劃分量化電平的兩種方法最大量化誤差==(1/8)V最大量化誤差=/2=(1/15)V1=1/8V4=4/8V0(6/8)V(7/8)V000001010011100101110111模擬電平二進制代碼代表的模擬電平0=0V2=2/8V3=3/8V5=5/8V6=6/8V7=7/8V(5/8)V(4/8)V(3/8)V(2/8)V(1/8)V(8/8)V模擬電平二進制代碼代表的模擬電平0=0V1=2/15V2=4/15V3=6/15V4=8/15V5=10/15V6=12/15V7=14/15V(13/15)V0000001010011100101110111(11/15)V(15/15)V(9/15)V(3/15)V(7/15)V(1/15)V(5/15)V三、A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟4、ADC的分類三、A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟4、ADC的分類在直接A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入模擬信號不需要中間變量就直接被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號輸出，其特點是工作速度高，轉(zhuǎn)換精度容易保證，調(diào)準(zhǔn)也比較方便。在間接A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入模擬信號先被轉(zhuǎn)換成某種中間變量，然后再將中間變量轉(zhuǎn)換為最后的數(shù)字量，其特點是工作速度較低，但轉(zhuǎn)換精度可以做得較高，且抗干擾性能強，一般在測試儀表中用得較多。（1）逐次逼近型ADC開始前清零!比較器

逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器包括五個部分：電壓比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器和順序脈沖發(fā)生器、輸出寄存器及相應(yīng)的控制邏輯。首先，置DN-1＝“1”，若VP

=“H”，則保留DN-1=“1”；否則，DN-1=“0”。然后，置DN-2＝“1”，若VP

=“H”，則保留DN-2=“1”；否則，DN-2=“0”。直到D0位確定，轉(zhuǎn)換結(jié)束。1H110101110Vi=6.8V8位二進制數(shù)轉(zhuǎn)換的時序波形優(yōu)點：技術(shù)成熟，精度較高、速度較快。不足：對Vi中入端需用S/H電路（ADC轉(zhuǎn)換期間Vi要恒定）。（2）雙積分型ADCVi<0VR>0雙積分型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理電路如圖所示，它由基準(zhǔn)電壓、積分器、比較器、計數(shù)器、時鐘和控制邏輯等組成。放電開關(guān)控制K1置位過程K1K2電容積分輸出比較器計數(shù)器開始地通放電Vo=0雙積分式ADC工作原理過程K1K2電容積分輸出比較器計數(shù)器采樣Vi<01斷充電線性增加Vo>0向下反轉(zhuǎn)開始計數(shù)直到溢出過程K1K2電容積分輸出比較器計數(shù)器編碼VR>02斷反向充電線性下降低電平重新計數(shù)Vo≤0向上反轉(zhuǎn)停止計數(shù)輸出結(jié)果電路①③②結(jié)果溢出值恒定t1恒定反向充電電壓恒定Vi不同積分輸出不同VR恒定斜率恒定優(yōu)點：性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，抗干擾性和精度較好。不足：轉(zhuǎn)換速度慢，≤20次/s，在對轉(zhuǎn)換速度要求低的場合使用。Vi<0VR>0三、A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟5、ADC的主要技術(shù)指標(biāo)指ADC輸出數(shù)字量的最低位變化一個數(shù)碼時，對應(yīng)輸入模擬量的變化量。（1）分辨率例如最大輸出電壓為5V的8位ADC的分辨率為：

5V/28=19.6mA分辨率也可用ADC的位數(shù)表示。位數(shù)越多，能分辨的最小模擬電壓值就越小。三、A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟5、ADC的主要技術(shù)指標(biāo)指ADC實際輸出數(shù)字量與理想輸出數(shù)字量之間的最大差值。通常用最低有效位LSB的倍數(shù)來表示。（2）相對精度(又稱轉(zhuǎn)換誤差)例如：轉(zhuǎn)換誤差不大于1/2LSB，即說明實際輸出數(shù)字量與理想輸出數(shù)字量之間的最大誤差不超過1/2LSB。三、A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟5、ADC的主要技術(shù)指標(biāo)指ADC完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間，即從轉(zhuǎn)換開始到輸出端出現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)字信號所需要的時間。（3）轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換速度比較：并聯(lián)比較型>逐次逼近型>雙積分型數(shù)十ns數(shù)十

s

數(shù)十ms轉(zhuǎn)換時間越小，轉(zhuǎn)換速度越高。四、集成ADC及應(yīng)用1、集成ADC的選用目前，常見的A/D轉(zhuǎn)換器的有效位數(shù)有4、6、8、10、12、14、16位以及BCD碼輸出的位、位、位多種。集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器的種類很多，例如AD571、ADC0801、ADC0804、ADC0809等。選用集成的ADC芯片主要是依據(jù)分辨率、轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度三個參數(shù)，此外還要主要其他一些特性