第8章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器8.1概述8.2D/A轉(zhuǎn)換器8.3A/D轉(zhuǎn)換器8.1概述隨著數(shù)字技術(shù)，特別是信息技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測(cè)等領(lǐng)域，為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對(duì)信號(hào)的處理廣泛采用了數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)。由于系統(tǒng)的實(shí)際對(duì)象往往都是一些模擬量(如溫度、壓力、位移、圖像等)，要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識(shí)別、處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào);而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接受。這樣，就需要一種能在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間起橋梁作用的電路—模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC);將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC)。顯然，ADC和DAC是數(shù)字系統(tǒng)的重要接口部件。下一頁(yè)

返回8.1概述隨著集成技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已研制和生產(chǎn)出許多單片的和混合集成型的A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，它們具有愈來愈先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)。上一頁(yè)

返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器將輸入的二進(jìn)制代碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的輸出模擬電壓。它是數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)的接口。圖8.2.1為一個(gè)DAL的框圖，一般包括基準(zhǔn)電壓、輸入寄存器、電子模擬開關(guān)、由數(shù)字代碼所控制的電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器等幾部分。8.2.1權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器一、電路組成圖8.2.2所示為n位權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器，它主要由電子模擬開關(guān)S0~Sn-1、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、基準(zhǔn)電壓UREF和求和運(yùn)算放大器等部分組成。構(gòu)成權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻的阻值與該位的位權(quán)值成反比。下一頁(yè)

返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器二、工作原理運(yùn)算放大器反向輸入端“虛地”，該點(diǎn)電位總是近似為零。當(dāng)電子開關(guān)S0~Sn-1都接1端時(shí)，流入求和運(yùn)算放大器的總電流為：模擬開關(guān)Si受di控制，因此上一頁(yè)

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返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器因運(yùn)算放大器的輸入偏置電流近似為0，則運(yùn)算放大器輸出電壓為通常取則可簡(jiǎn)化為上一頁(yè)

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返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度也比較快，其轉(zhuǎn)換精度取決于基準(zhǔn)電壓UREF以及模擬電子開關(guān)、運(yùn)算放大器和各權(quán)電阻值的精度。它的缺點(diǎn)是各權(quán)電阻的阻值都不相同，位數(shù)多時(shí)，其阻值相差很大，這給保證精度帶來很大困難，特別是對(duì)于集成電路的制作很不利，因此在集成的D/A轉(zhuǎn)換器中很少單獨(dú)使用該電路。8.2.2R-2R倒丁形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器一、電路組成在單片集成D/A轉(zhuǎn)換器中，使用最多的是倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器。四位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖如圖8.2.3所示。上一頁(yè)

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返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器無淪模擬開關(guān)Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻均等效接“地”(地或虛地)。這樣流經(jīng)2R電阻的電流與開關(guān)位置無關(guān)，為確定值。二、工作原理分析R-2R電阻解碼網(wǎng)絡(luò)不難發(fā)現(xiàn)，從A,B,C,D每個(gè)接點(diǎn)向左看的二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻均為R，流入每個(gè)2R電阻的電流從高位到低位按2的整倍數(shù)遞減。設(shè)由基準(zhǔn)電壓源提供的總電流為I，可見流過各開關(guān)支路(從右到左)的電流分別為I/2,I/4,I/8和I/16。上一頁(yè)

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返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器于是可得總電流輸出電壓上一頁(yè)

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返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器將輸入數(shù)字量擴(kuò)展到n位，可得n位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量與輸入數(shù)字量之間的一般關(guān)系式如下:若取，則可以看出:輸出模擬電壓與輸入數(shù)字量成正比，完成了數(shù)模轉(zhuǎn)換。上一頁(yè)

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返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器中各支路的電流恒定不變，直接流入運(yùn)算放大器的反相輸入端，它們之間不存在傳輸時(shí)間差，有效地減小了動(dòng)態(tài)誤差，因而提高了轉(zhuǎn)換速度;并且，電阻只有R,2R兩種，為集成電路的設(shè)計(jì)和制作帶來了很大的方便。8.2.3權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器上述兩種DAL都為電壓型，它們都是利用電子開關(guān)將基準(zhǔn)電壓接到電阻網(wǎng)絡(luò)中去的，由于電子開關(guān)存在導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降，而且各開關(guān)的導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降值也各不相同，不可避免要引起轉(zhuǎn)換誤差。為了提高轉(zhuǎn)換精度，可采用權(quán)電流型DAC。上一頁(yè)

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返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器一、電路組成圖8.2.4所示為4位權(quán)電流型DAL，它主要由權(quán)電流恒流源、運(yùn)算放大器、電子開關(guān)和基準(zhǔn)電壓源組成。二、工作原理這組恒流源從高位到低位電流的大小依次為I/2,I/4,I/8和I/16。當(dāng)輸入數(shù)字量的某一位代碼di=1時(shí)，開關(guān)Si接運(yùn)算放大器的反相輸入端，相應(yīng)的權(quán)電流流入求和電路;當(dāng)di=0時(shí)，開關(guān)Si接地。分析該電路可得出上一頁(yè)

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返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器采用了恒流源電路之后，各支路權(quán)電流的大小均不受開關(guān)導(dǎo)通電阻和壓降的影響，這就降低了對(duì)開關(guān)電路的要求，提高了轉(zhuǎn)換精度。上一頁(yè)

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返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器8.2.4D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)一、轉(zhuǎn)換精度在DAL中轉(zhuǎn)換精度通常用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述。1.分辨率D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能被分離的等級(jí)數(shù)稱為分辯率。輸入數(shù)字量位數(shù)越多，輸出電壓可分離的等級(jí)越多，即分辨率越高。在實(shí)際應(yīng)用中，往往用輸入數(shù)字量的位數(shù)表示D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率。此外，D/A轉(zhuǎn)換器也可以用能分辨的最小輸出電壓(此時(shí)輸入的數(shù)字代碼只有最低有效位為1，其余各位都是0)與最大輸出電壓(此時(shí)輸入的數(shù)字代碼各有效位全為1)之比給出。上一頁(yè)

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返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器n位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為。它表示D/A轉(zhuǎn)換器在理論上可以達(dá)到的精度。2.轉(zhuǎn)換誤差D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出模擬電壓與理想輸出模擬電壓間的最大誤差稱為轉(zhuǎn)換誤差。它是一個(gè)綜合指標(biāo)，不僅與DAL中元件參數(shù)的精度有關(guān)，而且與環(huán)境溫度、求和運(yùn)算放大器的溫度漂移以及轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)。要獲得較高精度的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果，除了正確選用DAL的位數(shù)外，還要選用低漂移高精度的求和運(yùn)算放大器。二、轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間是指輸入數(shù)字量變化時(shí)，輸出電壓變化到相應(yīng)穩(wěn)定電壓值所需時(shí)間。上一頁(yè)

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返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器一般用D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字量從全0變?yōu)槿?時(shí)，輸出電壓達(dá)到規(guī)定的誤差范圍(±ULSB/2)時(shí)所需時(shí)間表示。轉(zhuǎn)換時(shí)間越小，轉(zhuǎn)換速度就越高。8.2.5集成D/A轉(zhuǎn)換器AD7520集成D/A轉(zhuǎn)換器品種很多，其中R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAL較常見。10位D/A轉(zhuǎn)換器AD7520就是R=10k歐姆的倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，內(nèi)有反饋電阻RF=R。使用時(shí)須外接運(yùn)算放大器和基準(zhǔn)電壓UREF。一、電路組成AD7520為10位CMOS電流開關(guān)R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，電路如圖8.2.5虛線框內(nèi)所示。上一頁(yè)

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返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器AD7520各引腳功能見圖8.2.6。其中D0~D9為數(shù)碼輸入端;Iout1和Iout2為電流輸出端;RF為內(nèi)部反饋電阻輸出端;UREF為基準(zhǔn)電壓輸入端;+VDD為芯片工作電源。二、應(yīng)用1.數(shù)字式可編程增益控制電路如圖8.2.7(a)所示，電路中運(yùn)算放大器接成普通的反相比例放大形式，AD7520內(nèi)部的反饋電阻R為運(yùn)算放大器的輸入電阻，而由數(shù)字量控制的倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)為其反饋電阻。當(dāng)輸入數(shù)字量變化時(shí)，倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)的等效電阻便隨之改變。這樣，反相比例放大器在其輸入電阻一定的情況下可得到不同的增益。上一頁(yè)

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返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器根據(jù)運(yùn)算放大器虛地原理，可以得到所以它的電壓放大倍數(shù)，由數(shù)碼輸入端d0~d9的值決定，故構(gòu)成增益可編程放大器。如圖8.2.7(b)所示，將AD7520芯片中的反饋電阻R作為反相運(yùn)算放大器的反饋電阻，數(shù)控AD7520的倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)連接成運(yùn)算放大器的輸入電阻，即可得到數(shù)字式可編程衰減器。上一頁(yè)

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返回8.2D/A轉(zhuǎn)換器2.波形發(fā)生器在圖8.2.8中，輸出模擬電壓的值隨計(jì)數(shù)器74LS161的Q3Q2Q1Q0的變化而發(fā)生周期性的變化，故構(gòu)成波形發(fā)生器。上一頁(yè)

返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器8.3.1A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，輸入的模擬信號(hào)是在時(shí)間上是連續(xù)的，而輸出的數(shù)字信號(hào)是離散的，所以進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)只能在一系列選定的瞬間對(duì)輸入信號(hào)取樣，然后再把這些取樣的值轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量。因此一般的A/D轉(zhuǎn)換過程要經(jīng)過取樣、保持、量化和編碼這四個(gè)步驟進(jìn)行。前兩個(gè)步驟在取樣一保持電路中完成，后兩個(gè)步驟在A/D轉(zhuǎn)換器中完成。一、取樣與保持電路取樣是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性抽取樣值的過程。圖8.3.1為取樣保持電路的基本形式。N溝道增強(qiáng)型MOS管，受取樣脈沖信號(hào)uS的控制，運(yùn)算放大器構(gòu)成電壓跟隨器。下一頁(yè)

返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器當(dāng)取樣脈沖uS為高電平時(shí)，NMOS管導(dǎo)通，存儲(chǔ)電容C迅速充電，使電容C上的電壓uC跟上輸入電壓u1變化;當(dāng)uS為低電平時(shí)，NMOS管截止，C上的電壓在此期間保持不變，直到下一個(gè)取樣脈沖的到來。電壓跟隨器的輸出電壓始終跟隨存儲(chǔ)電容上電壓變化。該電路在每次取樣結(jié)束后A/D轉(zhuǎn)換器輸出電壓保持一段時(shí)間，以便進(jìn)行量化和編碼。輸入電壓、取樣脈沖信號(hào)和A/D轉(zhuǎn)換器的輸出電壓波形如圖8.3.2所示?？梢宰C明，為了正確無誤地用圖8.3.3中所示的取樣信號(hào)uS表示模擬信號(hào)u1必須滿足:取樣信號(hào)的頻率大于等于輸入模擬信號(hào)頻譜中最高頻率的2倍，即上一頁(yè)

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返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器在滿足取樣定理的條件下，可以用一個(gè)低通濾波器將信號(hào)uS還原為u1，這個(gè)低通濾波器的電壓傳輸系數(shù)在低于fimax的范圍內(nèi)應(yīng)保持不變，而在fs~fimax以前應(yīng)迅速下降為零，如圖8.3.4所示。因此，取樣定理規(guī)定了A/D轉(zhuǎn)換的頻率下限。因?yàn)槊看伟讶与妷恨D(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量都需要一定的時(shí)間，所以在每次取樣以后，必須把取樣電壓保持一段時(shí)間?？梢姡M(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)所用的輸入電壓，實(shí)際上是每次取樣結(jié)束時(shí)的u1值。二、量化和編碼上一頁(yè)

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返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器我們知道，數(shù)字信號(hào)不僅在時(shí)間上是離散的，而且在數(shù)值上的變化也不是連續(xù)的。這就是說，任何一個(gè)數(shù)字量的大小，都是以某個(gè)最小數(shù)量單位的整倍數(shù)來表示的。因此，在用數(shù)字量表示取樣電壓時(shí)，也必須把它化成這個(gè)最小數(shù)量單位的整倍數(shù)，這個(gè)轉(zhuǎn)化過程就叫做量化。所規(guī)定的最小數(shù)量單位叫做量化單位，用△表示。既然模擬電壓是連續(xù)的，那么它就不一定能被△整除，因而不可避免的會(huì)引入誤差，我們把這種誤差稱為量化誤差。在把模擬信號(hào)劃分為不同的量化等級(jí)時(shí)，用不同的劃分方法可以得到不同的量化誤差。上一頁(yè)

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返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器假定需要把0~+1V的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成3位二進(jìn)制代碼，這時(shí)便可以取△=(1/8)V，并規(guī)定凡數(shù)值在0~(1/8)V之間的模擬電壓都當(dāng)作0x△看待，用二進(jìn)制的000表示;凡數(shù)值在(1/8)V~(2/8)V之間的模擬電壓都當(dāng)作1x0看待，用二進(jìn)制的001表示，…等等，如圖8.3.5(a)所示。不難看出，最大的量化誤差可達(dá)△，即(1/8)V。為了減少量化誤差，通常采用圖8.3.5(b)所示的劃分方法，取量化單位△=(2/15)V，并將000代碼所對(duì)應(yīng)的模擬電壓規(guī)定為0~(1/15)V，即0~△/2。這時(shí)，最大量化誤差將減少為△/2=(1/15)V。8.3.2并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器一、電路組成上一頁(yè)

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返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器圖8.3.6所示為3位并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器的原理電路圖。它由電壓比較器、寄存器和代碼轉(zhuǎn)換器3部分組成。分壓器將基準(zhǔn)電壓分為等不同電壓值，分別作為比較器C1~C7的參考電壓，與輸入電壓u1進(jìn)行比較。二、工作原理由于u1直接送到各比較器的正端，所以若在0<u1<(1/15)UREF范圍內(nèi)，則所有的比較器都輸出0，即量化值為0，在CP觸發(fā)后，各觸發(fā)器的輸出Q7Q6…Q1=0000000，這時(shí)優(yōu)先編碼器對(duì)進(jìn)行編碼，輸出D2D1D0=000。上一頁(yè)

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返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器若在(1/15)UREF<u1<(3/15)UREF范圍內(nèi)，則只有比較器C1都輸出1，即量化值為1×(2/15)UREF，在CP觸發(fā)后，使Q7Q6…Q1=0000001，這時(shí)優(yōu)先編碼器對(duì)l進(jìn)行編碼，輸出D2D1D0=001。其余依此類推。由此可得到編碼器的對(duì)應(yīng)編碼輸出如表8.3.1所示。并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器由于轉(zhuǎn)換是并行的，其轉(zhuǎn)換時(shí)間只受比較器、觸發(fā)器和編碼電路延遲時(shí)間限制，因此轉(zhuǎn)換速度最快。隨著分辨率的提高，元件數(shù)目要按幾何級(jí)數(shù)增加。使用這種含有寄存器的并行A/D轉(zhuǎn)換電路時(shí)，可以不用附加取樣—保持電路，因?yàn)楸容^器和寄存器這兩部分也兼有取樣—保持功能。這也是該電路的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。上一頁(yè)

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返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器8.3.3逐次逼近型ADC逐次逼近轉(zhuǎn)換過程與用天平稱物重非常相似。按照天平稱重的思路，逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，就是將輸入模擬信號(hào)與不同的參考電壓做多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量的對(duì)應(yīng)值。一、電路組成圖8.3.7所示為4位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的原理電路圖。圖中5位移位寄存器可進(jìn)行并入/并出或串入/串出操作，其輸入端F為并行置數(shù)使能端，高電平有效。其輸入端S為高位串行數(shù)據(jù)輸入。數(shù)據(jù)寄存器由D邊沿觸發(fā)器組成。上一頁(yè)

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返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器二、工作原理當(dāng)啟動(dòng)脈沖上升沿到達(dá)后，F(xiàn)F0~FF4被清零，Q5置1,Q5的高電平開啟與G2，時(shí)鐘脈沖CP進(jìn)入移位寄存器。在第一個(gè)CP脈沖作用下，由于移位寄存器的置數(shù)使能端F以由0變1，并行輸入數(shù)據(jù)ABCDE置入，QAQBQCQDQE=01111，的低電平使數(shù)據(jù)寄存器的最高位置1，即Q4Q3Q2Q1=1000。D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量1000轉(zhuǎn)換為模擬電壓uO，送入比較器C與輸入模擬電壓u1比較，若u1>uO，則比較器C輸出uC為1，否則為0。比較結(jié)果送D4~D1。第二個(gè)CP脈沖到來后，移位寄存器的串行輸入端S為高電平，QA由0變1,同時(shí)最高位QA的0移至次高位QB。上一頁(yè)

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返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器于是數(shù)據(jù)寄存器的Q3由0變1，這個(gè)正跳變作為有效觸發(fā)信號(hào)加到FF4的CP端，使uC的電平得以在Q4保存下來。此時(shí)，由于其他觸發(fā)器無正跳變觸發(fā)脈沖，uC的信號(hào)對(duì)它們不起作用。Q3變1后，建立了新的D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)，輸入電壓再與其輸出電壓uO進(jìn)行比較，比較結(jié)果在第三個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下存于Q3...…如此進(jìn)行，直到QE由1變0時(shí)，使觸發(fā)器FF0的輸出端認(rèn)，產(chǎn)生由0到1的正跳變，作為觸發(fā)器FF1的CP脈沖，使上一次A/D轉(zhuǎn)換后的uC電平保存于Q1。同時(shí)使Q5由1變0后將G2封鎖，一次A/D轉(zhuǎn)換過程結(jié)束。于是電路的輸出端D3D2D1D0，得到與輸入電壓u1成正比的數(shù)字量。上一頁(yè)

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返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器由以上分析可見，逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需時(shí)間與其位數(shù)和時(shí)鐘脈沖頻率有關(guān)，位數(shù)愈少，時(shí)鐘頻率越高，轉(zhuǎn)換所需時(shí)間越短。這種A/D轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換精度高、速度快、轉(zhuǎn)換時(shí)間固定、易與微機(jī)接口的特點(diǎn)，應(yīng)用廣泛。8.3.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器一、電路組成雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器是一種間接A/D轉(zhuǎn)換器。圖8.3.8所示為雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖，它由積分器、過零比較器、計(jì)數(shù)器、定時(shí)觸發(fā)器、基準(zhǔn)電壓、控制電路等部分組成。二、工作原理上一頁(yè)

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返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器在一次轉(zhuǎn)換過程中要進(jìn)行兩次積分:第一次，積分器對(duì)模擬電壓進(jìn)行定時(shí)積分;第二次，對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行定值積分。故稱雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器。(1)轉(zhuǎn)換開始前，轉(zhuǎn)換控制信號(hào)uS=0，計(jì)數(shù)器和定時(shí)觸發(fā)器均被置0，驅(qū)動(dòng)電路將開關(guān)S1接入采樣保持電壓u1。同時(shí)，G2輸出1，驅(qū)動(dòng)電路使開關(guān)S2閉合，令電容C充分放電。(2)第一次積分(采樣階段)當(dāng)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)uS由0變?yōu)?,G2輸出0,開關(guān)S2斷開，開關(guān)S1接入采樣保持電壓u1一側(cè)，積分器開始對(duì)u1進(jìn)行定時(shí)積分(第一次積分)。積分結(jié)束時(shí)，積分器的輸出電壓為上一頁(yè)

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返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器可見，uo1(t)以u(píng)1/RC的斜率隨時(shí)間下降。如圖8.3.9所示。由于積分器輸出電壓是自零開始向負(fù)方向變化，過零比較器輸出uC=1。這期間，時(shí)鐘控制門G1一直打開，計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖周期為TC的時(shí)鐘脈沖CP從零開始計(jì)數(shù)。直到計(jì)數(shù)器計(jì)滿2n個(gè)CP脈沖后，計(jì)數(shù)的各觸發(fā)器自動(dòng)返回0狀態(tài)，同時(shí)給定時(shí)觸發(fā)器FF送出一個(gè)進(jìn)位信號(hào)，令Q=1，使開關(guān)S1接到-UREF一側(cè)，第一次積分結(jié)束。這段時(shí)間就是第一次積分時(shí)間T，顯然T1=2nTC。所以可見，輸出電壓與輸入u1成正比。上一頁(yè)

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返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器(3)第二次積分(比較階段)。第一次積分結(jié)束，S1接基準(zhǔn)電壓-UREF，電容C開始放電，積分器對(duì)-UREF進(jìn)行反向積分(第二次積分)，計(jì)數(shù)器從0開始第二次計(jì)數(shù)，直到積分器輸出電壓上升到uo(t)時(shí)，由于過零比較器輸出uC=0,G1封鎖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。此時(shí)，比較階段結(jié)束，計(jì)數(shù)器中所存的數(shù)碼即為所要轉(zhuǎn)換的數(shù)字輸出量。第二次積分的時(shí)間T2=t2-t1。這時(shí)，輸出電壓為所以上一頁(yè)

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返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器可見,第二次積分時(shí)間與輸入信號(hào)u1是成正比的。如在T2時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器對(duì)固定頻率fC=1/TC的CP信號(hào)計(jì)數(shù)，且計(jì)數(shù)結(jié)果為D，則所以由上式可知:計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)的計(jì)數(shù)結(jié)果與輸入電壓u1是成正比的，從而實(shí)現(xiàn)了模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。計(jì)數(shù)器的位數(shù)就是A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)。上一頁(yè)

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返回8.3A/D轉(zhuǎn)換器雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的主要優(yōu)點(diǎn)是工作穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)