第五章数据采集及A／D、D／A转换1---AD

1、23 3 三位分辨率下正弦波的数字化 例如：输入满程为例如：输入满程为0 010v10v，1010位的转换器，位的转换器，其最小变化量为多少？其最小变化量为多少？1010位位ADCADC的的LSBLSB为：为：1/10241/1024所以，满量程为所以，满量程为10v10v时，它的最小变化量为时，它的最小变化量为10/102410/1024约等于约等于10mv10mv，即分辨率为，即分辨率为10mv10mvl在工程上，常用相对满度的百分值来表示。在工程上，常用相对满度的百分值来表示。例如例如1010位的用位的用0 0。1 1，而，而1212位的分辩率为位的分辩率为0 0。025025，也可以直

2、接用输出的位数来表示分，也可以直接用输出的位数来表示分辨率。辨率。 2 2、量化指标是一种固有误差，也称舍入误差。由、量化指标是一种固有误差，也称舍入误差。由于于ADCADC的输出数字位数是有限而造成的。的输出数字位数是有限而造成的。ADCADC的量化的量化误差为正负误差为正负1/2 LSB1/2 LSB（最低有效位）。（最低有效位）。3 3、转换时间：、转换时间：ADCADC从启动转换到转换完成所需要的从启动转换到转换完成所需要的时间，即时间，即ADCADC每转换一次所需要的时间。显然，这每转换一次所需要的时间。显然，这个指标表明了转换速度。个指标表明了转换速度。4 4、孔径误差：将模拟量转

3、换成数字量所需要的时、孔径误差：将模拟量转换成数字量所需要的时间，称之为孔径时间。一个动态信号在孔径时间内间，称之为孔径时间。一个动态信号在孔径时间内会发生变化，从而引起输出的不确定误差，这个误会发生变化，从而引起输出的不确定误差，这个误差成为孔径误差。差成为孔径误差。 5 5、A/DA/D转换精度转换精度A/DA/D转换精度取决于电路各个部分的精度。转换精度取决于电路各个部分的精度。影响影响A/DA/D转换精度的主要是模拟多路选择器的转换精度的主要是模拟多路选择器的误差、输入放大器的误差、采样误差、输入放大器的误差、采样/ /保持电路的保持电路的误差和误差和A/DA/D转换器的误差等。转换器

4、的误差等。现在新型的现在新型的A/DA/D转换器芯片，内部集成转换器芯片，内部集成A/DA/D转转换所需的相关电路，如模拟多路转换器、采样换所需的相关电路，如模拟多路转换器、采样/ /保持电路、基准电源、并行或串行输出接口、保持电路、基准电源、并行或串行输出接口、时钟电路以及其他控制电路等等时钟电路以及其他控制电路等等。 1 1）主要精度指标的正确理解）主要精度指标的正确理解ADC的输出数字位都是用二进制表示的，位数越多则的输出数字位都是用二进制表示的，位数越多则转换器的分辨率越高。转换器的分辨率越高。系统精度涉及的环节较多，包括传感器变换精度、信系统精度涉及的环节较多，包括传感器变换精度、信

5、号预处理电路精度和号预处理电路精度和AD转换器及输出电路伺服机构转换器及输出电路伺服机构精度，甚至还包括软件控制算法。精度，甚至还包括软件控制算法。估算估算ADC的位数至少要比总精度要求的最低分辨率高的位数至少要比总精度要求的最低分辨率高一位。一位。随着转换器的精度提高，价格也高，所以在实际的选随着转换器的精度提高，价格也高，所以在实际的选择中，要选择合理的位数。择中，要选择合理的位数。16 2 2）输入模拟量的通道数目和量程）输入模拟量的通道数目和量程多数多数ADCADC只有一个模拟输入通道，因此对多路模拟信号进只有一个模拟输入通道，因此对多路模拟信号进行转换时，则要另加一个多路转换开关。但

6、有的行转换时，则要另加一个多路转换开关。但有的ADCADC内部已内部已包含多路转换开关。包含多路转换开关。ADCADC的模拟输入范围通常用的有：的模拟输入范围通常用的有： 0 05V5V，0 010V10V，-5V-5V+5V+5V，-10V-10V+10V+10V等规格，一般的等规格，一般的ADCADC只有一个模拟输入量只有一个模拟输入量程，但有些在不同的输入引脚有不同的模拟输入范围。在程，但有些在不同的输入引脚有不同的模拟输入范围。在使用中要尽可能使用中要尽可能使其输入信号最大值接近模拟输入的满程使其输入信号最大值接近模拟输入的满程，这样有利于充分利用该这样有利于充分利用该ADC ADC

7、的精确性能。的精确性能。 3 3）转换速度也是关键的技术指标，）转换速度也是关键的技术指标，积分式的积分式的ADCADC速度很慢，但它能抑制由电源等引速度很慢，但它能抑制由电源等引起的干扰，所以精度可以做的很高。有起的干扰，所以精度可以做的很高。有2020位以上的位以上的产品。产品。速度大于速度大于20MIPS20MIPS（每秒百万次采样）以上的（每秒百万次采样）以上的ADCADC一般都是采用全并式转换器，这种转换器比较昂贵。一般都是采用全并式转换器，这种转换器比较昂贵。逐次逼近式逐次逼近式ADCADC目前用得最广泛，目前用得最广泛，其转换时间从其转换时间从几百微秒到几百微秒到1 1微秒以下，

8、位数从微秒以下，位数从8 8位到位到1212位以上，价位以上，价格相对比较低。格相对比较低。 4 4）逻辑电平）逻辑电平大部分大部分ADCADC的输出为的输出为TTLTTL逻辑电平，但也有些输出数码为逻辑电平，但也有些输出数码为CMOSCMOS电平，在与接口电路联结时往往要进行电平转换。电平，在与接口电路联结时往往要进行电平转换。带有三态锁存器的带有三态锁存器的ADCADC和和DACDAC，一般可直接连到计算机总，一般可直接连到计算机总线上，否则还得外加三态锁存器作为接口电路。线上，否则还得外加三态锁存器作为接口电路。5 5）考虑成本，尽量选择流行器件。）考虑成本，尽量选择流行器件。6 6）参

9、考电源与工作电源的要求）参考电源与工作电源的要求 参考电源（电压或电流）也称基准电源，是参考电源（电压或电流）也称基准电源，是ADCADC将模拟量将模拟量换成数字量时用的基准源。因此为保证转换精度，基准电换成数字量时用的基准源。因此为保证转换精度，基准电源必须是高精度的稳定电源，一般不要与工作电源合用。源必须是高精度的稳定电源，一般不要与工作电源合用。 7 7）工作环境的考虑）工作环境的考虑工作环境对保证一个系统的性能有很大关系，使用时工作环境对保证一个系统的性能有很大关系，使用时要考虑诸如环境温度、电网波动对转换器精度的影响。要考虑诸如环境温度、电网波动对转换器精度的影响。是否要进行调零和满量程调整。是否要进行调零和满量程调整。是否要外接时钟等。是否要外接时钟等。8 8） 在设计数据采集与转换电路时在设计数据采集与转换电路时根据采样定理，在理想的采样系统中，为了使采样根据采样定理，在理想的采样系统中，为了使采样信号无失真的复现原输入信号，必须使采样频率至少为信号无失真的复现原输入信号，必须使采样频率至少为输入信号最高频率的两倍，否则，将会出现频率混叠现输入信号最高频率的两倍，否则，将会出现频率混叠现象。象。3、工程应用中、工程应用中27282930313233343536404142将123的CLR1非接高、A1接地、B1做为上升沿输入端，可是B1