数字电路26实用教案

1、一、A/D转换器的基本概念二、典型(dinxng)ADC电路 1、并联比较型A/D转换器2、 逐次(zh c)比较型A/D转换器3、 双积分式A/D转换器 三、A/D转换器的主要(zhyo)技术指标 11.3 A/D 转换器转换器一、A/D转换器的基本概念将模拟电压成正比地转换成对应的数字量。 1、A/D功能:I 输入模拟电压ADCDnD0输出数字量第1页/共23页第一页，共23页。 A/D转换器要将时间上连续，幅值也连续的模拟量转换为时间上离散，幅值也离散的数字信号，它一般要包括采样、 保持、量化及编码4个过程(guchng)。(详细内容P525-P528)2、A/D转换(zhunhun)过

2、程:3、A/D转换器分类(fn li)（一）把输入的模拟电压直接转换为输出的数字量，而不需要经过中间变量；（1）并联比较型ADC（2）反馈比较型ADC 计数型ADC逐次渐近型ADC（逐次比较型）（二）把输入的模拟电压先转换为某中间变量，然后再转换为数字量（1）V-T型（双积分型）（2）V-F型第2页/共23页第二页，共23页。（一）并联（一）并联(bnglin)比较比较型型00000001510RV0000001153151RRVV0000011155153RRVV0000111157155RRVV0001111159157RRVV00111111511159RRVV0111111151315

3、11RRVV111111115151513RRVV量化二、 典型(dinxng)ADC电路RV151RV153RV155RV157RV159RV1511RV1513量化单位(dnwi)：RV152 第3页/共23页第三页，共23页。编码(bin m)111110101100011010001000输入(shr)量化00000001510RV0000001153151RRVV0000011155153RRVV0000111157155RRVV0001111159157RRVV00111111511159RRVV011111115131511RRVV111111115151513RRVV第4页/共

4、23页第四页，共23页。第5页/共23页第五页，共23页。（二）反馈（二）反馈(fnku)比比较型较型ADC（1 1）取一个数字）取一个数字(shz)(shz)量加到量加到D/AD/A转换器上，则得到一转换器上，则得到一个对应的输出模拟电压。个对应的输出模拟电压。（2）将得到的模拟电压(diny)和要转换的模拟电压(diny)比较，若二者不相等，则调整所加的数字量，直到两个模拟电压(diny)最接近为止。（3）最后所取得数字量即为所求的转换结果。思路：1、计数型ADC所取数字量从00000开始，然后逐次加1，直到对应的模拟输出电压最接近要转换的输入模拟电压。转换速度太慢。当输出为n位二进制数时

5、，最长转换时间为2n-1倍的时钟信号周期 （ 2n-1）TC ）。第6页/共23页第六页，共23页。2、 逐次逐次(zh c)渐近型渐近型A/D转换器转换器逐次渐近转换过程与用天平称物重非常(fichng)相似。所加砝码重量第一次第二次第三次第四次再加4克再加2克再加1克8 克砝码总重 待测重量Wx ，8克砝码保留砝码总重仍 待测重量Wx ， 2克砝码撤除砝码总重 待测重量Wx ， 1克砝码保留 结果8 克12 克12 克13 克 （1） 转换(zhunhun)原理 所用砝码重量：8克、4克、2克和1克。设待秤重量Wx = 13克。称重过程 第7页/共23页第七页，共23页。（2）转换）转换(

6、zhunhun)过程过程转换(zhunhun)开始前先将所有寄存器清零。开始转换(zhunhun)以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为1000。这个数码被DAC转换成相应的模拟电压vo ，与vi 进行比较(bjio)。若vi vo ，说明数字过大，故将1清除，换为0；若vi vo，说明数字不够大，将1保留。然后，再将次高位置成1，并经过比较确定这个1是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。最后寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。第8页/共23页第八页，共23页。1 0 0 0 0（3）转换器实例）转换器实例(shl)数码(shm)寄存器减小量化误差(wch)控制逻辑

7、环形寄存器第9页/共23页第九页，共23页。数码寄存器中数码寄存器中FFAFFC的转换的转换(zhunhun)过程过程000100110010vI vO111101vI vOvI vO1111101011000110100010001CLK2CLKvI vO3CLK5CLK4CLKn位ADC转换(zhunhun)时间：(n+2)TC011001vI vOvI vO第10页/共23页第十页，共23页。 1、 转换原理：先将转换原理：先将vI转换成与之成正比的时间转换成与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间内对固定宽度信号，然后在这个时间内对固定(gdng)频率频率的时钟脉冲计数，计数的结果即为

8、正比于输入模拟的时钟脉冲计数，计数的结果即为正比于输入模拟电压的数字信号。电压的数字信号。（三）双积分(jfn)型ADC （V-T变换型）转换前，vL=0，先将计数器清零，接通(ji tn)开关S0，使电容C完全放电。vL=1，开始转换： （1）S0断开，S1合到vI一侧，积分器对vI 进行固定时间T1的积分1101TIOIvTvdtvCRRC 第11页/共23页第十一页，共23页。（2） S1合到VREF一侧，积分器反向积分，直到(zhdo)vO=0，积分时间为T2， T2所包含的时钟个数即为输出数字量。2001TREFOOtVvdtvCR S11101TIOIvTvdtvCRRC IREF

9、vVTT12 IREFCCvVTTTTD12 012 IREFvRCTVRCT 201TREFdtRVCIvRCT1 第12页/共23页第十二页，共23页。3、 转换(zhunhun)波形2nIREFDvV 12nCCTNTT 令则IREFvVTT12 IREFCCvVTTTTD12 第13页/共23页第十三页，共23页。优点(yudin)：由于转换结果与积分时间常数RC无关，从而消除(xioch)了积分非线性带来的误差，且性能稳定。由于双积分A/D转换器在T1时间内获的是输入电压的平均值（输入端有积分器），因此具有很强的抗工频干扰的能力。 (3)不需要稳定的时钟源，只要时钟源在一个转换周期时

10、间（T1+T2）内保持稳定即可。缺点：转换速度慢，每完成一次转换时间应取在2T1=2n+1TC 以上。2nIREFDvV 第14页/共23页第十四页，共23页。1、转换(zhunhun)精度 三、三、 A/D转换器的主要转换器的主要(zhyo)技术指标技术指标：用分辨率和转换误差(wch)来描述。 说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。通常以输出二进制(或十进制)数的位数表示。 表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。通常以输出误差的最大值形式给出，常用最低有效位的倍数表示。 例：输入模拟电压的变化范围为05V，输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V/2820mV

11、；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V/2121.22mV例：一ADC的转换误差小于LSB，表明实际输出的数字量和理论上应得到的数字量之间的误差小于最低有效位的半个字。第15页/共23页第十五页，共23页。2、转换(zhunhun)时间 指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。 A/D转换器的转换时间与转换电路(dinl)的类型有关。并联比较型A/D转换器的转换速度最高（称为快闪ADC，即Flash ADC）逐次(zh c)比较型A/D转换器次之，（n+2）TC间接A/D转换器(如双积分A/D)的速度最慢。（最大2n+1TC） 并联比较型A/D

12、转换器(8位) 逐次比较型A/D转换器 间接A/D转换器10100s50ns10ms1000ms第16页/共23页第十六页，共23页。本章(bn zhn)小结1、掌握数-模和模-数转换的有关概念： DAC和ADC的定义、性能指标等。2、掌握几种典型数-模和模-数转换电路的电路结构 及工作(gngzu)原理： 倒梯形（T形）电阻网络DAC，权电流型DAC； 逐次渐近型ADC（逐次比较型），双积分ADC。3、掌握数-模和模-数转换器的性能指标。 第17页/共23页第十七页，共23页。ADC0832美国国家半导体公司生产的一种(y zhn)8 位分辨率、双通道A/D转换芯片。特点： 8位分辨率； 双

13、通道A/D转换； 输入输出电平与TTL/CMOS相兼容； 5V电源供电时输入电压在05V之间； 工作频率为250KHZ，转换时间为32S； 一般功耗仅为15mW； 8P、14PDIP（双列直插）、PICC （有粗端引线 塑料芯片载体(zit)）多种封装； 商用级芯片温宽为0C to +70C，工业级芯片温宽为40C to +85C；第18页/共23页第十八页，共23页。 CS :片选使能，低电平有效 CH0 :模拟输入通道0，或作为IN+/-使用。 CH1 :模拟输入通道1，或作为IN+/-使用。 GND :芯片参考0 电位（地）。 DI :数据信号输入，选择通道控制 DO: 数据信号输出，转

14、换数据输出。 CLK :芯片时钟输入。 Vcc/VREF ：电源(dinyun)输入及参考电压输入（复用）。 12345678GNDVCC/VREFCLKDIADC0832CSCH0DOCH11234567891011121314CH0NC CH1NCGNDDONCDINCNCADC0832CSNCCLKVCC /VREF第19页/共23页第十九页，共23页。 IN0IN7：8路模拟信号输入端 ADD A、B、C：地址输入端 ALE：地址锁存允许输入信号，在此脚施加正脉冲，上升沿有效，此时锁存地址码，从而选通相应的模拟信号通道，以便进行A/D转换。START：启动信号输入端，应在此脚施加正脉冲，当上升沿到达时，内部逐次逼近(bjn)寄存器复位，在下降沿到达后，开始A/D转换过程。 EOC：转换结束输出信号（转换结束标志），高电平有效。ADC0809采用(ciyng)CMOS工艺制成的单片8位8通道逐次逼近型模/数转换器.第20页/共2