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ad转换电路原理
AD转换电路是指将模拟信号转换为数字信号的电路。
在数字
化时代，许多信号需要进行AD转换以便进行数字处理和存储。
AD转换电路由模拟部分和数字部分组成。
模拟部分包括采样和保持电路、放大电路和滤波电路。
采样和保持电路负责将连续模拟信号转换为离散的采样值，并保持在一个存储元件中。
放大电路将采样值放大到适合转换的范围。
滤波电路消除采样过程中引入的噪音和干扰，保证转换结果的准确性。
数字部分主要由ADC（模数转换器）和数字处理电路组成。
ADC是核心部件，将模拟信号转换为相应的数字代码。
常见
的ADC有逐次逼近型ADC、逐次比较型ADC和闪存型ADC 等。
数字处理电路可以对ADC输出进行数字信号处理，如滤波、放大、数值计算等。
AD转换电路的原理基于采样定理和码化原理。
采样定理要求
模拟信号在采样过程中满足一定的采样频率，以保证采样后的信号的还原性。
码化原理是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，通过离散化的过程，将模拟信号的幅度转化为相应的数字量。
在实际应用中，AD转换电路的设计需要考虑诸多因素，包括
采样率、分辨率、信噪比、失真等指标。
同时，还需根据具体需求选择合适的ADC类型和精度。
总的来说，AD转换电路通过将模拟信号转换为数字信号，实现了对信号的数字化处理和存储。
它在通信、音频处理、自动控制等领域有着广泛的应用。
ad9102电路设计AD9102是一款数字到模拟转换器(DAC)芯片，广泛应用于各种电子设备中。
它采用12位的分辨率，能够将数字信号转换为模拟信号，从而实现数字信号的处理和输出。
本文将从电路设计的角度对AD9102进行详细介绍。
AD9102电路设计需要考虑到各种因素，包括电源供应、信号处理和模拟输出等方面。
首先，电源供应是整个电路设计的基础，合理的电源设计能够提供稳定的电压和电流，保证AD9102正常工作。
其次，信号处理是AD9102电路设计的关键，需要考虑到输入信号的采集、处理和传输等方面。
最后，模拟输出是AD9102电路设计的结果，需要通过滤波和放大等技术手段，将数字信号转换为模拟信号，并输出到外部设备中。
在电源供应方面，AD9102需要工作在3.3V的电压下，因此需要提供稳定的3.3V电源。
可以使用稳压器或者开关电源等方式来实现。
同时，为了减小电源噪声对AD9102的影响，可以考虑使用电容滤波器和电源隔离器等设备。
在信号处理方面，AD9102支持SPI接口和I2C接口，可以通过这些接口来与外部设备进行通信。
首先，需要对输入信号进行采集和处理。
可以使用模数转换器(ADC)将模拟信号转换为数字信号，然后通过SPI接口或者I2C接口将数字信号传输给AD9102。
其次，还需要对输入信号进行滤波和校准等处理，以保证输入信号的准确性和稳定性。
最后，需要通过SPI接口或者I2C接口设置AD9102的工作模式、输出范围和更新速率等参数。
在模拟输出方面，AD9102提供了多种输出模式和输出范围选择。
可以通过外部滤波电路对AD9102的输出信号进行滤波和放大，以适应不同的应用场景。
同时，还可以通过外部电路将AD9102的输出信号与其他模块进行连接，实现更复杂的功能。
除了上述基本设计考虑之外，AD9102电路设计还需要考虑一些其他因素。
例如，对于高频信号处理，需要考虑信号传输线的阻抗匹配和信号线的布局。
同时，还需要考虑到电路的抗干扰能力和抗干扰措施，以保证AD9102的工作稳定性和可靠性。
单片机ADC模数转换原理及精度提升策略概述：单片机中的ADC（Analog to Digital Converter）电路是将模拟信号转换为数字信号的重要组成部分。
ADC模数转换原理是基于采样和量化的原理实现的。
本文将介绍单片机ADC模数转换的原理，并探讨提高转换精度的策略。
1. ADC模数转换原理：ADC模数转换原理分为三个步骤：采样、量化和编码。
首先，采样器将输入的模拟信号按照一定频率进行采样，得到一系列离散的采样值。
然后，量化器将采样值按照一定的精度进行量化，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
最后，编码器将量化后的数字信号编码为二进制码，以便单片机进行处理。
2. 提高ADC转换精度的策略：（1）增加采样频率：采样频率越高，获得的采样值越多，可以更准确地还原原始的模拟信号。
因此，可以通过提高ADC的采样频率来提高转换精度。
（2）优化参考电压：ADC的转换精度受到参考电压的影响。
参考电压应为稳定、精确的电压源，以确保ADC转换的准确性。
可以通过使用参考电压源或外部参考电压电路来提高转换精度。
（3）降低噪声：噪声会影响ADC的转换精度。
噪声可以来自电源、引脚等，因此需要采取措施来降低噪声水平。
例如，使用滤波电路和屏蔽措施来降低噪声对ADC转换的干扰。
（4）校准和校正：由于元件参数的不均匀性和时间漂移等原因，ADC的转换精度可能会发生偏差。
因此，需要进行校准和校正，以提高转换精度。
可以使用校准电路或软件校准的方法来进行校准。
（5）增加分辨率和位数：增加ADC的分辨率和位数可以提高转换精度。
分辨率是指ADC可以分辨的最小电压变化量，位数则代表了ADC转换结果的位数。
增加分辨率和位数可以获得更准确的转换结果。
（6）差分输入：使用差分输入可以减少共模噪声对ADC转换精度的影响。
差分输入可以通过采取差分双终端输入的方式来实现，将信号的差值作为转换信号输入。
3. 总结：单片机ADC模数转换原理是通过采样、量化和编码实现了模拟信号向数字信号的转换。
AD转换与显示电路设计AD转换与显示电路是将模拟信号转换为数字信号，并通过显示器显示出来的电路。
在各种电子设备中，AD转换与显示电路被广泛应用，例如数码相机、手机、电视机等。
本文将详细介绍AD转换与显示电路的设计原理和方法。
一、AD转换电路设计1.1AD转换理论基础AD转换是模拟信号转换为数字信号的过程，其核心在于使用采样和量化的方法。
采样是指将模拟信号按照一定时间间隔进行采集，将连续的模拟信号离散化。
量化是指将采样得到的信号根据一定的量化步长进行量化，将模拟信号转换为一系列有限离散的数字值。
1.2AD转换器选择与连接AD转换器有很多种类，常用的有逐次逼近型AD转换器（SAR-ADC）、比较型AD转换器（CMP-ADC）、积分型AD转换器（INT-ADC）等。
选择AD转换器需要根据系统需求、精度要求以及成本预算等因素进行综合考虑。
在连接AD转换器时，需要注意采样电容的选择和电源的稳定性。
采样电容的选择应根据模拟信号的频率进行合理匹配，以保证采样精度。
电源的稳定性对于AD转换的精度有着重要的影响，应尽量选择稳压电源或者添加滤波电路来保证电源的稳定性。
1.3电路布局与设计AD转换电路的设计要考虑信号的接地，对电路的布局进行合理规划，减少模拟信号与数字信号的干扰。
在布局设计时，应将模拟部分与数字部分相分离，分别布置，并通过适当的屏蔽手段减少干扰。
2.1显示器选择与连接显示器的选择与连接需要根据具体应用场景和要求进行综合考虑。
常用的显示器有数码管、液晶显示器（LCD）、有机发光二极管（OLED）等。
选择显示器时需要考虑显示分辨率、功耗、驱动电压等因素。
显示器连接电路一般包括驱动芯片、显示控制器和显示缓冲器。
驱动芯片负责控制显示器的驱动电压和显示模式，显示控制器负责将数字信号转换为驱动芯片所需的信号格式，显示缓冲器用于提供驱动芯片所需的电流和电压。
2.2显示电路布局与设计显示电路的布局设计需要考虑显示元件之间的互相干扰以及显示质量。
试验五. A/D、D/A转换实验一、实验目的1. 学习理解模/数信号转换和数/模转换的基本原理。
2. 掌握模/数转换芯片ADC0804和数/模转换芯片DAC0832的使用方法。
二、实验设备TD-PITE实验装置（带面包板）一套，实验用转换芯片两片，±12V稳压电源一台、运放两片、温度传感器、电位器（5.1KΩ）一个、电阻若干，面包板用导线若干，排线若干，万用表一个。
三、实验内容（1）设计A/D转换电路，采集可调电阻的输出电压。
连+5V电源，调节后的输出电压作为ADC0804的模拟输入量，然后进行A/D转换，转换结果由发光二极管上显示。
请填写实验数据表格：（2）将LM35 精密摄氏度温度传感器连+5V电源，输出电压直接作为ADC0804 的模拟输入量，然后进行A/D转换，转换结果经过计算得到摄氏度值放在内存变量上。
（多数温度传感器是针对绝对温度的，且线形较差。
LM35的输出电压与摄氏温度值成正比例关系，每10 mV 为 1 摄氏度。
）（3）设计D/A 转换，要求产生锯齿波、三角波、脉冲波，并用示波器观察电压波形。
四、实验原理1. 模数转换器ADC0804 简介ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型模数转换芯片。
分辨率为8位，转换时间为100μs，输入参考电压范围为0~5V。
芯片内有输出数据锁存器，与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上。
图5.1 ADC0804引脚图启动信号：当CS#有效时，WR#可作为A/D转换的启动信号。
WR#高电平变为低电平时,转换器被清除；当WR#回到高时,转换正式启动。
转换结束：INTR#跳转为低电平表示本次转换已经完成，可作为微处理器的中断或查询信号。
RD#用来读A/D转换的结果。
有效时输出数据锁存器三态门DB0~DB7各端上出现8位并行二进制数码。
转换时钟：见下图，震荡频率为f CLK ≈ 1 / 1.1RC。
其典型应用参数为：R = 10KΩ，C = 150pF，f CLK≈ 640KHz，8位逐次比较需8×8 = 64个时钟周期，转换速度为100μｓ。
温控系统的信号采样放大及A/D转换电路设计一．简介本温度控制和显示系统是一个闭环反馈控制系统,它用温度传感器将检测到的温度信号经放大,A/D转换后送进计算机中,与设定值进行比较,得到偏差。
对此偏差按PID算法进行修正,返回对应工况下的可控硅导通时间,调节电热丝的有效加热功率,从而实现对铁块的温度控制。
系统采用AT89C52芯片为CPU,外扩了8K的数据存储器6264。
AT89C52是美国A TMEL 公司生产的低电压,高性能的CMOS 8位单片机,片内含8K的可反复擦写的只读程序存储器（PEROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM）,器件采用ATMEL公司的高密度,非易失性存储技术生产,与标准的MCS-51指令系统及8052产品引脚兼容,片内置通用8位中心处理器（CPU）和Flash存储单元,功能强大AT89C52单片机适用于很多较为复杂控制应用场合。
AT89C52的主要性能参数有：·与MCS-51产品指令和引脚完全兼容。
·8K可重擦写的闪速存储器。
·1000次擦写周期。
·全静态操纵：0Hz-24MHz。
·三级加密程序存储器。
·256×8字节内部RAM。
·32个可编程I/O口线。
·3个16位的定时/计数器。
·8个中断源。
·可编程串行UART通道。
·低功耗空闲和掉电模式。
A T89C52提供以下标准功能：8K字节的Flash闪速存储器,256字节的内部RAM,32个I/O口线,3个16位的定时/计数器,一个6向量两极中断结构,一个全双工串行通讯口,片内振荡器及时钟电路。
同时,AT89C52可降至0Hz的静态逻辑操纵,并支持两种软件可选的节电工作模式：空闲方式停止CPU的工作,但答应RAM,定时/计数器,串行通讯口及中断系统继续工作。
掉电方式保存RAM中的内容,但振荡器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一个硬件复位。
AD转换分辨率的算法AD转换分辨率的算法是将模拟信号转换为数字信号的过程。
它通常包括采样和量化两个步骤。
采样是指周期性地测量模拟信号的幅值，并将其转换为数字形式。
量化是指将连续的模拟信号转换为离散的数字信号，即将其映射到一系列离散的数字值上。
在实际的AD转换中，常见的算法有以下几种：1. 逐次逼近法（successive approximation）：这是一种常见的高速AD转换算法。
它通过不断比较转换结果与输入信号的大小关系，以找到最接近输入信号的数字值。
算法从最高位（MSB）开始，逐位逼近地确定每一位的值，直到找到最佳匹配值。
逐次逼近法的速度较快，但对于较高的分辨率可能需要较长的转换时间。
2. 闩锁比较法（flash method）：这是一种用于高分辨率AD转换的算法。
它通过比较输入信号与一系列已知参考电压的大小关系来实现。
通常，该算法使用一组比较器，每个比较器都根据输入信号与不同的参考电压进行比较，并产生相应的输出。
然后，通过编码器将输出转换为数字信号。
闩锁比较法的速度非常快，但它需要大量的比较器。
3. Delta-Sigma调制（Delta-Sigma modulation）：这是一种用于高精度AD转换的算法。
它将输入信号与一个标准信号进行高速调制，然后通过一个低通滤波器将调制后的信号转换为数字信号。
Delta-Sigma调制通过频率和时间域上的噪声压制来提高了转换精度。
这种算法适用于高分辨率和高动态范围的应用，但转换速度较慢。
总结起来，AD转换分辨率的算法主要包括逐次逼近法、闩锁比较法和Delta-Sigma调制。
这些算法各有特点，可以根据应用需求选择适合的算法。
黄鹤松教授点评：系统采用高精度、低温漂的电压基准AD586分压作为信号源，采用压频转换的原理，利用先进的CPLD电路EPM7128和凌阳单片机SPEC061A共同实现了高精度的18位A/D转换。
系统并具有语音报音、SPI数字信号输出接口等功能。
稍不足的是制作工艺一般。
高分辨率A/D转换电路的设计山东大学苏瑞东高摇吴昊摘要:本系统由高精度、低温漂的模拟器件和CPLD构建，实现高精度的18位A/D 转换。
模拟输入电压为0-100mV，通过精准的放大和偏置后送给AD650进行V/F 变换，转换出来的频率信号由CPLD进行测量，结果送交控制器，产生18位A/D 转换结果。
同时系统可提供0-100mV连续可调的高精度测试用基准源。
为了进一步降低干扰，A/D转换和控制电路采用了光速光电耦合器进行了电气隔离。
关键词：V/F CPLD 频率计斩波放大器Abstract ：This system, which is built in the base of analog devices and complicated programmable logic device (CPLD), can deliver 18bit A/D result with high precision. To achieve high precision, The devices that are used in this system should have the characteristic of very love temperature drift .The inputting 0-100mV voltage is first amplified and deflected ,and then delivered to AD650 to perform V/F . The outputting frequency is measured with high precision by CPLD, and theMicro-controller calculate the result .To test the performance of the A/D characteristic, a high precise 0-100mV voltage souse is also availablein this system. To reduce the disturbance ,a high speed photoelectricity-coupler is used to insulate the A/D part and the control circuit.Key word:V/F CPLD cymometer Chopper-stabilized amplifier目录1.系统方案选择与论证 (4)1.1设计要求 (4)1.1.1基本要求 (4)1.1.2发挥部分 (4)1.2系统方案 (4)1.2.1系统总体方案的论证 (4)1.2.1系统基本方案 (5)1.2.3各模块方案选择和论证 (6)1.2.4系统各模块的最终方案 (9)2. 系统的硬件设计与实现 (10)2.1系统硬件的基本组成部分 (10)2.2主要单元电路的设计 (10)2.2.1精密测试基准源 (10)2.2.2电压的放大及偏置 (11)2.2.3 V/F转换电路的设计 (12)2.2.4等精度频率计的设计 (16)2.2.5光耦合隔离电路的设计 (17)3. 系统的软件设计 (18)3.1程序流程图 (18)3.2等精度频率计的VHDL子程序 (19)4. 系统测试 (20)4.1测试仪器 (20)4.2指标测试 (21)4.2.1 A/D转换线性度测试 (21)4.2.2转换结束信号测试 (21)4.3系统实现的功能 (22)5. 总结 (22)参考书目 (23)1.系统方案选择和论证1.1设计要求设计一个具有高分辨率A/D转换器，实现对模拟电压的测量和显示。
系统组成图1如下。
图11.1.1基本要求：（1）采用普通元器件（不允许使用任何专用A/D芯片）设计一个具有15位分辨率的A/D转换电路，转换速度不低于10次/S，线性误差小于1%。
（2）设计并制作一个具有测量和显示功能的仪器或装置，将该A/D转换电路的结果显示出来，有转换结束信号，显示器可采用LED或LCD。
（3）要求有一个A/D转换结束后的输出信号。
（4）自行设计一个可以从0—100mV连续调节的模拟电压信号作为该系统的被测信号源，以便对A/D转换电路的分辨率进行测试。
例如输入100mV电压时显示器显示值不低于32767。
1.1.2发挥部分：（1）分辨率为16位，线性误差小于0.5%。
（2）转换速度不低于20次/S。
（3）将A/D转换电路与测量显示部分实现电气隔离。
（4）其他。
1.2系统方案1.2.1系统总体方案的论证根据题目要求，设计并制作一个高精度的16位A/D转换器，常用的A／D转换器可分为3大类：方案一：逐次比较式其速度快，二进制输出，与CPU之间的连线多、转换位数越多、连线越多、成本也相应增加。
但由于要求位数太多，连线太多影响系统的稳定性，且成本较高。
方案二：双积分式以二进制或BCD码的形式输出，精度高，抗干扰能力强，价格便宜，但转换速度较低，但电路设计与连接比较复杂，且速度太慢。
方案三：VFC式利用积分原理，将输入电压(或电流)转换成频率输出，脉冲频率与输入电压(或电流)成比例，其精度高、线性度好、转换速度居中、转换位数与速度可调、与CPU的连线最少，且增加转换位数时不会增加与CPU 的连线，因此，VFC为A／D 转换技术提供了一种廉价而有效的解决办法。
考虑题目要求做一个至少16位、20Hz的A/D转换器，实现对模拟电压的测量和显示。
综上所述我们选择方案三。
1.2.2系统基本方案：系统可以划分为电压发生部分、模拟-数字转化部分和控制部分。
其中电压发生部分包括：精密测试电压源。
模拟-数字转化部分包括：电压放大和偏置，V/F转换模块，频率测量模块。
控制部分包括：控制器模块，显示模块，语音模块。
模块框图如图 2所示。
图 2为实现各模块的功能，分别作了几种不同的设计方案并进行了论证，我们选取了较好的方案实现。
1.2.3各模块方案选择和论证（1）精密测试电压源方案一：直接由D/A输出。
优点是可以程控，可由键盘设定输出。
但是一般的D/A位数较低，且其精度和温漂都难以达到理想。
方案二：普通基准源直接分压输出。
这种基准源有很多，市场上容易买到，如TL431,LM336，MC1403等。
但是这种方式的输出阻抗较高，分压不准。
方案三：精密低温漂高档基准源，分压后通过精密运放进行输出缓冲。
这种方案可以提供较大的输出电流，高档的基准源和运放可以保证输出的精度和低的温漂特性。
考虑到系统对温漂的要求非常严格，对精度的要求虽不像温漂要求那么严格，但也必须所以我们选择方案三。
（2）V/F转换方案一：采用集成型555定时器，可以很方便的与单片机实现接口通信，价格比较便宜且容易购买，但其响应速度较慢，外围电路比较复杂，只适合用于一些要求不太高的场合。
方案二：采用V/F转换专用集成芯片LM331作为核心部件，辅以的外围电路实现。
LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器、A/D转换器、长时间积分器及其他相关器件。
LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。
LM331的动态范围宽，可达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01％，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F变换电路，并且容易保证转换精度。
最佳温度稳定性为±50ppm/℃，满刻度量程为1Hz～100kHz。
方案三：采用V/F转换专用集成芯片AD650 ，辅以的外围电路即可实现。
AD650是美国ANALOG DEVICES公司推出的高精度电压频率(V/F)转换器，它由积分器、比较器、精密电流源、单稳多谐振荡器和输出晶体管组成。
该电路在±15V电源电压下，功耗电流小于15mA，满刻度为1MHz时其非线性度小于0.07％。
AD650既能用作电压频率转换器，又可用作频率电压转换器。
AD650的满刻度频率高,可达1MHz；具有很低的非线性度：在10kHz满刻度时非线性度小于0.002％，在l0kHz 满刻度时非线性度小于0.005％,在1MHz满刻度时非线性度小于0．07％。
完全达到题目对精度和线性度的要求；最佳温度稳定性为±150ppm/℃。
V/F转换作为此次设计的核心模块，必须要有较高的满刻度频率响应和较低的最佳温度稳定性。
LM331具有较低的最佳温度稳定性，但其满刻度频率只有100kHz，数字分辨率只能达到12位；而尽管AD650的最佳温度稳定性不如LM331，但其满刻度频率高，非线性度也完全符合要求。
综上所述，我们选择AD650作为V/F转换的核心器件。
（3）频率测量对V/F变换后的频率进行测量，由于频率较高，一般在几十k甚至上百k，要实现快速准确的测量频率，必须要有良好的硬件响应速度和良好的测量策略。
方案一：用单片机的计数器对基准时钟源进行计数。
然后通过计数的比值计算出被测信号的频率。
这种方案节省硬件，用一片单片机实现计数，运算等工作。
但是，由于单片机内部的计数器所能计数的频率有限，且通用单片机内部时钟精度较低，更重要的是开始计数和停止计数难以做到同步。
所以，此种方法测得的频率精度比较低，频率带宽也较窄。
方案二：用8253等专用硬件计数器配合逻辑电路设计一套硬件测量电路。
此种电路如果能合理设计，能做到实时性好，测量准确。
但是设计起来较为麻烦，需要的硬件多，电路制作复杂，由于引脚太多搭焊和线路连接都比较繁琐，调试起来很难发现问题所在。
方案三：采用CPLD（复杂可编程逻辑器件）编写代码实现频率计数功能。
CPLD响应速度快可以达到十几纳秒甚至几纳秒，响应频率可以达到几十兆甚至上百兆，可以实现高速计数。
可编程逻辑器件可以用代码实现硬件的功能，不必大规模的搭焊、跳线，而且易于修改，一块片子可以实现一大块板子的功能且性能优于传统的电路连接方式。
可以运用EDA软件仿真、在线调试，易于进行功能扩展，电路一次成型，不必对实际焊接的电路再进行繁琐的调试、修改。
对于一定规模的数字电路尤其显示了其优越性。
综上所述，考虑到时间的紧迫性和本题目要求达到16位的高分辨率，计数器必须达到很高的响应速度而且易于实现，所以我们选用方案三。
