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A_D转换器
A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。
模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。
但在A/D转换前，输入到A/D转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。
A/D转换器的工作原理：（1）逐次逼近法（2）双积分法（3）电压频率转化法逐次逼近法逐次逼近式A/D是比较常见的一种A/D转换电路，转换的时间为微秒级。
采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，如图所示。
逐次逼近式AD转换器原理图基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。
逐次逼近法转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为 Vo，与送入比较器的待转换的模拟量Vi进行比较，若Vo<Vi，该位1被保留，否则被清除。
然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，输出的 Vo再与Vi比较，若Vo<Vi，该位1被保留，否则被清除。
重复此过程，直至逼近寄存器最低位。
转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。
逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。
双积分法采用双积分法的A/D转换器由电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成。
如下图所示。
基本原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时双积分式AD转换器原理图[1]间间隔转换成数字量，属于间接转换。
双积分法A/D转换的过程是：先将开关接通待转换的模拟量Vi，Vi采样输入到积分器，积分器从零开始进行固定时间T的正向积分，时间T到后，开关再接通与Vi 极性相反的基准电压VREF，将VREF输入到积分器，进行反向积分，直到输出为0V时停止积分。
Vi越大，积分器输出电压越大，反向积分时间也越长。
8位逐次比较型adc转换器的逻辑电路
8位逐次比较型adc转换器的逻辑电路下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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电气检测技术(新9)AD转换原理
电阻网DAC中，输入数字量经数字电路控制一组电子 模拟开关的通、断，决定电阻网的分压或分流之比值(解 码)，使输出电压或电流与输入数字量成确定的正比关系。
25
1) ai为输入数字量，接CPU的DBUS。可选用 不同的代码，常用的DAC采用二进制码。
2)触发器构成的缓冲寄存器(锁存器)，锁存 CPU送来的数据。得到和暂存对应的输出电压。
压分辨率为5V/255≈20mV；10位DAC的分辨率为 5V/1023≈5mV。 位数越多，分辩率越高，转换的精度也越高。
2
测量系统用ADC的主要类型：
1、适用于数字仪器、仪表的ADC； 这类产品多半设计成BCD码输出，转换速度 一般较低(每秒转换十几次)。
2、适用测量系统作模／数接口部件的ADC。 这类产品的转换速度较高，多半以二进制代码 (含双极性代码)输出，常设计成带有三态 输出锁存器，能方便实现与微处理器直接接口。
18
3、应用
产品种类多，转换能力有很大的差异； 有8Bit、10Bit、12Bit、14Bit、16Bit等。 在这些不同转换能力的ADC中，又包括有并行输 出的ADC，以及输出为串行的ADC。 常见的8Bit的有NS公司的ADC0801、DC0802、 ADC0803、ADC0804系列及ADC0808、 ADC0809系列 10Bit有AD公司的AD574，MAXIM公司 MAX1425、MAX1426 12Bit有AD公司的AD7888，MAXIM公司 MAX170、MAX172
有些DAC芯片内无缓冲寄存器，此时须外接， 如74LS273、373等锁存器。
26
3) 模拟开关按输入的数字量接通或断开解码 网相应支路的电流或电压；对它的要求比接通或 断开开关量的电子开关更高。希望动作快；接通 电阻很小，断开电阻很大，且稳定性好。在DAC 中有电压型开关和恒流型电流开关之分。
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1) ai为输入数字量，接CPU的DBUS。可选用 不同的代码，常用的DAC采用二进制码。
2)触发器构成的缓冲寄存器(锁存器)，锁存 CPU送来的数据。得到和暂存对应的输出电压。
压分辨率为5V/255≈20mV；10位DAC的分辨率为 5V/1023≈5mV。 位数越多，分辩率越高，转换的精度也越高。
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测量系统用ADC的主要类型：
1、适用于数字仪器、仪表的ADC； 这类产品多半设计成BCD码输出，转换速度 一般较低(每秒转换十几次)。
2、适用测量系统作模／数接口部件的ADC。 这类产品的转换速度较高，多半以二进制代码 (含双极性代码)输出，常设计成带有三态 输出锁存器，能方便实现与微处理器直接接口。
18
3、应用
产品种类多，转换能力有很大的差异； 有8Bit、10Bit、12Bit、14Bit、16Bit等。 在这些不同转换能力的ADC中，又包括有并行输 出的ADC，以及输出为串行的ADC。 常见的8Bit的有NS公司的ADC0801、DC0802、 ADC0803、ADC0804系列及ADC0808、 ADC0809系列 10Bit有AD公司的AD574，MAXIM公司 MAX1425、MAX1426 12Bit有AD公司的AD7888，MAXIM公司 MAX170、MAX172
有些DAC芯片内无缓冲寄存器，此时须外接， 如74LS273、373等锁存器。
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3) 模拟开关按输入的数字量接通或断开解码 网相应支路的电流或电压；对它的要求比接通或 断开开关量的电子开关更高。希望动作快；接通 电阻很小，断开电阻很大，且稳定性好。在DAC 中有电压型开关和恒流型电流开关之分。
逐次比较型ADC原理
逐次比较型ADC1。
转换方式直接转换ADC2.电路结构逐次逼近ADC包括n位逐次比较型A/D转换器如图11。
10.1所示.它由控制逻辑电路、时序产生器、移位寄存器、D/A转换器及电压比较器组成。
图11.10.1逐次比较型A/D转换器框图3。
工作原理逐次逼近转换过程和用天平称物重非常相似。
天平称重物过程是，从最重的砝码开始试放，与被称物体行进比较,若物体重于砝码，则该砝码保留，否则移去.再加上第二个次重砝码,由物体的重量是否大于砝码的重量决定第二个砝码是留下还是移去。
照此一直加到最小一个砝码为止。
将所有留下的砝码重量相加，就得此物体的重量。
仿照这一思路,逐次比较型A/D转换器，就是将输入模拟信号与不同的参考电压作多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量对应值。
对11.10.1的电路，它由启动脉冲启动后，在第一个时钟脉冲作用下，控制电路使时序产生器的最高位置1，其他位置0，其输出经数据寄存器将1000……0,送入D/A转换器.输入电压首先与D/A器输出电压（V REF/2）相比较，如v1≥V REF/2，比较器输出为1，若v I〈V REF/2，则为0。
比较结果存于数据寄存器的D n-1位。
然后在第二个CP作用下，移位寄存器的次高位置1，其他低位置0。
如最高位已存1，则此时v O=（3/4）V REF.于是v1再与（3/4）V REF相比较，如v1≥（3/4）V REF,则次高位D n—2存1，否则D n—2=0；如最高位为0,则v O=V REF/4,与v O比较，如v1≥V REF/4，则D n-2位存1，否则存0……。
以此类推，逐次比较得到输出数字量。
为了进一步理解逐次比较A/D转换器的工作原理及转换过程。
下面用实例加以说明。
设图11。
10.1电路为8位A/D转换器,输入模拟量v A=6。
84V,D/A转换器基准电压V REF=10V. 根据逐次比较D/A 转换器的工作原理，可画出在转换过程中CP、启动脉冲、D7~D0及D/A转换器输出电压v O的波形，如图11。
AD转换法分析
A/D转换器AD转换就是模数转换，就是把模拟信号转换成数字信号。
模拟量可以是各种物理量，但在A/D转换前，输入到A/D转换器的输入信号必须转换成电压信号。
输出是数字信号。
输出数字信号的位数越多，分辨率越高，精度也越高，转换器的性能也就越好。
A/D转换主要有三种方法：逐次逼近法，双积分法，电压频率转换法。
A/D转换一般要经过采样、保持、量化及编码4个过程。
在实际电路中，有些过程是合并进行的，如采样和保持，量化和编码在转换过程中是同时实现的。
转换方法模数转换过程包括量化和编码。
量化是将模拟信号量程分成许多离散量级，并确定输入信号所属的量级。
编码是对每一量级分配唯一的数字码，并确定与输入信号相对应的代码。
模数转换从转换原理来分可分为直接法(逐次逼近法)和间接法(双积分法，电压频率转换法)两大类。
直接法是直接将电压转换成数字量。
它用数模网络输出的一套基准电压，从高位起逐位与被测电压反复比较，直到二者达到或接近平衡。
1.逐次逼近法图1 逐次逼近法原理图先使二进位制数的最高位Dn-1=1，经数模转换后得到一个整个量程一半的模拟电压VS，与输入电压Vin相比较，若Vin>VS,则保留这一位；若Vin<Vs，则Dn-1=0。
然后使下一位Dn-2=1,与上一次的结果一起经数模转换后与Vin相比较,重复这一过程，直到使D0=1，再与Vin相比较,由Vin>VS还是Vin<V来决定是否保留这一位。
经过n 次比较后，n位寄存器的状态即为转换后的数据。
特点：直接逐位比较型转换器是一种高速的数模转换电路，转换精度很高，但对干扰的抑制能力较差，常用提高数据放大器性能的方法来弥补。
间接法不将电压直接转换成数字，而是首先转换成某一中间量,再由中间量转换成数字。
2.双积分法图2 双积分法原理图双积分法A/D转换的过程是：先将开关接通待转换的模拟量Ｖi，Ｖi采样输入到积分器，积分器从零开始进行固定时间Ｔ的正向积分，时间Ｔ到后，开关再接通与Ｖi极性相反的基准电压ＶＲＥF，将ＶＲＥF输入到积分器，进行反向积分，直到输出为0V时停止积分。
逐次逼近型模数转换器基本原理
逐次逼近型模数转换器基本原理逐次逼近型模数转换器一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数模转换器和电压比较器等几部分组成，其原理框图如图11-3所示。
图11-3 逐次逼近型模数转换器的原理框图转换开始前先将所有寄存器清零。
开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为100…0。
这个数码被数模转换器转换成相应的模拟电压，送到比较器中与进行比较。
若＞，说明数字过大了，故将最高位的1清除；若＜，说明数字还不够大，应将最高位的1保留。
然后，再按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。
这样逐位比较下去，一直到最低位为止。
比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。
可见逐次逼近转换过程与用天平称量一个未知质量的物体时的操作过程一样，只不过使用的砝码质量一个比一个小一半。
能实现图11-3所示方案的电路很多。
图11-4所示电路是其中的一种，这是一个四位逐次逼近型模数转换器。
图中四个JK触发器～组成四位逐次逼近寄存器；5个D触发器～接成环形移位寄存器(又称为顺序脉冲发生器)，它们和门～一起构成控制逻辑电路。
图11-4 四位逐次逼近型模数转换器现分析电路的转换过程。
为了分析方便，设D/A转换器的参考电压为=+8 V，输入的模拟电压为=4.52 V。
转换开始前，先将逐次逼近寄存器的四个触发器～清零，并把环形计数器的状态置为00001。
第1个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器右移一位，其状态变为10000。
由于，均为0，于是触发器被置1，和被置0。
所以，这时加到D/A转换器输入端的代码为1000，D/A转换器的输出电压为和在比较器中比较，由于＜，所以比较器的输出电压为。
第2个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器又右移一位，其状态变为01000。
这时由于，，均为0，于是触发器的1保留。
与此同时，的高电平将触发器置1。
所以，这时加到D/A转换器输入端的代码为1100，D/A转换器的输出电压为和在比较器中比较，由于＞，所以比较器的输出电压为。
AD转换器ADC0809
MOV OUT CALL IN HLT
AL，07H ， 84H，AL ， DELAY100 AL，84H ，
;通道号 通道号07→AL 通道号 ;AL →84H :*Y1,07,START,ALE ;延时 延时100µs等待转换结束 延时 等待转换结束 ;读入转换数据 读入转换数据:OE 读入转换数据
转换启动信号 转换结束信号
输出允许
通道输入模拟量, 转换后,送入 的程序: 从0通道输入模拟量 经ADC0809转换后 送入 通道输入模拟量 转换后 送入CPU的程序 的程序 MOV OUT MOV OUT ADD OUT SUB OUT LOP： IN ： TEST JZ IN HLT AL，88H ;8255:方式 ， 方式0,PB输出 输出,PC高4位输入 方式 输出 高 位输入 83H，AL ， AL，00H ; PB0、PB1、PB2、PB4…=0 ， 、 、 、 81H，AL ; PB4=0 ， AL，10H ， PB4输出 输出 81H，AL ; PB4=1 ， AL，10H ， 81H，AL ; PB4=0 ， AL，82H ;读入 读入PC7:转换结束信号 转换结束信号1 ， 读入 转换结束信号 AL，80H ; AL∧80H: EOC=PC7=1? ， ∧ LOP ; EOC=PC7=0,循环等待 循环等待 AL，84H ; PC7=1,读入 读入ADC0809数字量 ， 读入 数字量
习 题 8.1 说明 说明DAC0832芯片中 位输入寄存器和 位DAC寄存 芯片中8位输入寄存器和 芯片中 位输入寄存器和8位 寄存 器的作用和工作过程。 器的作用和工作过程。
ALE ADDC ADDB ADDA 通道 0 × × × 无 1 0 0 0 IN0 1 0 0 1 IN1 : : : : ： 1 1 1 1 IN7
ADC转换电路原理
CP3↓ 0 1 1 1 0 1 6.5V CP4↓ 1 0 1 1 0 1 6.5V
VI
+ -
+
F
1
G
01 A QA R J
SK
D/A01R
J
QB B
SK
V 'R
转 01R
换 器
QC C
J
SK
VR' VI时，F 1
VR' VI时，F 0。
DQ
D0
DQ
D1
DQ
D2
1R
DQ
D3
J
QD D
VREF
VI
+ -
+
F
1
G
电路组成：
CP0
⒈D/A转换器
CP1
★组较数器根值 与据不采Q同样D~的保Q参持A不考电同电压的CCC压VPPP输I423V进入‘R行，数比并码较送产。入生比一
A QA R J SK
D/A R
J
⒉比较器 VR' VI时，F 0 F J
QB B
SK
VR' VI 时，F 1 F K V 'R 转 R
1 210
1 1024
0.1
%
把输入信号分为1024层，输入信号分层越多，量化误 差越小。
即，数字量位数越多，量化等级越细。
最大量化 误差为Vq
最大量化误差 为±Vq/2
输入
0≤VI<Vq Vq≤VI<2Vq 2Vq≤VI<3Vq 3Vq≤VI<4Vq 4Vq≤VI<5Vq 5Vq≤VI<6Vq 6Vq≤VI<7Vq 7Vq≤VI<8Vq
A／D和PWMD／A的工作原理及应用
4．使用PWM（D／A）功能时，首先要使IOC1.0=1， 选择PWM输出功能。然后再将数据送入 PWM_CONTROL寄存器（17H，只写），用来设 定输出脉冲的占空比。
5．滤波的几种方式。
（2）参考电压VREF。VREF的稳定程度直接影响A ／D的转换精度。图5-8所示是实际应用中的一个 例子。其中电位器采用多圈式电位器，它定位精 度高且可自锁。如不使用A／D转换器，则必须将 VREF和VCC相连，ANGND和Vss相连。此时 P0口 可作普通的数字口。
图5-8 参考电压VREF
（3）模拟信号输入电路。图5-9所示为一通用 的模拟信号输入电路。它对模拟输入信号进行 偏移和增益处理，使输入到模拟引脚（CH0～ CH7）的电压为0～5V。偏移细调通过R2实现。 增益范围由调整R5完成。
5.1.1 A／D转换器的基本原理
图5-1逐次逼近法原理
10位逐次逼近寄存器SAR初始值为全0。8096 芯片ADC的输入 模拟电压 范围为 0 至VREF。 VREF是模拟基准电压。正常工作时，VREF必须 保持在 5.0±0.5V范围内，并要求能提供5mA 电流。A／D结果用以下公式计算：
1023×（Vin-ANGND）/（VREF-ANGND）
；将AD转换高位放入
LDB 20H,ADRL 20H
；将AD转换低位放入
硬件方面的一些问题：
（1）接地。在整个系统中数字地与模拟地不可形成回路， 以免对模拟信号造成干扰。数字地和模拟地正确的接法 是：在系统中，先将数字地、模拟地分别相连，然后在 系统中选一点（一般选在 A／D转换器处）相连接。另 外，VREF与 ANGND以及VCC与VSS之间都需加滤波电容， 以消除高频干扰。如下图所示。
将某个要转换的数字量（例80H）写入到PWM_CONTROL 中，其值不断与8位循环记数器的内容比较。二者相等时， 比较输出正脉冲，R—S触发器复位，使PWM/P2.5端变为 低电位。PWM_CONTROL中数据为80H时，PWM/P2.5端 输出波形如图5-11所示。
5．滤波的几种方式。
（2）参考电压VREF。VREF的稳定程度直接影响A ／D的转换精度。图5-8所示是实际应用中的一个 例子。其中电位器采用多圈式电位器，它定位精 度高且可自锁。如不使用A／D转换器，则必须将 VREF和VCC相连，ANGND和Vss相连。此时 P0口 可作普通的数字口。
图5-8 参考电压VREF
（3）模拟信号输入电路。图5-9所示为一通用 的模拟信号输入电路。它对模拟输入信号进行 偏移和增益处理，使输入到模拟引脚（CH0～ CH7）的电压为0～5V。偏移细调通过R2实现。 增益范围由调整R5完成。
5.1.1 A／D转换器的基本原理
图5-1逐次逼近法原理
10位逐次逼近寄存器SAR初始值为全0。8096 芯片ADC的输入 模拟电压 范围为 0 至VREF。 VREF是模拟基准电压。正常工作时，VREF必须 保持在 5.0±0.5V范围内，并要求能提供5mA 电流。A／D结果用以下公式计算：
1023×（Vin-ANGND）/（VREF-ANGND）
；将AD转换高位放入
LDB 20H,ADRL 20H
；将AD转换低位放入
硬件方面的一些问题：
（1）接地。在整个系统中数字地与模拟地不可形成回路， 以免对模拟信号造成干扰。数字地和模拟地正确的接法 是：在系统中，先将数字地、模拟地分别相连，然后在 系统中选一点（一般选在 A／D转换器处）相连接。另 外，VREF与 ANGND以及VCC与VSS之间都需加滤波电容， 以消除高频干扰。如下图所示。
将某个要转换的数字量（例80H）写入到PWM_CONTROL 中，其值不断与8位循环记数器的内容比较。二者相等时， 比较输出正脉冲，R—S触发器复位，使PWM/P2.5端变为 低电位。PWM_CONTROL中数据为80H时，PWM/P2.5端 输出波形如图5-11所示。
逐位逼近式AD转换原理图一个n位AD转换器的模数转换表达式
①传感器 — 将非电量转换为电信号。
②多路开关（MUX） — 分时切换各路 模拟量与采样／保持器的通路。
系统 ③放大器（IA）— 多为程控放大器， 对模拟信号进行放大。 配置
④采样/保持器（S/H）—保持模拟信号 电压。 ⑤A/D转换器— 将模拟信号转换为数字 信号。 ⑥接口电路 — 将数字信号进行整形电 平调整。
采样保持电路（S/H）
由MOS管采样开关T、保持电容Ch和运放构 成的跟随器三部分组成。
Vin
采样控制
T
Ch
S(t)
－
＋
Vout
采样控制信号S(t)=1时，T导通，Vin向Ch充电，Vc和Vout跟
踪Vin变化，即对Vin采样。S(t)=0时，T截止，Vout将保持前一 瞬间采样的数值不变。
1、信号采样的过程
B、A=001时，通道S通；……当C、B、A = 111时，通道S7
选通。其结构图如图7-2-9所示，其真值表如下表所示。
Sm A 译 码 驱 动 电 平 转 换 B C INH
S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7
组成：逻辑电平转换、二进制译码器及 图2 -3 CD4051结构原理图 8个开关电路。 图7-2-9 CD4051结构图
S闭和 S断开
t
Vfo
频率输出 （三极管 T状态） T截止 T导通
t
T1
T
(a) 电路原理图
(b) 波形图
图7-2-8 电荷平衡式V/F转换原理
由积分器、比较器和整形电路构成的 VFC电路，把模拟电压变换成相应频率的 脉冲信号，其频率正比于输入电压值， 然后用频率计测量。VFC能快速响应，抗 干扰性能好，能连续转换，适用于输入 信号动态范围宽和需要远距离传送的场 合，但转换速度慢。
图4.21逐次逼近式AD转换器原理框图
A/D转换器A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。
模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。
但在A/D转换前，输入到A/D 转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。
A/D转换后，输出数字信号可以有8位、10位、12位和16位等。
AD转换器的工作原理主要介绍3种：逐次逼近法双积分法电压频率转化法1 逐次逼近法：逐次逼近式A/D是比较常见的一种A/D转换电路，转换的时间为微秒级。
采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，如图4.21所示。
基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。
图4.21 逐次逼近式A/D转换器原理框图逐次逼近式A/D转换器原理框图逐次逼近法转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为Ｖo，与送入比较器的待转换的模拟量Ｖi进行比较，若Ｖ，该位1被保留，否则被清除。
然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，输出的Ｖo再与Ｖi比较，若ＶoＶi，该位1被保留，否则被清除。
重复此过程，直至逼近寄存器最低位。
转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。
逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。
2双积分法：采用双积分法的A/D转换器由电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成。
如图4.22所示。
基本原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量，属于间接转换。
图4.22 双积分式A/D转换的原理框图双积分法A/D转换的过程是：先将开关接通待转换的模拟量Ｖi，Ｖi采样输入到积分器，积分器从零开始进行固定时间Ｔ的正向积分，时间Ｔ到后，开关再接通与Ｖi极性相反的基准电压ＶＲＥF，将ＶＲＥF输入到积分器，进行反向积分，直到输出为0V时停止积分。
《AD转换的过程》PPT课件
2
0100
3
0110
4
0101
转换结果：(0100)2
CP SAR
1
1000
vO / V 2.5
2
0100
1.25
3
0110
1.875
4
0101
1.5625
转换结果：(0101)2
vO /V 2.5 1. 25 1.875 1.5625
比较结果
vI＜vO vI＞vO vI＜vO vI＜vO
量化误差为1LSB
VREF=1V
7.3.2 并行比较型A / D转换器
如何同时比较？
3 R 13 V
2
16
R
11 V
16
R
9V
16
R
7V
16
R
5V
16
R
3V
16
+ -
C6
0
+ -
C5
0
+ -
C4
0
+ -
C3
10
+ -
C2
1
+ -
C1
1
每个电压刻度使用一个比较器。
7/16V＜vI≤9/16V 5/16V＜vI≤7/16V
DAC
VREF=-5V
D3
D2 D1 D0
vI
+ -
C
逐次逼近 寄存器（SAR）
CP
h
31
7.3.3 逐次逼近型A / D转换器
解： 1.量化单位为：
5V0.312V 5 16
D 1.5 4.8 0.3125
转换结果D=（0100）2 2.转换误差为：
AD转换及其原理ppt课件
2. 量化误差
• 量化误差是由于ADC 的有限分辨率引起的误差，这是连 续的模拟信号在整数量化后的固有误差。对于四舍五入的 量化法，量化误差在±1/2 LSB之间。
整理ppt
6
二.ADC的主要技术参数
3. 绝对精度
• 绝对精度是指在输出端产生给定的数字代码所表示的实际 需要的模拟输入值与理论上要求的模拟输入值之差。
路使开关S1与UI相接，重复第一步。
T2
T1 VREF
UI
D
N1 VREF
U
I
N1
T1 TCP
其中TCP是脉冲时钟信号，D是计数脉冲数
整理ppt
24
双积分AD转换器
计数器中的数值 就是AD转换器转 换后数字量，至 此即完成了VT转 换。
整理ppt
25
双积分型A/D转换器的特点
➢ 因有积分器的存在，积分器的输出只对输入信 号的平均值有所响应，保证了工作性能比较稳 定且抗干扰能力强。
4. 相对精度
• 它与绝对精度相似，所不同的是把这个偏差表示为满刻度 模拟电压的百分数。
5. 转换时间
• 转换时间是ADC完成一次转换所需要的时间，即从启动信 号开始到转换结束并得到稳定的数字输出量所需要的时间， 通常为微秒级。
6．量程
• 量程是指能转换的输入电压范围。
整理ppt
7
三.A/D转换的一般步骤和基本原理
模拟输 入信号
uI
ADC
…
Dn-1 Dn-2
D1 n 位二进制数输出 D0 D = Dn-1 Dn-2 D1 D0
D
uＩ
“[ ]”表示取整。
基本原理
△ 称为 ADC 的单位量化电压或量化单位，它 是 ADC 的最小分辨电压。
• 量化误差是由于ADC 的有限分辨率引起的误差，这是连 续的模拟信号在整数量化后的固有误差。对于四舍五入的 量化法，量化误差在±1/2 LSB之间。
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6
二.ADC的主要技术参数
3. 绝对精度
• 绝对精度是指在输出端产生给定的数字代码所表示的实际 需要的模拟输入值与理论上要求的模拟输入值之差。
路使开关S1与UI相接，重复第一步。
T2
T1 VREF
UI
D
N1 VREF
U
I
N1
T1 TCP
其中TCP是脉冲时钟信号，D是计数脉冲数
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双积分AD转换器
计数器中的数值 就是AD转换器转 换后数字量，至 此即完成了VT转 换。
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25
双积分型A/D转换器的特点
➢ 因有积分器的存在，积分器的输出只对输入信 号的平均值有所响应，保证了工作性能比较稳 定且抗干扰能力强。
4. 相对精度
• 它与绝对精度相似，所不同的是把这个偏差表示为满刻度 模拟电压的百分数。
5. 转换时间
• 转换时间是ADC完成一次转换所需要的时间，即从启动信 号开始到转换结束并得到稳定的数字输出量所需要的时间， 通常为微秒级。
6．量程
• 量程是指能转换的输入电压范围。
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三.A/D转换的一般步骤和基本原理
模拟输 入信号
uI
ADC
…
Dn-1 Dn-2
D1 n 位二进制数输出 D0 D = Dn-1 Dn-2 D1 D0
D
uＩ
“[ ]”表示取整。
基本原理
△ 称为 ADC 的单位量化电压或量化单位，它 是 ADC 的最小分辨电压。
ADC工作原理PPT优秀课件
普中STM32开发板带您进入ARM世界
一：ADC介绍
12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字转换器。它 有多达18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。 各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式 执行。ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16 位数据寄存器中。模拟看门狗特性允许应用程序检测 输入电压是否超出用户定义的高/低阀值。ADC 的输 入时钟不得超过14MHz，它是由PCLK2经分频产生。
通过设置ADC_CR2寄存器的CAL位启动校准。一旦校准结 束，CAL位被硬件复位，可以开始正常转换。建议在上电时执 行一次ADC校准。校准阶段结束后，校准码储存在ADC_DR 中。
注意： 1 建议在每次上电后执行一次校准。 2 启动校准前，ADC必须处于关电状态(ADON=’0’)超
过至少两个ADC时钟周期。
● 如果一个注入通道被转换： ─ 转换数据被储存在16位的ADC_DRJ1寄存器中 ─ JEOC(注入转换结束)标志被设置 ─ 如果设置了JEOCIE位，则产生中断。然后ADC停止。
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五：连续转换模式
在连续转换模式中，当前面ADC转换一结束马上就启动另一次 转换。此模式可通过外部触发启动或通过设置ADC_CR2寄存器上的 ADON位启动，此时CONT位是1。
● 规则组由多达16个转换组成。规则通道和它们的转换顺序在 ADC_SQRx寄存器中选择。规则组中转换的总数应写入ADC_SQR1寄存器的 L[3:0]位中。
● 注入组由多达4个转换组成。注入通道和它们的转换顺序在 ADC_JSQR寄存器中选择。注入组里的转换总数目应写入ADC_JSQR寄存器的 L[1:0]位中。
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一：ADC介绍
12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字转换器。它 有多达18个通道，可测量16个外部和2个内部信号源。 各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式 执行。ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16 位数据寄存器中。模拟看门狗特性允许应用程序检测 输入电压是否超出用户定义的高/低阀值。ADC 的输 入时钟不得超过14MHz，它是由PCLK2经分频产生。
通过设置ADC_CR2寄存器的CAL位启动校准。一旦校准结 束，CAL位被硬件复位，可以开始正常转换。建议在上电时执 行一次ADC校准。校准阶段结束后，校准码储存在ADC_DR 中。
注意： 1 建议在每次上电后执行一次校准。 2 启动校准前，ADC必须处于关电状态(ADON=’0’)超
过至少两个ADC时钟周期。
● 如果一个注入通道被转换： ─ 转换数据被储存在16位的ADC_DRJ1寄存器中 ─ JEOC(注入转换结束)标志被设置 ─ 如果设置了JEOCIE位，则产生中断。然后ADC停止。
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五：连续转换模式
在连续转换模式中，当前面ADC转换一结束马上就启动另一次 转换。此模式可通过外部触发启动或通过设置ADC_CR2寄存器上的 ADON位启动，此时CONT位是1。
● 规则组由多达16个转换组成。规则通道和它们的转换顺序在 ADC_SQRx寄存器中选择。规则组中转换的总数应写入ADC_SQR1寄存器的 L[3:0]位中。
● 注入组由多达4个转换组成。注入通道和它们的转换顺序在 ADC_JSQR寄存器中选择。注入组里的转换总数目应写入ADC_JSQR寄存器的 L[1:0]位中。
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AD转换
ADCDLY 符号
DELAY [15: 0] （1）在正常转换模式、分开的X/Y位置转换模式和 X/Y位置自动（顺序）转换模式的X/Y位置转换延时值。 （2）在等待中断模式：当在此模式按下触笔时，这个 寄存器在几ms时间间隔内产生用于进行X/Y方向自动转 换的中断信号（INT_TC）。 注意：不能使用零位值（0x0000）
双积分式A/D转换图
图5.2.2 （a）双积分式A/D转换器电路结构图
图5.2.2 （b）积分输出波形
3．逐次逼近式A/D转换器原理 逐次逼近式A/D转换器电路结构如图5.2.3所示，其工作过程可与天 平称重物类比，图中的电压比较器相当于天平，被测电压Ux相当于 重物，基准电压Ur相当于电压法码。该方案具有各种规格的按8421 编码的二进制电压法码Ur，根据Ux<Ur和Ux>Ur，比较器有不同的 输出以打开或关闭逐次逼近寄存器的各位。输出从大到小的基准电 压法码，与被测电压Ux比较，并逐渐减小其差值，使之逼近平衡。 当Ux=Ur时，比较器输出为零，相当于天平平衡，最后以数字显示 的平衡值即为被测电压值。 逐次逼近式A/D转换器转换速度快，转换精度较高，对N位A/D转换 只需N个时钟脉冲即可完成，可用于测量微秒级的过渡过程的变化， 是在计算机系统中采用最多的一种A/D转换方法。
2．双积分式A/D转换器原理 双积分式A/D转换器对输入模拟电压和参考电压进行两次积分， 将电压变换成与其成正比的时间间隔，利用时钟脉冲和计数器测 出其时间间隔，完成A/D转换。双积分式A/D转换器主要包括积分 器、比较器、计数器和标准电压源等部件，其电路结构图如图 5.2.2（a）所示。 双积分式A/D转换器的转换过程如下： 首先对输入待测的模拟电压Vi进行固定时间的积分； 然后转换到标准电压VR进行固定斜率的反向积分（定值积分 ）， 如图5.2.2（b）所示。反向积分进行到一定时间，便返回起始值。 从图5.2.2（b）中可看出对标准电压VR进行反向积分的时间T2正 比于输入模拟电压，输入模拟电压越大，反向积分回到起始值的 时间T越长，有Vi＝（T2/T1）VR。 用标准时钟脉冲测定反向积分时间（如计数器），就可以得到对 应于输入模拟电压的数字量，实现A/D转换。 双积分式A/D转换器具有很强的抗工频干扰能力，转换精度高， 但速度较慢。
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比较判断
8g<13g 12g<13g
砝码去留
留 留
结果表示
1 1
3
4
8g+4g+2g
8g+4g+1g
14g>13g
13g=13g
去
留
0
1
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第 7章
逐次逼近型A/D转换器原理框图
输出数字量
输 出 寄存器 节 拍 脉 冲 发 生 器 模拟信号输入 电 压 比 较 器
CP
逐次逼 近寄存器
D/A
拍 时钟 脉 脉冲 冲 发 生 器
C
C0 C1 C2 C3
0 • C3 • C 0
GND D9 D8 D7 D6 D5
4
5 6 7 8
RF UREF UDD D0 D1 D2 D3 D4
引脚功能 Iout1、Iout2：电流输出端 GND：接地端 D9~D0：数字信号输入端 UDD：电源输入端，5 ~ 10V
UREF：基准电源，–10V ~ +10V
RF：反馈信号输入端
CC7520 外部引脚图
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第 7章
CC7520 D/A转换器应用电路
UREF
15
UDD
14 16
D0 D1 D9 ……
13 12
CC7520
4 3
1
2
_ +
+
U0
UREF UO= – 210
(D9 29+D8 28+…+D121+D020)
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第 7章
程控三角波/方波发生器
U02
10k 1k
_
UREF
Io1
D3 D2 D1 D0
Io2
_ －
＋ +
△
＋ +
UO
模拟信号输出
8
并行数字输入
S为电子开关。 当 D=0时 S 接地；当 D=1时 S 接“地”（虚地）。
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第 7章
A I 2R S3
T型电阻网络的等效电路
R I3 2R S2 B I2 2R S1 R C I1 2R S0 R D I0 2R 梯形电阻网 络A、B、C、 D任意一点， 其右边的电阻 网络等效电阻 均等于R 。
+ A2 + UO2
UREF
D9 D8 D7 D0
15 4 5 6
+15V
14 16
DZ
_ +
C
R2 20k R1
CC7520
3
1
2
A1 +
UO1
……
13
U01
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第 7章
7.2 模/数(A/D)转换器
概述 7.2.1 逐次逼近型A/D转换器
*7.2.2 双积分型A/D转换器
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第 7章
7.1.2 集成D/A转换器举例
CC7520 D/A转换器
CC7520是10位CMOS电流开关型D/A转换器，其结构简单，通用性好。 片内只含倒T型电阻网络、电子开关和反馈电阻RF，应用时外部要接参考 电压源和运算放大器。
Iout1 Iout2
1 2 3 16
15
14 13 12 11 10 9
转换器
参考电压
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第 7章
逐次比较寄存器
• 节 C4 0
SD J
1 d3
D Q
0
D Q C
d2
C
1
D Q
d1
C
1
d0
D Q
•
C
K RD
Q0 C
• • •
数码寄存器
• UR=8V UR U0= (d323+d222+d121+d020) 2 4 D/A =4V U0=6V =5.5V =5V
第 7章
第7章 数/模与模/数转换器
7.1 数/模(D/A)转换器 7.2 模/数(A/D)转换器 7.3 模拟开关与采样-保持 （S/H）电路
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第 7章
7.1 数/模(D/A)转换器
7.1.1 T型电阻网络D/A转换器 7.1.2 集成D/A转换器举例
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第 7章
7.1.1 T型电阻网络D/A转换器
A I 2R S3 I3 2R S2 R B I2 2R S1 R C I1 2R S0
I
I3
I3
R I2I I2
I1 I1
I0
I3
2
I I 4 23 2 10 2 0
2R R
UREF
D I0 2R Rf
I1
I0
2 I2
2
24 I
24
21
I1 I 4 20 2 2Βιβλιοθήκη Io1D/A的组成框图
基 准 电 压 输 入 寄 存 器 电 子 开 关
数 字 量 输 入
电 阻 网 络 上页
求 和 放 大 下页
模 拟 量 输 出
返回
第 7章
基准电源 A I 2R
电 S3 子 开 关
T型电阻网络D/A转换器
R I3 2R S2 B I2 2R S1 R C I1 2R S0 R D I0 2R Rf 梯形电阻网络A、B、 C、D任意一点，其 右边的电阻网络等效 电阻均等于R 。
第 7章
概述：
A/D 转换器的作用是将输入的模
拟电压数字化。 主要分为 两大类： 直接转换器： 逐次逼近型、并联比较型等
● ● ● ●
间接转换器： 单积分型、双积分型等
● ● ● ●
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第 7章
7.2.1 逐次逼近型A/D转换器
逐次逼近的基本思想：类似于用天平称物
顺 序
1 2
砝码重量
8g 8g+4g
UREF
R
I
R 当 D=0时S 接地；当 D=1时S 接“地”（虚地）， 即不论模拟开关接到左边还是右边，电阻2R一端 总是零电位。其等效电路如图： 上页 下页 返回
3
UD REF
D2
D1
U I REF + D0 I = R
o2
Io1
_ －
＋
△
＋
UO
8
+
第 7章 UREF UREF Rf I 1 +D 2 0) I 23+D 3 22+ = Io1 I U = – ( D D 2 0） R 2 1 I I I = + + + I 3 3 2 1 0 UREF O A + D 2 （ D 2 + D 2 + D 2 2 1 0 = 0 R 4 B R 4C R3 D 0 2 1 2 R 2 UREF R f f 3 +D 2 2 + 1 +D 2） n-1 n-2 UO=U – R I （ D 2 D 2 = – f 01 = – 2R 24 ( D 2 R 2R 2 + 0 +D02 ) 3 2 +D 2n-2 1…+D12 2 R O n-1 I3 I n 2 R I 22
D3 D2 D1 D0
Io2
_ －
＋ +
△
+ ＋ 下页
UO
8
上页
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第 7章
D/A的主要技术参数
※ 分 辨 率: 是指最小输出电压（ 对应的输入二进制数为1 ）与最大 输出电压(对应的输入二进制数的所有位全为1)之比。
分辨率=1/（2n-1）
例如十位数模转换器的分辨率为： ※ 转换精度： 表示实际输出的电压值与理想的输出电压值之间的差别。 ※ 转换速度： 从数码输入到模拟电压稳定输出间的时间称为转换速度。 ≈0.001 10 2 -1 1