ad转换器工作原理

ad转换的工作原理

AD转换（Analog-to-Digital Conversion）是将模拟信号转换为数字信号的过程。在现代电子设备中，AD转换是一项非常重要的技术，它广泛应用于通信、音频、视频、传感器等领域。本文将介绍AD转换的工作原理，并探讨其在实际应用中的重要性和挑战。

一、AD转换的基本原理

AD转换的基本原理是通过对连续的模拟信号进行采样和量化，将其转换为离散的数字信号。这个过程可以分为三个主要步骤：采样、量化和编码。

1. 采样：采样是将连续的模拟信号在时间上进行离散化，以便能够对其进行处理和分析。采样的频率决定了信号在时间上的离散程度，常用的采样频率有44.1kHz、48kHz等。

2. 量化：量化是将连续的模拟信号转换为一系列离散的取值。量化的目的是将连续的信号分割为有限个离散级别，以便能够用有限的位数表示。量化级别的数量决定了数字信号的精度，常用的量化级别有8位、16位、24位等。

3. 编码：编码是将量化后的离散信号转换为二进制码。编码的目的是将离散的取值映射到对应的二进制数值，以便能够存储和处理。常用的编码方式有二进制补码、格雷码等。

二、AD转换的重要性

AD转换在现代电子设备中具有重要的作用，主要体现在以下几个方面：

1. 信息传输：在通信系统中，模拟信号需要经过AD转换后才能被数字设备处理和传输。例如，在手机通话过程中，声音信号经过手机内部的AD转换器转换为数字信号，然后通过网络传输到对方手机进行解码和播放。

2. 音频处理：在音频设备中，AD转换器将声音信号转换为数字信号后，可以对其进行各种处理，如音量调节、音效处理等。这样一来，用户可以根据自己的需求调整音频效果，提升听觉体验。

3. 视频处理：在视频设备中，AD转换器将模拟的视频信号转换为数字信号后，可以对其进行压缩、编码、解码等处理，以便能够存储和传输。这样一来，用户可以通过各种数字设备观看高清视频，享受更好的视觉效果。

A/D转换器ICL7107

一、31/2位双积分型A/D转换器ICL7107的基本特点

① ICL7107是31/2位双积分型A/D转换器属于CMoS大规模集成电路它的最大显示值为士1999最小分辨率为100uV转换精度为0.05士1 个字。

② 能直接驱动共阳极LED数码管不需要另加驱动器件使整机线路简化采用士5V两组电源供电并将第21脚的GND接第30脚的IN 。

③ 在芯片内部从V+与COM之间有一个稳定性很高的2.8V基准电源通过电阻分压器可获得所需的基准电压VREF 。

④ 能通过内部的模拟开关实现自动调零和自动极性显示功能。

⑤ 输入阻抗高对输入信号无衰减作用。

⑥ 整机组装方便无需外加有源器件配上电阻、电容和LED共阳极数码管就能构成一只直流数字电压表头。

⑦ 噪音低温漂小具有良好的可靠性寿命长。

⑧ 芯片本身功耗小于15mw不包括LED。

⑨ 不设有一专门的小数点驱动信号。使用时可将LED共阳极数数码管公共阳极接V+

⑩ 可以方便的进行功能检查。

二、 ICL7107引脚功能

V+和V-分别为电源的正极和负极

a 1-g1, a2-g2 ,a3-g3分别为个位、十位、百位笔画的驱动信号依次接个位、十位、百位LED显示器的相应笔画电极。

bc4千位笔画驱动信号。接千位LED显示器的相应的笔画电极。

Oscl-OSc3 时钟振荡器的引出端外接阻容或石英晶体组成的振荡器。第38脚至第40脚电容量的选择是根据下列公式来决定 Fosl = 0.45/RC COM 模拟信号公共端简称“模拟地”使 用时一般与输入信号的负端以及基准电压的负极相连。

TEST 测试端 接 +5V时 数码管显示1888

VREF VREF- 基准电压正负端。 CREF外接基准电容端。

INT(27脚)是一个积分电容器必须选择温度系数小不致使积分器的输入电压产生漂移现象的元件

第三章A/D转换

3.1模拟通信与数字通信

根据在传输信道上信号形式的不同，把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。在通信系统中，若信源发出的是模拟信号，经过发送设备变换成适合在媒质中传输的电信号，这个变换后电信号仍然是与原信息呈相似的连续变化，这种通信方式称为模拟通信。数字通信是指用数字信号作载体来传输信息，或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。它可以传输电报、数据等数字信号，也可以传送经过数字化处理的话音和图像等模拟信号。数字通信只强调通信过程中传输的是数字信号，所以信源本身发出的可以是模拟信号，也可以是数字信号。这里讲的是电话通信，由于话音信号是模拟信号，所以在送往信道传输前需要有模拟／数字转换过程，到了接收端要有反变换过程。

3.2 A/D转换器的基本原理

在A/D转换器中，由于输入的是模拟信号，它在时间上是连续的，而A/D转换器得输出是数。字信号，它在时间上是离散的。所以只能在一系列选定的瞬间对输入的模拟信号取样，然后将这些取样值转换成输出的数字量。

因此A/D转换得过程是首先对输入的模拟电压信号取样，取样结束后进入保持阶段，在这段时间内，将取样的电压量化为数字量，并按一定的编码形式给出转换结果。然后，在开始下一次取样。

3.2.1 抽样

话音信号是连续的模拟信号，要完成模／数变换，首先对话音信号进行离散化处理。模拟信号数字化的第一步是在时间上对信号进行离散化处理，即将时间上连续的信号处理成

时间上离散的信号，这一过程称之为抽样。通过抽样得到一系列在时间上离散的幅值序列称为样值序列。这些样值序列的包络线仍与原模拟信号波形相似，我们把它称之为脉冲幅度调制 ( Pulse Amplitude Modulation，PAM）信号。具体地说，就是某一时间连续信号 f ( t )，仅取 f ( t0 ) , f ( t1) , f（t2）„

各离散点数值，就变成了时间离散信号。这个取时间连续信号离散点数值的过程就叫做抽样。如图 1所示。

模数转换器最重要的参数是转换的精度，通常用输出的数字信号的位数的多少表示。转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。 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。

模数转换原理概述 随着数字电子技术的迅速发展，各种数字设备，特别是数字电子计算机的应用日益广泛，几乎渗透到国民经济的所有领域之中。数字计算机只能够对数字信号进行处理，处理的结果还是数字量，它在用于生产过程自动控制的时候，所要处理的变量往往是连续变化的物理量，如温度、压力、速度等都是模拟量，这些非电子信号的模拟量先要经过传感器变成电压或者电流信号， 然后再转换成数字量，才能够送往计算机进行处理。 模拟量转换成数字量的过程被称为模数转换，简称A/D(Analog to Digital)转换；完成模数转换的电路被称为 A/D 转换器，简称 ADC(Analog to Digital Converter)。 数字量转换成模拟量的过程称为数模转换， 简称 D/A(Digital to Analog)转换；完成数模转换的电路称为D/A转换器，简称DAC(Digital to Analog Converter)。模拟信号由传感器转换为电信号，经放大送入 AD 转换器转换为数字量，由数字电路进行处理，再由 DA转换器还原为模拟量，去驱动执行部件。为了保证数据处理结果的准确性， AD转换器和DA转换器必须有足够的转换精度。同时，为了适应快速过程的控制和检测的需要，AD转换器和 DA转换器还必须有足够快的转换速度。因此，转换精度和转换速度乃是衡量 AD转换器和 DA转换器性能优劣的主要标志。

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。最普通的码制是二进制，它有2的n次方个量级（n为位数）,可依次逐个编号。模数转换的方法很多，从转换原理来分可分为直接法和间接法两大类。 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（见图）。控制逻辑能实现对分搜索的控制，其比较方法如同天平称重。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VinVS还是Vin