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AD转换及其原理ppt课件

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模拟量和数字量的转换—D_A转换器(电子技术课件)

模拟量和数字量的转换—D_A转换器(电子技术课件)
1

2 LSB
FSR
1
2
≤ 0.05%，即 ×
1
2 −1
≤ 0.05% ⇒
1
由于10位D/A转换器分辨率为 10
2 −1
的D/A转换器。
=
1
2 −1
1
1023
≤ 0.1%。
= 0.097%，故应取十位或十位以上
总结
DAC主要技术指标： VLSB 、 VFSR 、分辨率、转换速度、
转换精度
倒T形电阻网络D/A转换器
位数比较多时问题更突出。难以在极为宽广的阻值范围内保证每个电阻
都有很高的精度，对制作集成电路不利且影响转换器精度。
总结
权电阻网络DAC：结构比较简单，所用电阻元件数很少。
但各个电阻阻值相差较大，尤其在输入信号位数比较多时
问题更突出，影响转换器精度。
开关树型DAC
分压器型
双积分型ADC
间接ADC
权电容网络DAC
V-F变换型ADC
总结
1. DAC：数模转换器
ADC：模数转换器
2. DAC的分类、ADC的分类
D/A转换器的应用
以AD7520为例，介绍D/A转换器的应用。
AD7520是一种10位CMOS型的D/A转换集成
芯片，与微处理器完全兼容。该芯片以接口
1
对于n位D/A转换器，分辨率也可表示为：分辨率= 。如10位D/A转换器
2 −1
1
的分辨率为 10
2 −1
=
1
1023
≈ 0.001。DAC输入位数n越多，电路的分辨率越高。
分辨率体现D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。
4. 转换速度：指从输入数字量到转换成稳定的模拟输出电压所需要的时间。

8位和12位的AD和DA转换器ppt

8位和12位的AD和DA转换器ppt

&
&
DAC1210的结构框图
1) DAC1210的引脚 DI11DI0——D/A转换器的数字量输入引脚。其中DI0 为最低
位，DI11为最高位。
CS——片选信号输入端，低电平有效。
WR1——输入寄存器的写信号，低电平有效。当此信号有效
时，与CS和B1/B2配合起控制作用。 B1/B2——字节控制。此端为高电平时，12位数字同时送入输 入锁存器；此端为低电平时，将12位数字量的低4位送到4位输入 寄存器。
本节介绍的DAC0832和DAC1210)，而有的则没有。在实际中若
选用了内部不带锁存器的D/A转换芯片，就需要在CPU和D/A芯
片之间增加锁存电路。
1) 8位D/A转换器与CPU的接口 这里以8位的D/A转换芯片DAC0832来说明8位D/A转换芯片与 ISA总线的连接问题。如图所示，由于DAC0832内部有数据锁 存器，其数据输入引脚可直接与CPU的数据总线相连。图中 XFER和WR2接地，即DAC0832内部的第2级寄存器接成直通式， 只由第1级寄存器控制数据的输入，当CS和WR1同时有效时
等；按字长分有8位、10位、12位等；按输出形式分有电压型和 电流型。另外，不同生产厂家的产品，其型号各不相同。例如， 美国国家半导体公司的D/A芯片为DAC系列，如DAC0832等； 美国模拟器件公司的D/A芯片为AD系列，如AD558等。使用时
可参阅各公司提供的使用手册。
1 . DAC0832
线性误差：0.2%FSR(Full Scale Range)，即该芯片的线性 误差为满量程的0.2%。 非线性误差：0.4%FSR。 功耗：20 mW。 工作电压：单一+5+15 V电源。
参考电压：−10+10 V。

AD转换器

AD转换器

6）内部具有三态输出缓冲器，可直接与8位、 12位或16位微处理器直接相连。 7）具有＋10.000V的高精度内部基准电压源， 只需外接一只适当阻值的电阻，便可向DAC 部分的解码网络提供参考输入。内部具有 时钟产生电路，不须外部接线。 8 ） 需 三 组 电 源 ： ＋ 5 V、VCC（＋12V～＋ 15V）、VEE（－12V～－15V）。 由 于 转 换 精 度高，所提供电源必须有良好的稳定性，并 进行充分滤波，以防止高频噪声的干扰。
按输出方式分可分为：并行、串行、串并行。 按转换原理可分为：计数式、双积分式、逐次 逼近式。 按转换速度可分为：低速（转换时间≥1s）、 中速（转换时间≤lms）、高速（转换时间 ≥1μ s）和超高速（转换时间≤1ns） 按转换精度和分辨率可分为：3位、4位、8位、 10位、12位、14位、16位
能将模拟电压成正比的转换成数字量。
是模拟信号和数字信号接口的关键部件。
2、应用
雷达、通信、电子对抗、声纳、卫星、导弹、测控系统、地 震预测、医疗、仪器仪表、图像和音频等领域。
一、A/D转换的一般步骤及基本原理 3、 A/D转换的一般步骤
A/D转换过程为：采样、保持、量化和编码。
（1）采样与保持
一、A/D转换的一般步骤及基本原理
3、高于8位的并行输出A/D转换器接口
接口的一般形式
数据分两次输入，需增加一个并行接口。除此之外，其接口 形式和工作原理与8位ADC相同。
图2-32Байду номын сангаас
高于8位ADC接口的一般形式
【例2】 ADC574与8031/8051 PC机接口设计
(1)．硬件连线 接口可以采用查询和中断二种控制方式。
(2)．软件设计

《AD及DA转换》课件

《AD及DA转换》课件
AD转换器可采用不同的工作模式，包括单次采样模式、连续采样模式和返馈 式模式。工作模式的选择取决于应用的工作模式可供选择，包括并行输出模式、连续波模式和直流偏置模式。每种模式都有不同的 实现方法和性能特点。
《AD及DA转换》PPT课件
本PPT课件将深入介绍AD及DA转换的原理、分类、工作模式，以及采样率、 量化精度等关键概念。我们还会探讨信号处理技术、硬件实现和电路设计等 重要话题。
什么是AD和DA转换
AD（模数）转换将模拟信号转换为数字信号，DA（数模）转换将数字信号转换为模拟信号。这两种转换器 在许多电子系统中起着关键作用。
AD转换器可根据工作原理和特性进行分类，如逐次逼近型、积分型、双斜率 型和ΔΣ型等。每种类型都有其适用的应用场景和性能特点。
DA转换器的分类
DA转换器可以按照数字信号转换为模拟信号的方法进行分类，如加权电阻型、 串行型、并行型和PDM型等。不同类型的转换器适用于不同的应用需求。
AD转换器的工作模式
AD转换的原理和作用
AD转换器使用采样和量化技术将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。它 在信号处理、通信系统和传感器中都有广泛应用。
DA转换的原理和作用
DA转换器将数字信号转换为模拟信号，使其能够在模拟电路中进行进一步处 理和传输。它在音频、视频和通信等领域中扮演着核心角色。
AD转换器的分类

《AD和DA变换》课件

《AD和DA变换》课件

模拟信号采样
信号量化
连续的模拟信号通过采样器转换为离散的数字形式。
通过量化器将连续的信号转换为离散的数值，减小 信号的精度。
AD变换的应用
AD变换在许多领域中具有广泛的应用和重要的意义。
音频处理
AD转换用于音频设备中的声音 采集和处理，例如录音、音乐 制作和语音识别。
通信系统
AD转换用于将模拟信号转换为 数字信号，以便在通信系统中 传输和处理音频和视频数据。
Hale Waihona Puke 数字信号解码通过解码器将二进制信号解码为对应的数字数值。
信号重构
通过重构滤波器将数字信号转换为连续的模拟信号。
DA变换的应用
DA变换在各种设备和应用中发挥着至关重要的作用。
1
显示器
2
DA转换用于显示器中的数字信号解码和
模拟信号重建，以显示图像和视频。
3
音频设备
DA转换用于音频设备中的数字信号重建， 如扬声器和耳机。
关键的信号处理环节
AD变换将模拟信号转换为数字形式，DA变换将数字信号转换为模拟形式，促使数字设备和 模拟设备之间的互操作。
广泛的应用领域
AD和DA变换被广泛应用于音频设备、通信系统、数据采集、控制系统和测量仪器等领域。
AD变换的概念和原理
AD（模数转换）是将模拟信号转换为数字信号的过程。这涉及到信号采样、量化和编码。 • 信号采样：将连续的模拟信号在离散时间点上进行采样。 • 信号量化：将采样的信号转换为离散的数值。 • 信号编码：将量化的数值表示为二进制形式。
《AD和DA变换》PPT课件
本PPT课件介绍AD和DA变换的概念、原理、应用以及问题讨论，旨在向大家 分享我的专业知识和见解。
引言

AD转换模块课件

AD转换模块课件
电源管理与能效
为了提高能效，需要合理地管理电源，如使用开关电源和动态电压 调节技术。
CHAPTER
04
AD转换模块的接口与编程
硬件接口
模拟信号输入接口
用于连接模拟信号源，如传感器等，将模拟信号传输到AD转换 模块。
数字信号输出接口
将转换后的数字信号输出，通常连接微控制器或其他数字设备。
控制信号接口
逐次逼近型AD转换器
总结词
逐次逼近的方式将输入模拟信号转换为数字输出。
详细描述
逐次逼近型AD转换器采用逐次逼近的方式将输入模拟信号转换为数字输出。它通过不断调整比较器的参考电压 ，逐渐逼近输入模拟信号，最终得到数字输出。逐次逼近型AD转换器具有分辨率高、线性度好、转换速度快等 优点，但功耗较大。
并行比较/串并行型AD转换器
总结词
采用并行比较或串并行方式将输入模拟信号转换为数字输出。
详细描述
并行比较/串并行型AD转换器采用并行比较或串并行方式将输入模拟信号转换为数字输出。它通过多 个比较器同时比较输入模拟信号与多个参考电压，得到数字输出。并行比较/串并行型AD转换器具有 转换速度快、分辨率高等优点，但电路复杂度较高。
压频转换型AD转换器
AD转换模块的应用场景
信号处理
在信号处理系统中，AD转换模块 用于将模拟信号转换为数字信号 ，便于进行进一步的处理和分析
。
控制系统
在控制系统中，AD转换模块用于 将传感器的模拟信号转换为数字信 号，便于控制器进行数据处理和控 制。
数据采集
在数据采集系统中，AD转换模块用 于将模拟信号转换为数字信号，便 于计算机或其他数据处理设备进行 存储和处理。
AD转换模块PPT课件
CONTENTS

《STM8SAD转换》课件

《STM8SAD转换》课件
采样频率设置不当
如果采样频率设置过高，可能导 致 ADC 转换速度跟不上。
硬件限制
例如，ADC 的转换时间受限于其 内部电路和物理特性。
软件算法
例如，数据处理时间过长或算法 复杂度过高。
常见问题三：ADC 输入信号范围小
总结词
硬件设计
ADC 输入信号范围小可能是由于硬件设计 、信号调理电路或 ADC 的输入范围限制等 原因引起的。
输入范围
可配置为单端或差分输入模式。
Part
02
STM8S ADC 转换过程
模拟信号输入
01
02
03
输入范围
STM8S ADC可以接收的 模拟信号范围通常是03.3V（或0-5V，取决于具 体型号）。
信号源
输入的模拟信号可以来自 各种传感器，如温度传感 器、压力传感器等。
抗干扰能力
为了确保转换的准确性， 应采取措施减少外部干扰 对模拟信号的影响。
STM8S ADC 的基本概念
ADC
模数转换器，用于将模拟 信号转换为数字信号。
STM8S
STMicroelectronics生产 的8位微控制器系列。
STM8S ADC
STM8S微控制器内部的 模数转换器。
STM8S ADC 的工作原理
STEP 01
采样
STEP 02
量化
ADC通过采样/保持电路 对模拟信号进行采样。
Part
04
STM8S ADC 的编程与实现
STM8S ADC 的寄存器配置
寄存器地址
STM8S微控制器ADC的寄存器 地址为0x4001 3200-0x4001
32FF。
寄存器功能
每个寄存器都有特定的功能，如 控制转换开始、读取转换结果等

《AD转换的过程》PPT课件

《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：

高教社2024新能源汽车电工电子技术教学课件48AD转换与DA转换

高教社2024新能源汽车电工电子技术教学课件48AD转换与DA转换

入 D0
0 1 0
A/D 5V
模 拟 量 2.5V 输 入
A/D转换与D/A转换 DA转换器
DA转换器的性能指标
DA转换器
转换精度 转换速度
位数越高，输出的精度就越高 常见的DA：8位、12位、16位
单次输出电压的需要时间越短 转换速度快 输出更高频率的模拟信号
电脑
0 1
D1
量 输
D0 入
CPU
2.5V/0.25=10
A/D转换与D/A转换 AD转换器
模
0
D3 数
拟 量 输 入
5V A/D
1 0 1
D2 字
D1
量 输
D0 入
电脑 CPU
A/D转换与D/A转换 AD转换器
模
1
D3 数
拟 量 输 入
5V A/D
0 1 0
D2 字
D1
量 输
D0 入
电脑 CPU
数 D3
1
电脑 CPU
字 D2
量 输
D1
入 D0
0 1 0
A/D 5V
模 拟 量 2.5V 输 入
A/D转换与D/A转换 DA转换器
数 D3
1
电脑 CPU
字 D2
量 输
D1
入 D0
0 1 0
A/D
模 拟 量 2.5V 输 入
A/D转换与D/A转换 DA转换器
数 D3
1
电脑 CPU
字 D2
量 输
D1
1 0 1 0
A/D 5V
y*0.25
模 拟
量
输
入
A/D转换与D/A转换 DA转换器
数 D3

数模和模数转换PPT课件

数模和模数转换PPT课件
第29页/共64页
2、量化和编码 由于输入电压的幅值是连续变化的，它的幅值不一定是其量化单位的整倍
数，所以量化过程会引入误差，这种误差叫量化误差。
量化后的信号只是一个幅值离散的信号，为了对量化后的信号进行处理， 还应该把量化的结果用二进制代码或其它形式表示出来，这个过程就叫做编码。
量化的方法一般有两种：只舍不入法和有舍有入法。
把模拟量转化为数字量的过程称为模-数转换，把相应的转换器件称为模-数转 换器（Analog-Digital Converter，简称A/D转换器或ADC ）。
把数字量转化为模拟量的过程称为数-模转换， 把相应的转换器件称为数-模转 换器（Digital-Analog Converter，简称D/A转换器或DAC ）
克，秤量步骤：
顺序 1 2 3 4
砝码重 8g 8g+4 g 8g+4g+2g 8g+4g+1g
比较判断 8g < 13g
保留
12g < 13g
保留
14g > 13g 撤去
13g ＝13g
保留
第38页/共64页
逐次渐近型A/D转换器的基本工作原理是： a. 控制电路首先把寄存器的最高位置1， 其它各位置0。
第25页/共64页
(2) 转换误差 偏移误差：数字输入代码全为0时， D/A转换器的输出电压与理想输出电 压0V之差。
增益误差： 为数字输入代码由全0变 全1时，输出电压变化量与理想输出 电压变化量之差。
第26页/共64页
非线性误差：为D/A转换器实际输出电 压值与理想输出电压值之间偏差的最大 值。
第30页/共64页
0~0.7V的模拟信号转化为3位二进制数码的量化过程

微机接口课件第9章AD与DA转换

微机接口课件第9章AD与DA转换

CSEG ENDS
END /D转换器概述
将连续变化的模拟信号转换为数字信号的 装置称为A/D转换器，简称ADC。
1．ADC原理
A/D转换器按照工作原理可分为计数式A/D 转换器、双积分式A/D转换器和逐次比较式 A/D转换器三种。
（1）计数式A/D转换器
微机原理与接口技术
作者：徐建平 成贵学
第9章 A/D与D/A转换
在微型计算机的输入/输出系统中，常 需要把外界连续变化的模拟信号送入计 算机进行运算，或者把计算机中经过处 理的数字信号输出控制某些外设。
完成由模拟信号到数字信号或由数字 信号到模拟信号转换的过程分别称为模 /数（A/D）转换或数/模（D/A）转换。
其中，若Di＝1，则开关Si闭合；若Di＝0， 则开关Si断开。
（2）T型电阻网络
常用的方法是采用T型电阻网络，这种方法 只使用两种阻值的电阻（R和2R），如图9-3 所示。各处的电压依次为：
2．DAC技术指标
（1）分辨率 分辨率指的是输出电压的最小变化量与满量
程输出电压之比，表明了D/A转换器的一个 最低有效位（LSB）使输出变化的程度。 分辨率也常用输入二进制数的位数来描述， 位数越多，则分辨率越高，转换时对应输入 模拟信号的电压值越小。
（5）温度灵敏度
温度灵敏度指的是，在满量程时，温度每升 高1℃，输出模拟值变化的百分数。它反映 了D/A转换器对温度变化的灵敏程度。
（6）输出范围
所谓输出范围，指的是D/A转换器输出电压 的最大范围，一般为5V~10V。输出电压一般 与参考电压、运算放大器的连接方式等有关。
9.1.2 D/A转换器芯片 DAC0832
（1）单缓冲方式
单缓冲方式是指，使输入寄存器或DAC寄存器 中的一个处于直通状态，即输入数据经过一 级缓冲就送入D/A转换器。

AD转换及其原理ppt课件

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。

AD转换及其原理

AD转换及其原理
基准电压 UREF=10V。
CP
0
10000000
5
1
10 5 21
1
11000000
7.5
0
10 22

2.5
2
10100000
6.25
1
10 23

1.25
3
10110000
6.875
0
10 0.625
24
4
10101000
6.5625
1
10 25

0.3125
5
10101100
6.71875
常用 ADC 的类型
直接型 A/D 转 换 器
间接型
并联比较型 双积分型 逐次渐进型
电压时间变换型积分型(V-T) (双积分型) 电压频率变换型(V-F)
逐次逼近式A/D转换器工作特点
• 逐次逼近式A/D转换器的工作特点为： 二分搜索 反馈比较 逐次逼近
其工作过程与天平称重物重量的过程十分相似。
• 有时分辨率也用A/D转换器的位数来表示，如ADC0809的分 辨率为8位，AD574的分辨率为12位等。
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。
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
码总重量小于物体重量的砝码保留，否则拿下所添加的砝 码。 • 这样可得保留的砝码为128g＋64g＋2g＋1g＝195g，与重 物重量相等，相当于转换的数码为D7～D0＝11000011。
逐次逼近式A/D转换器

AD_DA原理_及常用芯片ppt课件

AD_DA原理_及常用芯片ppt课件
wwwthemegallerycomwwwthemegallerycomad构成模拟输入参考电压数据输出允许数字输出转换结束启动转换一个完整的ad转换器通常包括这样一些信号高速ad一般还有采样保持电路wwwthemegallerycomwwwthemegallerycomad分类类型速度复杂度抗干扰能力逐次比较式较高较差双积分式较慢精度高常见的ad转换器有计数式双积分式逐次逼近式并行直接比较式vf式
复杂度 低
（精度高） 高
8
抗干扰能力 较差 强 强 ;.
选择A/D时的注意问题
1
2
3
选择恰当的位数和转换速 率。应比实际要求高一点， 稍留余地。
确定是否需加采样/保持 电路。主要用来减少孔径 误差。不少A/D内部已经 含有该电路。
注意A/D的工作电压和基 准电压及模拟电压的极性、 量程等。
9
;.
并行A/D使用—MAX153
15
;.
外围电路图
16
;.
驱动时序图
17
;.
实验板上的A/D—TLC1549
1
10位串行A/D
2
单路模拟输入
3
无需外部时钟
4
8脚封装，体积较小
18
;.
芯片管脚图
19
;.
外围电路图
20
;.
驱动时序图
21
;.
D/A
D/A是一种将数字信号转换成模拟信号的器件。它的输出是由数字输入和参考电压组 合进行控制的。大多数常用的D/A数字输入是二进制或BCD码形式，输出可以是电流 也可以是电压。
LOGO
课件密码：
第六节 A/D和D/A
QQ群:
北方科技
;.

AD转换

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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• 转换开始前，先将计数器清零，并接通S0使 电容C完全放电。转换开始，断开S0。整个 转换过程分两阶段进行。
• 第一阶段，令开关S1置于输入信号Ui一侧。 积分器对Ui进行固定时间T1的积分。这一过 程称为转换电路对输入模拟电压的采样过 程。积分结束时积分器的输出电压为：
UO 1C 10 T1(U R 1)dtR TC 1 U 1
• 常用的A/D转换器芯片有ADC0809、 AD574A。
• 仅介绍ADC0890。CMOS器件，除了有8位 A/D转换器外，还有8路模拟开关以及地址锁 存与译码，有三条地址输入线ADDA、 ADDB、ADDC，可决定选通一路，该芯片 内还有便于与微机数据总线连接的三态输出 锁存器。
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ADC0809
接口。
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双积分型A/D转换器
双积分型A/D转换器属于间接型A/D转 换器，它是把待转换的输入模拟电压先 转换为一个中间变量，例如时间T；然 后再对中间变量量化编码，得出转换结 果，这种AD转换器多称为电压-时间变 换型（简称VT型）。
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双积分型A/D转换器
双积分型AD转换器的框图
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双积分型ADC原理
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双积分型ADC原理
• 第二阶段称为定速率积分过程，将UO1转换为成比 例的时间间隔。采样阶段结束时，一方面因参考
电压-VREF的极性与UI相反，积分器向相反方向积 分。计数器由0开始计数，经过T2时间，积分器输 出电压回升为零，过零比较器输出低电平，关闭 计数门，计数器停止计数，同时通过逻辑控制电
.
通常取fs ＝（2.5～3）fmax
A/D转换的一般步骤
由于A/D转换需要一定的时间，在每次采样以后， 需要把采样电压保持一段时间。
s(t)有效期间，开关管VT导通，uI向C充电，uO (=uc)跟随uI 的变化而变化；
s(t)无效期间，开关管VT截止，uO (=uc)保持不变，直到下 次采样。（由于集成运放A具有很高的输入阻抗，在保持阶段， 电容C上所存电荷不易泄放。）.
A/D转换及其原理
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一.A/D转换的基本概念 二.ADC的主要技术参数 三.A/D转换的一般步骤和基本原理 四.集成A/D转换器及应用
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概述
• 计算机能够处理的是数字量信息。然而在现实世界中有很 多信息并不都是数字量的，例如声音、电压、电流、流量、 压力、温度、位移和速度等，它们都是连续变化的物理量。 这些连续变化的物理量称为模拟量。
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逐次逼近式A/D转换器工作原理
• 称重过程如下： ① 先在砝码盘上加128g砝码，经天平比较结果，重物195g
＞128g，此砝码保留，即相当于最高位数码D7记为1。 ② 再加64g砝码，经天平比较，重物195g ＞（128＋64）g，
则继续留下64g砝码，即相当于数码D6记为1。 • 接着不断用上述方法，由大到小砝码逐一添加比较，凡砝
码总重量小于物体重量的砝码保留，否则拿下所添加的砝 码。 • 这样可得保留的砝码为128g＋64g＋2g＋1g＝195g，与重 物重量相等，相当于转换的数码为D7～D0＝11000011。
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逐次逼近式A/D转换器
逐次逼近型ADC电. 路框图
基准电压UREF
实例
8位A/D转换器，输入模拟量uI=6.84V，D/A转换器 基准电压 UREF=10V。
A/D转换的一般步骤
采样和保持通常在采样保持电路中完成，量 化和编码通常在A/D转换电路中完成。
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采样定理：设取样 脉冲s(t)的频率为fS， 输入模拟信号x(t)的最 高频率分量的频率为 fmax，必须满足fs ≥ 2fmax。y(t)才可以正确 的反映输入信号(从而 能不失真地恢复原模 拟信号)。
• 实现模数转换的电路称模数转换器。通常 的模数转换器是将一个输入电压信号转换 为一个输出的数字信号。即A/D转换器，或 简称ADC。（Analog - Digital - Converter ）
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二.ADC的主要技术参数
1. 分辨率
• 对于ADC来说，分辨率表示输出数字量变化一个相邻数码 所需要输入模拟电压的变化量。通常定义为满刻度电压与 2n的比值，其中n为ADC的位数。例如具有12位分辨率的 ADC能够分辨出满刻度的1/212（0.0244%）。
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。 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。
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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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。
CP
0
10000000
5
1
11000000
7.5
2
101000006.Biblioteka 5310110000
6.875
4
10101000
6.5625
5
10101100 6.71875
6
10101110 6.796875
7
10101111 6.835937
5 相对误差仅为0.06%。转换精度取决于位数
。
.
1
10 21
.
ADC0809的引脚功能
• IN0～IN7：8路模拟输入。 • START：启动A/D转换信号。 • ALE：地址锁存允许信号。 • EOC：转换结束信号。 • ADDA、ADDB、ADDC：8路模拟通道选择。 • VREF（＋）、VREF（－）：基准电压输入，典型值为VREF
（＋）=＋5V，VREF（－）=0V。 • D0～D7：8位数字数据输出。 • CLOCK：时钟输入。 • VCC 、GND：电源和地。 • OE：输出允许。
uI
。
A/D转换的一般步骤
输入模拟量
uI(t)
S
C
uI(t)
采样保持电路
量化 编码 电路
…
输出数字量
Dn-1
D1 D0
采样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。 保持：保持采样信号，使有充分时间转换为数字信号。 量化：把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的
整数倍表示。 编码：把量化的结果用二进制代. 码表示。
➢ 只要两次积分过程中积分器的时间常数相等路 对RC精度的要求不高。
➢ 电路的结构相对比较简单。 ➢ 双积分型A/D转换器属于低速型AD转换器，一
次转换时间在1~2ms，而逐次比较型A/D转换器 可达到1s。毫秒级的时间对于工业控制是足足 有余的，因此在工业控制中发挥优势。
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四.集成A/D转换器及应用
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ADC0809应用
ADC0809与51单片机组. 成的AD转换电路原理 图
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常用 ADC 的类型
直接型 A/D 转 换 器
间接型
并联比较型 双积分型 逐次渐进型
电压时间变换型积分型(V-T) (双积分型) 电压频率变换型(V-F)
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逐次逼近式A/D转换器工作特点
•逐次逼近式A/D转换器的工作特点为： ➢二分搜索 ➢反馈比较 ➢逐次逼近
其工作过程与天平称重物重量的过程十分相似。
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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。
可见，输出数字量
D
正比于输入模拟量 .
• 计算机是处理数字量信息的设备，要处理这些模拟量信息 就必须有一个模拟接口，通过这个模拟接口，将模拟量信 息转换成数字量信息，以供计算机运算和处理。
• 然后，再把计算机处理过的数字量信息转换为模拟量信息， 以实现对被控制量的控制。
AD转换的原因
.
典型计算机自动控制系统
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一.AD的基本概念
• 模数转换将时间连续和幅值连续的模拟量 转换为时间离散、幅值也离散的数字量。 使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。
量化
数字量最小单位所对应的最小量值叫做量化单位△。 将采样－保持电路的输出电压归化为量化单位△的整 数倍的过程叫做量化。
从图中可以看出，量化过 程会产生最大1/2 LSB (即 0.5V ) 的误差，要减少这 种量化误差，可采取位数 更多的A/D转换器。
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编码
用二进制代码来表示各个量化电平的过程叫 做编码。 一个n位二进制数只能表示2n个量化电平，量 化过程中不可避免会产生误差，这种误差称 为量化误差。量化级分得越多（n越大），量 化误差越小。 如果有n个量化级，二进制位的位数应为㏒2 n 。如量化级有8个，就需要3位编码。
• 有时分辨率也用A/D转换器的位数来表示，如ADC0809的 分辨率为8位，AD574的分辨率为12位等。
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。