数模转换步骤

第 1 页 共 5 页 3. 模数转换器

（1） 模/数（A/D）转换器

A/D转换器是模拟信号源与计算机或其它数字系统之间联系的桥梁，它的任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便计算机或数字系统进行处理、存储、控制和显示。在工业控制和数据采集及其它领域中，A/D转换器是不可缺少的重要组成部分。

1) 逐次逼近型A/D转换器

逐次逼近型A/D转换器又称逐次渐近型A/D转换器，是一种反馈比较型A/D转换器。逐次逼近型A/D转换器进行转换的过程类似于天平称物体重量的过程。天平的一端放着被称的物体，另一端加砝码，各砝码的重量按二进制关系设置，一个比一个重量减半。称重时，把砝码从大到小依次放在天平上，与被称物体比较，如砝码不如物体重，则该砝码予以保留，反之去掉该砝码，多次试探，经天平比较加以取舍，直到天平基本平衡称出物体的重量为止。这样就以一系列二进制码的重量之和表示了被称物体的重量。例如设物体重11克，砝码的重量分别为1克、2克、4克和8克。称重时，物体天平的一端，在另一端先将8克的砝码放上，它比物体轻，该砝码予以保留（记为1），我们将被保留的砝码记为1，不被保留的砝码记为0。然后再将4克的砝码放上，现在砝码总和比物体重了，该砝码不予保留（记为0），依次类推，我们得到的物体重量用二进制数表示为1011。用下表7.1表示整个称重过程。

表7.1 逐次逼近法称重物体过程表

顺序 砝码（克） 比较 砝码取舍

1 8 8<11 取（1）

2 4 12>11 舍（0）

3 2 10<11 取（1）

4 1 11=11 取（1）

图7.7 逐次逼近型A/D转换器方框图

利用上述天平称物体重量的原理可构成逐次逼近型A/D转换器。

逐次逼近型A/D转换器的结构框图如图7.7所示，包括四个部分：电压比较器、D/A转换器、逐次逼近寄存器和顺序脉冲发生器及相应的控制逻辑。

逐次逼近型A/D转换器是将大小不同的参考电压与输入模拟电压逐步进行比较，比较结果以相应的二进制代码表示。转换开始前先将寄存器清零，即送给D/A转换器的数字量为0，三个输出门G7、G8、G9被封锁，没有输出。转换控制信号有效后（为高电平）开始转换，在时钟脉冲作用下，顺序脉冲发生器发出一系列节拍脉冲，寄存器受顺序脉冲发生器及控制电路的控制，逐位改变其中的数码。首先控制逻辑将寄存器的最高位置为1，使其输出为100……00。这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压Uo,送到比较器与待转换的输入模拟电压Ui进行比较。若Uo＞Ui，说明寄存器输出数码过大，故将最高位的1变成0，同时将次高位置1；若Uo≤Ui,说明寄存器输出数码还不够大，则应将这一位的1保留。数码的取舍通过电压比较器的输出经控制器来完成的。依次类推按上述方法将下一位置1进行比较确定该位的1是否保留，直到最低位为止。此时寄存器里保留下来的数码即为所求的输出数字量。

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A/D转换芯片ADC0832的应用

作者：杜洋

2005年10月11日

ADC0832是美国国家半导体公司生产的一种8位分辨率、双通道A/D转换

芯片。由于它体积小，兼容性强，性价比高而深受单片机爱好者及企业欢迎，

其目前已经有很高的普及率。学习并使用ADC0832可是使我们了解A/D转换器

的原理，有助于我们单片机技术水平的提高。

ADC0832具有以下特点：

· 8位分辨率；

· 双通道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0~5V之间；

· 工作频率为250KHZ，转换时间为32μS；

· 一般功耗仅为15mW；

· 8P、14P—DIP（双列直插）、PICC多种封装；

· 商用级芯片温宽为0°C to +70°C，工业级芯片温宽为−40°C to +85°C；

芯片顶视图：（图1、图2）

图1 图

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芯片接口说明：

· CS_ 片选使能，低电平芯片使能。

· 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，转换数据输出。

· CLK 芯片时钟输入。

· Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）。

ADC0832与单片机的接口电路：

图3

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ADC0832为8位分辨率A/D转换芯片，其最高分辨可达256级，可以适应

一般的模拟量转换要求。其内部电源输入与参考电压的复用，使得芯片的模拟

电压输入在0~5V之间。芯片转换时间仅为32μS，据有双数据输出可作为数据

校验，以减少数据误差，转换速度快且稳定性能强。独立的芯片使能输入，使

数模转换的基本步骤及原理

数模转换的主要步骤包括:1. 采样。连续时域的模拟信号通过采样保持器进行采样,获取这一时刻的幅值,形成脉冲序列。2. 量化。将每个采样值APPROXIMATE最邻近的量化级,获得数字编码。量化级数决定分辨精度。3. 编码。将量化结果转变为标准化的数字输出代码。常用编码方法有自然二进制编码、偏移二进制编码等。4. 平滑。对输出代码进行低通滤波,平滑降噪,提高信噪比。其基本原理是:1.

采样定理。采样频率必须大于信号最高频率的两倍,以避免频谱混叠。2. 量化误差。量化会产生量化噪声,需要权衡量化级数和噪声。3. 编码表示。编码要尽量消除误差,提高分辨率。4. 平滑重构。低通滤波可以抑制高频噪声,提高输出精度。5. 反馈校正。采用正反馈可补偿量化误差,改善转换特性。数字信号处理技术使数模转换得到广泛应用。合理设计和使用数模转换系统,可以获得高精度的转换结果。朋友,希望这些内容对您有所帮助。如还有其他问题,欢迎继续提出。

数模转换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量，实现该功能的电路或器件称为数模转换电路，通常称为D/A转换器或DAC(Digital Analog Converter)。我们知道数分可为有权数和无权数，所谓有权数就是其每一位的数码有一个系数，如十进制数的45中的4表示为4×10,而5为5×1，即4的系数为10，而5的系数为1, 数模转换从某种意义上讲就是把二进制的数转换为十进制的数。 最原始的DAC电路由以下几部分构成：参考电压源、求和运算放大器、权产生电路网络、寄存器和时钟基准产生电路，寄存器的作用是将输入的数字信号寄存在其输出端，当其进行转换时输入的电压变化不会引其输出的不稳定。时钟基准产生电路主要对应参考电压源，它保证输入数字信号的相位特性在转换过程中不会混乱，时钟基准的抖晃（jitter)会制造高频噪音。二进制数据其权系数的产生，依*的是电阻，CD格式是16bit,即16位。所以采用16只电阻，对应16位中的每一位。参考电压源依次经过每个电阻的电流和输入数据每位的电流进行加权求和即可得出模拟信号。这就是多比特DAC。 多比特与1比特的区别之处就是，多比特是通过内部精密的电阻网络进行电位比较，并最终转换为模拟信号，好处在于高的动态跟随能力和高的动态范围，但是电阻的精度决定了多比特转换器的精度，要达到24bits的转换精度，对电阻的要求高达0.000015，即便是理想的电阻，其热噪音形成的阻值波动都会大于此值，多比特系统目前广泛采用的是R-2R梯形电阻网络，对电阻的精度要求可以降低，但即便如此，理想状态的电阻达到的转换精度也不会达到24bits,23bits已经是极限多比特系统的优点在于设计简单，但受制于电阻的精度，成本也高 单比特的原理：依*数学运算的方法在CD的脉冲代码信号（PCM）中插入过取样点，插入7个取样点就是18倍过取样，这些插入的取样点与原信号通过积分电路进行比较，数值大的就定为1，数值小的就定为0，原先的PCM信号就变成了只有1和0的数据流，1代表数据流较密集，0代表数据流较稀疏，这就是脉冲密度调制信号（PDM），脉冲密度调制信号经过一个开关电容网络构成的低通滤波器，1就转换为高电压信号，0就转换为低电压信号，然后通过级联积分，最终转换为模拟信号。插入取样信号会制造出许多高频噪音，所以还要经过一个噪音整形电路处理，将这些噪音推移到人耳听不到的频域。 1bit的优点在于转换精度不受制于电阻，转换精度可以超过24bits,成本也低，但是设计过取样和噪音整形的电路难度很大。因为电阻在精密程度（光刻）和热噪音（材料）上对音质影响相对小些，而1比特的电容和积分电路对音质影响则相对大些对于CD的数据格式，单从声音素质上应该说多比特优于1比特，多比特对16比特的CD信号直接进行转换，而单比特还要经过一个PCM信号转换为PDM信号的程序，还要经过开关电容的充放电过程，虽然从理论上来说，最终得到模拟信号的速度和多比特相比不会慢到可以比较的程度，但是实际听感上，单比特不如多比特听起来更有活力，单比特似乎要慢一点，中频厚一点，音色比较浓郁。 1bit始创于飞利浦，分为三派，一派是以飞利浦为代表的比特流Bitsream，一派是以松下为代表的MASH，但是MASH的创始者是NTT公司，还有一派就是今天非常流行的Delta-Sigma.Bitsream采用最传统的 三阶或四阶噪音整形，MASH （Multi