第9章模数转换ADC

模-数转换（ADC）模-数转换（ADC）简介模-数转换原理ADC的转换原理根据ADC的电路形式有所不同。

ADC电路通常由两部分组成，它们是：采样、保持电路和量化、编码电路。

其中量化、编码电路是最核心的部件，任何ADC转换电路都必须包含这种电路。

ADC电路的形式很多，通常可以并为两类：间接法：它是将采样-保持的模拟信号先转换成与模拟量成正比的时间或频率，然后再把它转换为数字量。

这种通常是采用时钟脉冲计数器，它又被称为计数器式。

它的工作特点是：工作速度低，转换精度高，抗干扰能力强。

直接法：通过基准电压与采样-保持信号进行比较，从而转换为数字量。

它的工作特点是：工作速度高，转换精度容易保证。

模—数转换的过程有四个阶段，即采样、保持、量化和编码。

采样是将连续时间信号变成离散时间信号的过程。

经过采样，时间连续、数值连续的模拟信号就变成了时间离散、数值连续的信号，称为采样信号。

采样电路相当于一个模拟开关,模拟开关周期性地工作。

理论上，每个周期内，模拟开关的闭合时间趋近于0。

在模拟开关闭合的时刻（采样时刻），我们就“采”到模拟信号的一个“样本”。

量化是将连续数值信号变成离散数值信号的过程。

理论上，经过量化，我们就可以将时间离散、数值连续的采样信号变成时间离散、数值离散的数字信号。

我们知道，在电路中，数字量通常用二进制代码表示。

因此，量化电路的后面有一个编码电路，将数字信号的数值转换成二进制代码。

然而，量化和编码总是需要一定时间才能完成，所以，量化电路的前面还要有一个保持电路。

保持是将时间离散、数值连续的信号变成时间连续、数值离散信号的过程。

在量化和编码期间，保持电路相当于一个恒压源，它将采样时刻的信号电压“保持”在量化器的输入端。

虽然逻辑上保持器是一个独立的单元，但是，工程上保持器总是与采样器做在一起。

两者合称采样保持器。

八位串行A/D转换器ADC0832简介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。

图9.2.6
DAC——CB7520电路原理图
【例1】 下图是用CB7520和74LS161组成的波形发生器电路。已 知CB7520的VREF=-10V，试画出输出电压V0的波形，并标出波形图 上各点电压的幅度。
9.2.7
DAC——CB7520应用举例
§9.2.3 权电流型D/A转换器
在权电阻网络DAC和倒T形电阻网络DAC中的模拟开关在实 际应用中，总存在一定的导通电阻和导通压降，而且每个开关的 情况又不完全相同，所以它们的存在无疑会引起转换误差，影响 转换精度。 权电流型DAC可有效的解决这一问题。其示意图如下：
n
其中： X X n 2
n 1
X n 1 2
n2
X 1 2 Dn
0
一般的数模转换器的基本组成可分为四部分，即：电 阻译码网络、模拟开关、基准电压源和求和运算放大器。
图9.2.2 数模转换器原理图
目前使用最广泛的D/A转换技术有两种：权电阻网络 D/A转换和T形电阻网络D/A转换。
本章主要内容
第一节
概述
第二节
D/A转换器
第三节 A/D转换器
§9.1 概述
DAC和ADC的应用举例：
DAC和ADC的应用举例——MP3播放器：
DAC和ADC的应用举例——数字温度计：
DAC和ADC的应用举例——数字血压计：
在过程控制和信息处理中，经常会遇到一些连续变化的 物理量，如话音、温度、压力、流量等，它们的量值都是 随时间连续变化的。为了能使用数字电路处理模拟信号， 必须把模拟信号转换成相应的数字信号，方能送入数字系 统进行处理。同时，还往往要求将处理后得到的数字信号 再转换为相应的模拟信号作为最后的输出。 图9.1.1所示即为一个典型的数字控制系统框图：

7.12ADC模数转换实验本节我们学习STM32的ADC。

7.12.1名词解释1.模拟信号：模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。

或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。

像那些电压/电流与声音这些都是模拟信号。

2.数字信号：数字信号指幅度的取值是离散的，幅值表示被限制在有限个数值之内。

二进制码就是一种数字信号。

二进制码受噪声的影响小，易于有数字电路进行处理，所以得到了广泛的应用。

3. ADC：Analog-to-Digital Converter（模数转换器），从字面上看，A我们称为模拟信号（Analog signal），D我们称为数字信号（digital signal），A/D转换器也就是把模拟信号转换成数字信号的器件。

这里我们顺带了讲一下DAC，D/A转换器刚好与A/D功能相反，，它是把数字信号转换为模拟信号。

这一章节，我们学习STM32的ADC。

我们通过ADC的通道采样电位器上的电压值，通过串口将电压数据打印出来。

7.12.2常用ADC种类介绍现在的数字图像采集都需要有高速的A/D采样保证有效性和精度，一般的测控系统也希望在精度上有所突破，人类数字化的浪潮推动了A/D转换器不断变革，而A/D转换器是人类实现数字化的先锋。

A/D转换器发展，经历了多次的技术革新，目前常见的模数转换器（ADC）有：1．逐次逼近型2．积分型ADC3．并行比较A/D转换器4．压频变换型ADC5．∑-Δ型ADC6．流水线型ADC这些转换器各有其优缺点，能满足不同的应用场合的使用。

逐次逼近型、积分型、压频变换型等，主要应用于中速或较低速、中等精度的数据采集和智能仪器中。

流水线型ADC 主要应用于高速情况下的瞬态信号处理、快速波形存储与记录等领域。

∑-Δ型ADC主应用于高精度数据采集特别是数字音响系统、多媒体、地震勘探仪器、声纳等电子测量领域。

本实验我们对逐次逼近型ADC进行解析。

Vref 2n
i
1 LSB 2
~
Vref 2n
i
1 2
LSB


Xi
i = 0, 1, 2,…, n-1.
1 2
LSB

Vref 2n1
称为量化误差
9.3.1 ADC的工作过程
1. 采样与保持 采样：按一定的时间间隔取信号一瞬间的值。
输入信号 采样脉冲 采样信号
为采样时间
TS 为采样周期

x2 4

x3 8

Vref 23 R
x122 x2 21 x3 20

Vref 23 R
X
V0 iRf


Vref 23
Rf R
X
当 Rf
R
时， V0


Vref 23
X
9.1.4 R-2R倒梯形DAC
从每个节点(ABC)向右看，等效电阻都是2R。因
此每过一个节点，电流减小一半。
x1
Vref R

x2
Vref 2R

x3
Vref 4R



R f Vref 22 R
x122 x2 21 x3 20


Vref 23
X
其中取 R 2R f ，x1, x2 , x3 取值为0或1。
9.1.3 R-2R T形电阻网络DAC
(1) 当 x3 = x2 = 0, x1 = 1 时
普通电视图象信号，最高频率达 5.5MHz，用 24位真彩 色，采样频率用 11MHz，则转换输出码率为 264Mb ps，即 31.47MByte ps。用普通光盘可以存储约 20秒种。