AD轉(zhuǎn)換及其原理PPTPPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1AD轉(zhuǎn)換及其原理轉(zhuǎn)換及其原理PPT課件課件第1頁(yè)/共30頁(yè)計(jì)算機(jī)是處理計(jì)算機(jī)是處理數(shù)字量信息數(shù)字量信息的設(shè)備，要處理這些模擬量信的設(shè)備，要處理這些模擬量信息就必須有一個(gè)模擬接口，通過(guò)這個(gè)模擬接口，將模擬息就必須有一個(gè)模擬接口，通過(guò)這個(gè)模擬接口，將模擬量信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信息，以供計(jì)算機(jī)運(yùn)算和處理。量信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信息，以供計(jì)算機(jī)運(yùn)算和處理。然后，再把計(jì)算機(jī)處理過(guò)的數(shù)字量信息轉(zhuǎn)換為然后，再把計(jì)算機(jī)處理過(guò)的數(shù)字量信息轉(zhuǎn)換為模擬量信模擬量信息息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控制量的控制。，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控制量的控制。AD轉(zhuǎn)換的原因轉(zhuǎn)換的原因第2頁(yè)/共30頁(yè) 典型典型計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)第3頁(yè)/共3

2、0頁(yè) 實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器。通常通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個(gè)輸入電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)為一個(gè)輸出的數(shù)字信號(hào)。即即A/DA/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，或簡(jiǎn)稱或簡(jiǎn)稱ADCADC。（Analog - Digital - Converter ）第4頁(yè)/共30頁(yè)2. 2. 量化誤差量化誤差量化誤差是由于量化誤差是由于ADC ADC 的有限分辨率引起的誤差，這是連的有限分辨率引起的誤差，這是連續(xù)的模擬信號(hào)在整數(shù)量化后的固有誤差。對(duì)于四舍五入續(xù)的模擬信號(hào)在整數(shù)量化后的固有誤差。對(duì)于四舍五入的量化法，量化誤差在的量化法，量化誤差在1/2

3、 LSB1/2 LSB之間。之間。第5頁(yè)/共30頁(yè)第6頁(yè)/共30頁(yè)基本原理基本原理ADCD0D1Dn-2Dn-1uI 稱為 ADC 的單位量化電壓或量化單位，它是 ADC 的最小分辨電壓。 uD可見(jiàn)，輸出數(shù)字量 D 正比于輸入模擬量 uI 。 “ ”表示取整。第7頁(yè)/共30頁(yè)uI(t)C量化編碼電路Dn-1D1D0uI(t)S采樣保持電路采樣：把時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)變換為時(shí)間離散的信號(hào)。保持：保持采樣信號(hào)，使有充分時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。量化：把采樣保持電路的輸出信號(hào)用單位量化電壓的 整數(shù)倍表示。編碼：把量化的結(jié)果用二進(jìn)制代碼表示。第8頁(yè)/共30頁(yè) 采樣和保持通常采樣和保持通常在采樣保持電路中完成在

4、采樣保持電路中完成，量，量化和編碼通?；途幋a通常在在A/DA/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路中完成。中完成。第9頁(yè)/共30頁(yè)采樣定理：設(shè)取樣脈沖s(t)的頻率為fS，輸入模擬信號(hào)x(t)的最高頻率分量的頻率為fmax，必須滿足fs 2fmax。y(t)才可以正確的反映輸入信號(hào)(從而能不失真地恢復(fù)原模擬信號(hào))。通常取通常取fs （2.53）fmax 第10頁(yè)/共30頁(yè)s(t)s(t)有效期間，開(kāi)關(guān)管有效期間，開(kāi)關(guān)管VTVT導(dǎo)通，導(dǎo)通，u uI I向向C C充電，充電，u uO O (=(=u uc c) )跟隨跟隨u uI I的變化而變化；的變化而變化；s(t)s(t)無(wú)效期間，開(kāi)關(guān)管無(wú)效期間，開(kāi)關(guān)管VT

5、VT截止，截止，u uO O (=(=u uc c) )保持不變，直到下保持不變，直到下次采樣。（由于集成運(yùn)放次采樣。（由于集成運(yùn)放A A具有很高的輸入阻抗，在保持階段，具有很高的輸入阻抗，在保持階段，電容電容C C上所存電荷不易泄放。）上所存電荷不易泄放。） 第11頁(yè)/共30頁(yè)從從圖中可以看出，量化過(guò)圖中可以看出，量化過(guò)程會(huì)程會(huì)產(chǎn)生產(chǎn)生最大最大1/2 1/2 LSB (LSB (即即0.5V ) 0.5V ) 的誤差的誤差，要減少這，要減少這種量化誤差，可采取位數(shù)種量化誤差，可采取位數(shù)更多更多的的A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器。第12頁(yè)/共30頁(yè)需要需要3 3位編碼。位編碼。第13頁(yè)/共30頁(yè)A/

6、DA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器直接直接型型間接型間接型并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型雙積分型雙積分型電壓時(shí)間變換型積分型電壓時(shí)間變換型積分型(V-T)(V-T)( (雙積分型雙積分型) )逐次漸進(jìn)型逐次漸進(jìn)型電壓頻率變換型電壓頻率變換型(V-F(V-F) )第14頁(yè)/共30頁(yè)其工作過(guò)程與天平稱重物重量的過(guò)程十分相似。其工作過(guò)程與天平稱重物重量的過(guò)程十分相似。第15頁(yè)/共30頁(yè)第16頁(yè)/共30頁(yè)基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓U UREFREF逐次逼近型ADC電路框圖 第17頁(yè)/共30頁(yè)CP010000000511110000007.502101000006.2513101100006.87504101010006.5625151

7、01011006.7187516101011106.79687517101011116.83593751相對(duì)誤差僅為0.06%。轉(zhuǎn)換精度取決于位數(shù)。123456781052102.52101.252100.6252100.31252100.156252100.0781252100.03906252第18頁(yè)/共30頁(yè)第19頁(yè)/共30頁(yè)第20頁(yè)/共30頁(yè)雙積分型雙積分型AD轉(zhuǎn)換器的框圖轉(zhuǎn)換器的框圖第21頁(yè)/共30頁(yè)：1111101()TOUTUdtUCRRC 第22頁(yè)/共30頁(yè)12IREFTTUV1IREFNDUV11CPTNT其中TCP是脈沖時(shí)鐘信號(hào)，D是計(jì)數(shù)脈沖數(shù)第23頁(yè)/共30頁(yè)計(jì)數(shù)器中的數(shù)值就是AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后數(shù)字量，至此即完成