微型計(jì)算機(jī)原理及其應(yīng)用第10章模數(shù)及數(shù)模轉(zhuǎn)換

1、1微型計(jì)算機(jī)原理及其應(yīng)用第10章 模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換210.1 概述模擬信號：在時(shí)間或數(shù)值上連續(xù)變化的信號.數(shù)字信號：在時(shí)間和數(shù)值上都離散的信號.模擬傳感器A/D轉(zhuǎn)換器模擬電量執(zhí)行元件D/A轉(zhuǎn)換器模擬電量被控對象非電量控制操作數(shù)字處理系統(tǒng)數(shù)字量數(shù)字量將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC；能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。 3數(shù)字電壓表模擬信號數(shù)字顯示電路數(shù)字信號模數(shù)轉(zhuǎn)換溫度控制器 溫度模擬信號數(shù)字信號單片機(jī)或微機(jī)傳感器模數(shù)轉(zhuǎn)換幾個(gè)簡單數(shù)字處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖：CD播放器 脈沖數(shù)字信號模擬信號擴(kuò)音器數(shù)字信號處理電路數(shù)模轉(zhuǎn)換激光頭41

2、0.2 D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器dn-1dn-2d0uO或iO輸出輸入數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸入輸出的關(guān)系n位二進(jìn)制數(shù)dn-1dn-2d0的大小輸入為二進(jìn)制碼，輸出為模擬電壓/電流輸出電壓與輸入的二進(jìn)制碼的值成正比例：K為比例系數(shù) D3D2D1D0 VO 0000 0V 0001 0.25V 0010 0.5V 0011 0.75V 0100 1V 0101 1.25V 0110 1.5V 0111 1.75V 1000 2V 1001 2.25V 1010 2.5V 1011 2.75V 1100 3V 1101 3.25V 1110 3.5V 1111 3.75V5DAC的分類：按結(jié)構(gòu)：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D

3、AC、倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC；按輸入方式：并行輸入型、串行輸入型將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換原理6運(yùn)算放大器的原理理想運(yùn)放在負(fù)反饋條件下的兩個(gè)特點(diǎn)： A+-iV-V+RfvoRvii-i+“虛短”“虛斷”由此推出：7權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器電路及工作原理vORF(R/2) A-+23R22R2RRI0I1I2I3d0d1d2d3i VREFS0S1S2S3V-V+Si：d=1時(shí)接VREF， d=0時(shí)接地此式即表明模擬輸出與數(shù)字輸入成正比。8推廣到一般情況：優(yōu)點(diǎn)：電阻數(shù)量少

4、，結(jié)構(gòu)簡單；缺點(diǎn)：位數(shù)較多時(shí)，電阻種類多，差別大，不易集成。每條支路上的電阻反映了該位的權(quán)，故稱權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)。改變RF可改變比例系數(shù)vORF(R/2) A-+23R22R2RRI0I1I2I3d0d1d2d3i VREFS0S1S2S3V-V+LSBMSB9倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器電路及工作原理由圖可知不管開關(guān)接左還是接右，支路電流都不變，只是接左電流流入地，接右電流流向R 。d0d1d2d3i VREFvOR A-+V-V+S3S2S1S02R2R2RI0I1I2I32R2RRRRI3I2I1I0Idi為1 ：Si與運(yùn)放的反相輸入端（“虛地”）連接di為0 ：Si與地連接10RI2I3I1R

5、R2R2R2R2R2RI0+UREFI0011 22 33 RRRR0分別從虛線00 、11 、22 、33處向左看的電路等效電阻均為RI = UREF /RI3 = I21I2 = I41I1 = I81I0 = I16111d0d1d2d3i VREFvOR A-+V-V+LSBMSBS3S2S1S02R2R2RI0I1I2I32R2RRRRI3I2I1I0I電阻支路為倒T型，故名倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC推廣：n位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出改變RF可改變比例系數(shù)解決了阻值相差太大的問題12權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器解決措施：將電阻換成恒流源。模擬開關(guān)的問題：若模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻不相等，則電流有誤差，轉(zhuǎn)換有誤差

6、。恒流源的實(shí)現(xiàn)：三極管集電極電流。 d0d1d2d3i VREF（-）vORF A-+V-V+LSBMSBS3S2S1S0I/16I/8I/4I/213原理：因T的基極接在一起，故發(fā)射極同電位，故各支路電流均相差2倍。 恒流源IB0用來為T提供基極偏置電流。 A1與TR構(gòu)成基準(zhǔn)電流發(fā)生電路， 產(chǎn)生I/2I/4I/8I/16d3d2d1d0iOMSBLSBS0S1S2S3vORF A2-+VEE(-)+-IB0IECIE0IE1IE2IE32R2R2R2R2RRRRRIREF A1RRVREFTRT3T2T1T0TC-+I注意該公式中無負(fù)號。14權(quán)電流型集成D/A轉(zhuǎn)換器DAC0808簡介 8位數(shù)

7、字輸入 需外接運(yùn)放、反饋電阻、參考電壓。 Vcc13IO4MSBA15VR-15A26A37VR+14A48A59A610COMP16A711LSBA812VEE3 DAC0808上述參數(shù)下：VCC=+5V A VREF=10VRF vOVEE=-15VRR5K5K5K0.01F15DAC0808 D/A轉(zhuǎn)換器輸出與輸入的關(guān)系（ 設(shè)VREF=10V）16具有雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器二進(jìn)制算術(shù)運(yùn)算中，正負(fù)數(shù)采用補(bǔ)碼表示。補(bǔ)碼的定義：符號位：正數(shù)為0，負(fù)數(shù)為1數(shù)值位：正數(shù)的數(shù)值位與原碼相同；負(fù)數(shù)的數(shù)值位為反碼加1例：3符號位0，數(shù)值位11，補(bǔ)碼011 3符號位1，數(shù)值位01，補(bǔ)碼101若在DAC輸

8、入端輸入補(bǔ)碼，則輸出模擬電壓應(yīng)有正負(fù)兩種極性。故稱雙極性輸出。17補(bǔ)碼d2d1d0對應(yīng)十進(jìn)制數(shù)要求輸出電壓011+3+3V010+2+2V001+1+1V00000V111-1-1V110-2-2V101-3-3V100-4-4V將符號位反相單極性輸出偏移-4V111+7V+3V110+6V+2V101+5V+1V100+4V0V011+3V-1V010+2-2V001+1-3V0000-4V使補(bǔ)碼輸入d2d1d0=000時(shí)，輸出vO=0即可。 VB、RB的取值：思路： 符號位反相。加偏移電壓。 實(shí)現(xiàn)：符號位經(jīng)非門反相后再輸入。在反相端加偏移電壓VB VREF(-8V)d0d1d2LSBMSB

9、S2S1S02R2R2R2RRRvOR A-+1iBRBVB(+)可確定VB、RB取值以三位二進(jìn)制補(bǔ)碼為例討論18以四位DAC為例畫出轉(zhuǎn)換特性曲線 可以看出輸出電壓在幅值上是不連續(xù)的，一個(gè)級差為 0000001101101001110011111/163/165/167/169/1611/1613/1615/1610.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器的指標(biāo)通常用分辨率和轉(zhuǎn)換精度來描述。19分辨率反映了D/A轉(zhuǎn)換器的靈敏度，即最小增量值。 1、分辨率定義1：用輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)n表示，如8位；定義2：用最低有效位對應(yīng)的模擬量進(jìn)行表示；最低位為1，其它位均為0時(shí)對應(yīng)的輸出電壓稱為1LSB，即輸入全為1時(shí)對應(yīng)的

10、輸出電壓稱為滿刻度輸出，用FSR表示，即20分辨率只反映了理論精度，實(shí)際精度與誤差有關(guān).分為絕對轉(zhuǎn)換精度和相對轉(zhuǎn)換精度：1）絕對轉(zhuǎn)換精度：表示輸出電壓接近于理想值的程度，用數(shù)字量的最低有效位LSB的1/2進(jìn)行表示；2）相對轉(zhuǎn)換精度：用絕對轉(zhuǎn)換精度相對于滿量程輸出的電壓值表示。2轉(zhuǎn)換精度 213. D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率和建立時(shí)間建立時(shí)間tset ：從輸入的數(shù)字量發(fā)生突變開始，直到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差1/2LSB范圍內(nèi)的時(shí)間稱為建立時(shí)間。不包含運(yùn)放的DAC中， tset可達(dá)包含運(yùn)放的DAC中， tset可達(dá)當(dāng)需外加運(yùn)放構(gòu)成DAC時(shí)，應(yīng)采用轉(zhuǎn)換速率快的運(yùn)放。輸入信號由全0變?yōu)槿?所需時(shí)間最長。

11、轉(zhuǎn)換速率 ：模擬輸出電壓的變化速度，單位為22分辨率只反映了理論精度，實(shí)際精度與誤差有關(guān)。所謂線性誤差即偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大值。4線性誤差 誤差的來源 VREF的波動(dòng)；A的零漂;S的導(dǎo)通電阻與壓降；R的阻值偏差;線性誤差用模擬量和理想值的最大差值折合成的數(shù)字輸入量表示：如1LSB、1/2LSB。23vO1與d3d2d1d0的大小成正比，即輸入量越大，誤差越大。A的零漂引起的誤差(漂移誤差) vO2VREF引起的誤差(比例系數(shù)誤差) vO1vO2與d3d2d1d0的大小無關(guān)，是一常數(shù)，使轉(zhuǎn)換特性曲線平移。S的導(dǎo)通壓降引起的誤差 vO3設(shè)S的導(dǎo)通壓降為vS，則各開關(guān)的vS大小方向都不同，故vO3

12、不是一常數(shù)，且與 d3d2d1d0的大小無關(guān)，稱之為非線性誤差。 R的阻值偏差引起的誤差 vO4由于R的偏差大小方向不同，故vO4也不是一常數(shù)，也屬于非線性誤差。最大誤差轉(zhuǎn)換誤差分析： 2410.2.3 D/A轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832 DAC0832是一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器芯片，單電源供電，從+5V+15V均可正常工作，基準(zhǔn)電壓的范圍為10V，電流建立時(shí)間為1s，CMOS工藝，低功耗20mm。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示，它由1個(gè)8位輸入寄存器、1個(gè)8位DAC寄存器和1個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器組成和引腳排列如下所示。 2526該D/A轉(zhuǎn)換器為20引腳雙列直插式封裝，各引腳含義如下：(1)D7-D0轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸入。

13、(2)CS片選信號（輸入），低電平有效。(3)ILE數(shù)據(jù)鎖存允許信號（輸入），高電平有效。(4)WR1第一信號（輸入），低電平有效。該信號與ILE 信號共同控制輸入寄存器是數(shù)據(jù)直通方式還是數(shù)據(jù)鎖存方式：當(dāng)ILE=1和XFER=0時(shí)，為輸入寄存器直通方式；當(dāng)ILE=1和WR1 =1時(shí)，為輸入寄存器鎖存方式。(5) WR2 第2寫信號(輸入),低電平有效. 當(dāng) WR2=0和XFER=0時(shí),為DAC寄存器直通方式; 當(dāng)WR2=1和XFER=0時(shí),為DAC寄存器鎖存方式。 (6)XFER數(shù)據(jù)傳送控制信號(輸入),低電平有效 。 27(7)Iout2電流輸出“1”。當(dāng)數(shù)據(jù)為全“1”時(shí)，輸出電流最大； 為

14、全“0”時(shí)輸出電流最小。(8)Iout2電流輸出“2”。 DAC轉(zhuǎn)換器的特性之一是：Iout1 +Iout2=常數(shù)。(9)RFB反饋電阻端 既運(yùn)算放大器的反饋電阻端，因DAC0832是電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，為得到電壓的轉(zhuǎn)換輸出，使用時(shí)需在兩個(gè)電流輸出端接運(yùn)算放大器，Rfb 即為運(yùn)算放大器的反饋電阻。(10)Vref基準(zhǔn)電壓，是外加高精度電壓源，與芯片內(nèi)的電 阻網(wǎng)絡(luò)相連接，該電壓可正可負(fù)，范圍為-10V+10V.(11)DGND數(shù)字地(12)AGND模擬地28DAC0832工作方式 DAC0832利用WR1 、 WR2 、ILE、XFER 控制信號可以構(gòu)成三種不同的工作方式。1) 直通方式：W

15、R1= WR2 =0時(shí)，數(shù)據(jù)可以從輸入端經(jīng)兩 個(gè)寄存器直接進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器。2)單緩沖方式：兩個(gè)寄存器之一始終處于直通，即WR1=0或WR2=0，另一個(gè)寄存器處于受控狀態(tài)。3)雙緩沖方式：兩個(gè)寄存器均處于受控狀態(tài)。這種工作方式適合于多模擬信號同時(shí)輸出的應(yīng)用場合。 29單緩沖方式的接口與應(yīng)用1單緩沖方式連接 所謂單緩沖方式就是使DAC0832的兩個(gè)輸入寄存器中有一個(gè)（多位DAC寄存器）處于直通方式，而另一個(gè)處于受控鎖存方式。 為使DAC寄存器處于直通方式，應(yīng)使WR2 =0和XFER=0。為此可把這兩個(gè)信號固定接地，或如電路中把WR2與WR1相連，把XFER與CS相連。 為使輸入寄存器處于受控鎖存

16、方式，應(yīng)把WR1接CPU的WR，ILE接高電平。此外還應(yīng)把CS接高位地址線或地址譯碼輸出，以便于對輸入寄存器進(jìn)行選擇。 3031【例】鋸齒波電壓發(fā)生器在一些控制應(yīng)用中，需要有一個(gè)線性增長的電壓（鋸齒波）來控制檢測過程、移動(dòng)記錄筆或移動(dòng)電子束等。對此可通過在DAC0832的輸出端接運(yùn)算放大器，由運(yùn)算放大器產(chǎn)生鋸齒波來實(shí)現(xiàn)，其電路連接圖如下圖所示。32圖中的DAC0832工作于單緩沖方式，其中輸入寄存器受控，而DAC寄存器直通。假定輸入寄存器地址為7FFFH，產(chǎn)生鋸齒波的源程序如下： MOV AL， 00H ；取下限值 MOV DX，7FFFH；指向0832口地址MM： OUT DX，AL；輸出

17、INC AL；延時(shí) NOP NOP NOP SJMP MM；反復(fù)執(zhí)行上述程序就可得到鋸齒波。 33幾點(diǎn)說明： (1)程序每循環(huán)一次，AL加1，因此實(shí)際上鋸齒波的上升邊是由256個(gè)小階梯構(gòu)成的，但由于階梯很小，所以宏觀上看就如圖中所示的線性增長鋸齒波。 34（2）可通過循環(huán)程序段的機(jī)器周期數(shù)，計(jì)算出鋸齒波的周期。并可根據(jù)需要，通過延時(shí)的方法來改變波形周期。若要改變鋸齒波的頻率，可通過延遲程序即可。延時(shí)較短時(shí)可用NOP指令實(shí)現(xiàn)），需要延時(shí)較長時(shí)，可以使用一個(gè)延長子程序。延遲時(shí)間不同，波形周期不同，鋸齒波的斜率就不同。（3）通過AL加1，可得到正向的鋸齒波，反之AL減1可得到負(fù)向的鋸齒波。（4） 程

18、序中AL的變化范圍是0255，因此得到的鋸齒波是滿幅度的。如要求得到非滿幅鋸齒波，可通過在程序中通過置初值和終值的方法實(shí)現(xiàn)。 35【例】 矩形波電壓發(fā)生器,采用單緩沖方式，口地址設(shè)為FEFFH.參考程序如下：ORG 1100HSTART: MOV DX , 00FEH ；送DAC0832口地址LOOP: MOV AL , 0FFH ；送高電平數(shù)據(jù) MOVX DX , AL LCALL DELAYH ；調(diào)用延時(shí)子程序 MOV AL , 0 ；送低電平數(shù)據(jù) MOVX DX , AL LCALL DELAYL ；調(diào)用延時(shí)子程序 SJMP LOOP 3610.3 A/D轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入與輸出關(guān)系輸

19、入為模擬電壓，輸出為二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換方式直接轉(zhuǎn)換ADC間接轉(zhuǎn)換ADC并聯(lián)比較型反饋比較型雙積分型V-F變換型逐次比較型計(jì)數(shù)比較型并行輸出型串行輸出型按輸出方式ADC的分類A/D轉(zhuǎn)換器dn-1dn-2d0VI輸出輸入37t D2D1D0 t1 000t2 010t3 10001234567010100110110110101011010001010011011101110110110100000D2D1D0 VIADCtV采樣量化編碼9.3.1 A/D轉(zhuǎn)換的基本原理38tV010010001100110111010000151413121110 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0量化細(xì)一些，提高

20、轉(zhuǎn)換精度10110110010000110100010101011011110011011100011139tV151413121110 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0采樣再細(xì)一些，更準(zhǔn)確地反應(yīng)變化規(guī)律0000，0001，0100，0110，1000，1001，1100，1100，1110，1110，1101，1100，1011，1001，0110，0101，0100，0011，0011，0011，0100，0100，0110，0110，0110，0110，1011，1011，1100，1110，1110，1101，1100，1011，0111。40A/D轉(zhuǎn)換的基本原理vIttvSA/

21、D轉(zhuǎn)換過程要經(jīng)過采樣保持，量化編碼2個(gè)步驟一、采樣保持采樣：即在不同的時(shí)間點(diǎn)上把信號采樣下來，從而將在時(shí)間上連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成在時(shí)間上離散的信號。保持：每次采樣完畢要保持一段時(shí)間，以供ADC將采樣下來的信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。過高，保持時(shí)間短，不能保證ADC可靠轉(zhuǎn)換采樣定理：對采樣頻率的要求：過低，不能反映原始信號的變化規(guī)律。41二、量化和編碼采樣后的信號在數(shù)值上還是連續(xù)的，而數(shù)字信號在數(shù)值上是離散的，量化即是將數(shù)值上連續(xù)的信號變成數(shù)值上是離散的信號。量化即把采樣信號表示為最小單位的整數(shù)倍，此最小單位叫做量化單位，用表示。把量化結(jié)果用代碼表示出來，稱為編碼，這些代碼的輸出就是A/D轉(zhuǎn)換的輸出結(jié)果。當(dāng)輸

22、入電壓不為的整數(shù)倍時(shí)，必然產(chǎn)生誤差，稱為量化誤差。42例：把01V的模擬電壓轉(zhuǎn)換成3位二進(jìn)制代碼，即用000111表示01V的電壓解：方法一取最小量化單位為1/8 V，即 =1/8 V并規(guī)定：01/8V為0 ， 1/82/8V為1 ，1V7/8V6/8V5/8V4/8V3/8V2/8V1/8V0V1111101011000110100010007=7/8V6=6/8V5=5/8V4=4/8V3=3/8V2=2/8V1=1/8V0=0V輸入信號二進(jìn)制代碼代表的模擬電壓則最大量化誤差為1 =1/8V。方法二取最小量化單位為2/15 V，即=2/15 V，并規(guī)定：01/15V為0 ， 1/153/1

23、5V為1 ， 3/155/15V為2 ， 則最大量化誤差為1/2 =1/15V。1V13/15V11/15V9/15V7/15V5/15V3/15V1/15V1111101011000110100017=14/15V6=12/15V5=10/15V4=8/15V3=6/15V2=4/15V1=2/15V輸入信號二進(jìn)制代碼代表的模擬電壓0000=0V0V43采樣保持電路基本形式vL=0，S閉合，C充電（ =RCH），vO=vI，采樣。vL=1，S打開，C無放電回路，vO保持。_+ACHvOvLvI_+ASR集成采樣保持器LF198441. 直接A/D轉(zhuǎn)換器輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量，不

24、需要中間變量。一）并聯(lián)比較型思路：用比較器實(shí)現(xiàn)量化，編碼器實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸出。電路如下所示：45比較器C1C7：同相輸入端接vI反相端接參考電壓，參考電壓的大小由電阻分壓得到。寄存器FF1FF7：暫存量化結(jié)果，等待時(shí)鐘到來，統(tǒng)一送入編碼器編碼。Qn+1=Dn編碼器：將量化結(jié)果進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸出。為8/3線優(yōu)先編碼器。優(yōu)先權(quán)自上而下逐位降低。高電平有效。+_R+_R1DC1+_R1DC1+_R1DC1+_R1DC1+_R1DC1R/21DC1+_1111111C2C3C4C5C6C7C1FF7FF6FF5FF4FF3FF2FF1d2d1d0MSBLSB(20)(21)(22)VREF153VR

25、EF1513VREF15VREFvICPR1DC18/3線優(yōu)先編碼器46工作原理：+_R+_R1DC1+_R1DC1+_R1DC1+_R1DC1+_R1DC1R/21DC1+_1111111C2C3C4C5C6C7C1FF7FF6FF5FF4FF3FF2FF1d2d1d0MSBLSB(20)(21)(22)VREF153VREF1513VREF15VREFvICPR1DC18/3線優(yōu)先編碼器當(dāng)vIVREF/15時(shí)，C1C7=0編碼：d2d1d0=000當(dāng)VREF/15 vI3VREF/15時(shí)，C2C7=0編碼： d2d1d0=001C1=1當(dāng)3VREF/15 vI5VREF/15時(shí)，C3C7=

26、0編碼： d2d1d0=010C1C2=1當(dāng)13VREF/15 vIVREF時(shí)，編碼： d2d1d0=111C1C7=1依此類推47特點(diǎn)：速度快不用附加采樣保持電路所用器件多，n位A/D轉(zhuǎn)換需2n-1個(gè)比較器和觸發(fā)器vIC7C6C5C4C3C2C1d2d1d0(01/15)VREF000(1/153/15)VREF0000001001(3/155/15)VREF0000011010(5/157/15)VREF0000111011(7/159/15)VREF0001111100(9/1511/15)VREF0011111101(11/1513/15)VREF0111111110(13/151)V

27、REF11148二） 反饋比較型ADC基本思路：取一個(gè)數(shù)字量加到D/A轉(zhuǎn)換器上，于是得到一個(gè)對應(yīng)的輸出模擬電壓。將這個(gè)模擬電壓和輸入的模擬信號電壓相比較，如果兩者不相等，則調(diào)整所取的數(shù)字量，直到兩個(gè)模擬電壓相等為止，最后所取的數(shù)字量就是所求的轉(zhuǎn)換結(jié)果。1.計(jì)數(shù)型ADC方框圖計(jì)數(shù)器對脈沖源計(jì)數(shù)，其輸出為數(shù)字量，該數(shù)字量送入DAC，轉(zhuǎn)換為模擬信號vO，與vI比較，若vO0模擬輸入并行數(shù)字輸出MSBLSBLSBMSBvOCP&vLG控制轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換49工作過程：轉(zhuǎn)換前， vL=0，門G被封鎖，計(jì)數(shù)器不工作，清零，輸出為0，vO0模擬輸入并行數(shù)字輸出MSBLSBLSBMSBvOCP&vLG控制轉(zhuǎn)換信號

28、特點(diǎn)：電路簡單，所用器件不多；轉(zhuǎn)換速度慢，n位ADC最長的轉(zhuǎn)換時(shí)間為(2n-1)TC轉(zhuǎn)換TC502.逐次漸近型ADC 基本原理可用天平秤重過程作比喻來說明。若有四個(gè)砝碼共重15克，每個(gè)重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量Wx = 13克，可以用下表步驟來秤量：砝碼重量12348 g + 4 g8 g暫時(shí)結(jié)果8 g12 g12 g13 g比較判別順 序8 g + 4 g + 2 g8 g + 4 g + 1 g8 g 13 g12 g 13 g13 g = 13 g該砝碼的去留留留去留設(shè)vI，3位DAC的VREF=8VDAC輸入 DAC輸出100 4V110 6V101 5V最高位置1保留最高

29、位1，第二位置1去掉第二位1，第三位置1保留第三位1轉(zhuǎn)換結(jié)果：10151DAC逐次漸近寄存器脈沖源C+_vI并行數(shù)字輸出MSBLSBLSBMSBvOvL控制轉(zhuǎn)換信號控制邏輯CP方框圖：轉(zhuǎn)換原理：逐次漸近寄存器在vL、CP的控制下先輸出100（以三位為例），經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出vO，若vO vI，則C輸出控制信號使寄存器輸出010；若vO vI，則C輸出控制信號使寄存器去掉第二位1，并使第三位置1，若vO 0A_+S1S0RC積分器比較器-VREF0A_+S1S0RC積分器比較器-VREF056特點(diǎn)：穩(wěn)定R、C、TC的變化不會(huì)影響轉(zhuǎn)換結(jié)果抗干擾性強(qiáng)若vI引進(jìn)對稱干擾，在T1期間積分值為0，故VO1

30、不變，轉(zhuǎn)換結(jié)果不變。常見干擾為50Hz干擾，故應(yīng)取TC為的整數(shù)倍。速度慢最長積分時(shí)間：2T1=2n+1TC由此也可得出該電路要求：vIVREF否則對VREF積分計(jì)數(shù)器計(jì)滿值時(shí)，vO也不會(huì)上升到0，轉(zhuǎn)而又對vI積分T2T1VO1vOt對稱干擾T1vItvOtT1T257二）V-F變換型ADC在TG時(shí)間里對vO進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值正比于vI特點(diǎn)：基本思路：將電壓V轉(zhuǎn)換成與之成正比的頻率信號，并在固定時(shí)間內(nèi)對其進(jìn)行計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)結(jié)果(正比于電壓V)即為轉(zhuǎn)換結(jié)果。壓控振蕩器計(jì)數(shù)器寄存器&TGvIvO并行數(shù)字輸出MSBLSBVCO輸出是調(diào)頻信號，易于傳輸，且抗干擾能力強(qiáng)。適用于遙測、遙控系統(tǒng)中。一般將VCO放

31、在發(fā)射端，其他部分放在接收端。由于高精度的VCO不易得到，因此精度不易提高。轉(zhuǎn)換速度慢。這是由于計(jì)數(shù)型原理決定的。58A/D轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度定義1：n定義2：1.分辨率也采用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差描述轉(zhuǎn)換精度。若用3位ADC，則輸出有8種狀態(tài)，能分辨出的輸入電壓的最小差異為5/23；若用10位ADC，則輸出有1024種狀態(tài)，能分辨出的輸入電壓的最小差異為5/210；例：輸入05V。故n越大，分辨率越高。含義：能分辨出的輸入電壓的最小差異。含義：對輸入信號的分辨能力。59定義1：定義2：2.轉(zhuǎn)換誤差單位：LSB3. 轉(zhuǎn)換率：表示A/D轉(zhuǎn)換的速度，定義為一次轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)。60二、轉(zhuǎn)換速度不同類

32、型ADC間速度相差懸殊。并聯(lián)比較型最快。轉(zhuǎn)換時(shí)間小于50ns。逐次漸近型次之。轉(zhuǎn)換時(shí)間多在10100s之間。雙積分型速度最低。轉(zhuǎn)換時(shí)間多在數(shù)十毫秒到數(shù)百毫秒之間。在速度要求高的場合，還要考慮采樣保持電路的獲取時(shí)間。（微秒數(shù)量級）。61集成A/D轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用ADC0809CMOS八通道八位逐次逼近型ADC28腳雙列直插式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部有8通道多路開關(guān)、地址譯碼、電壓比較器、8位DA轉(zhuǎn)換器、控制及時(shí)序電路等。 工作過程：由地址選擇輸入（IN0IN7），ALE進(jìn)行地址鎖存；START啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換開始EOC0；轉(zhuǎn)換結(jié)束EOC1，向外發(fā)出結(jié)束信號；使能OE1，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。62控制與時(shí)序逐次逼

33、近寄存器模擬開關(guān)256電阻階梯數(shù)據(jù)鎖存和三態(tài)輸出緩沖器8路模擬開關(guān)地址鎖存與譯碼比較器8位DA模擬輸入IN0IN73位地址CBA地址鎖存允許ALEVCCGNDVRVROE輸出允許8位輸出EOC啟動(dòng)START時(shí)鐘CLK5V15V500KHz1MHz轉(zhuǎn)換結(jié)束ADC0809結(jié)構(gòu)框圖63圖中多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這是一種經(jīng)濟(jì)的多路數(shù)據(jù)采集方法。地址鎖存與譯碼電路完成對A、B、C 3個(gè)地址位進(jìn)行鎖存和譯碼，其譯碼輸出用于通道選擇，其轉(zhuǎn)換結(jié)果通過三態(tài)輸出鎖存器存放、輸出，因此可以直接與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連。通道選擇表 64ADC0809的工作時(shí)序圖 65信號引腳 ADC0809芯片為28引腳為雙列直插式封裝， 對ADC0809主要信號引腳的功能說明如下： IN7IN0模擬量輸入通道 A、B、C地址線。 通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址。 ALE地址鎖存允許信號。對應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。66 START轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號。START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。 D7D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片 機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高