數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器m

第7單元數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換器7.1數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）7.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）目前一頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)學(xué)習(xí)目的與要求了解模/數(shù)電路的組成及電路特點(diǎn)數(shù)/模電路的組成及電路特點(diǎn)熟悉數(shù)/模轉(zhuǎn)換的基本概念模/數(shù)轉(zhuǎn)換的基本概念常用A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)編碼規(guī)則采樣定理掌握目前二頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)數(shù)/模與模/數(shù)是計算機(jī)與外部設(shè)備的重要接口，也是數(shù)字測量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件。能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的裝置稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，簡稱D/A轉(zhuǎn)換器；能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為模/轉(zhuǎn)換器，簡稱A/D轉(zhuǎn)換器。傳感器ADC數(shù)字計算機(jī)DAC模擬控制控制對象數(shù)字信號模擬信號7.1數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC目前三頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)

數(shù)/模轉(zhuǎn)換器中的文字D代表數(shù)字量，A代表模擬量，轉(zhuǎn)換器用C表示。目前常見的D/A轉(zhuǎn)換器中，有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器等。7.1.1DAC的基本概念和結(jié)構(gòu)組成

構(gòu)成數(shù)字代碼的每一位都具有一定的“權(quán)重”。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，就必須將每一位代碼按其“權(quán)重”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加，即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量，這就是構(gòu)成D/A變換器的基本思想。1、DAC的基本概念目前四頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)2、DAC的結(jié)構(gòu)組成DAC電路的作用是將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與輸入數(shù)字量成正比輸出模擬量。在轉(zhuǎn)換過程中，將輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，以電壓或電流的形式輸出。數(shù)字量輸入模擬量輸出DAC組成框圖基準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)鎖存器電子開關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)求和放大圖中數(shù)據(jù)鎖存器用來暫時存放輸入的數(shù)字信號。n位鎖存器的并行輸出分別控制n個模擬開關(guān)的工作狀態(tài)。通過模擬開關(guān)，將參考電壓按權(quán)關(guān)系加到電阻解碼網(wǎng)絡(luò)。目前五頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)7.1.2DAC的功能如上圖所示，DAC的n位數(shù)字輸入量，以串行或并行方式輸入并存儲在數(shù)碼寄存器中；數(shù)碼寄存器輸出的各位二進(jìn)制代碼分別控制對應(yīng)各位的模擬電子開關(guān)，使數(shù)碼為１的位在位權(quán)網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生與其權(quán)值成正比的電壓（或電流）量，再由求和放大電路將各位權(quán)值所對應(yīng)的電壓（或電流）量相加，即可輸出與輸入數(shù)字量成正比的模擬量。

目前六頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)對于有權(quán)碼，先將每位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實現(xiàn)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸入的數(shù)字量是由n位8421BCD碼表示的數(shù)字信號X時，其從高位到最低位的權(quán)依次為依次為2n-1、2n-2…21、20等，其大小可表示為：DAC電路的輸出模擬電壓u0（或模擬電流i0）為：電流轉(zhuǎn)換系數(shù)電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)7.1.3DAC的轉(zhuǎn)換特性目前七頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)01234567001010011100101110111u0/VD000當(dāng)Ru（或Ri）為1、n＝３時，根據(jù)上式可得DAC的轉(zhuǎn)換特性曲線如下圖所示：模擬輸出理想特性數(shù)字輸入DAC的轉(zhuǎn)換特性曲線目前八頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)7.1.4DAC的主要技術(shù)指標(biāo)1、分辨率：用來說明D/A轉(zhuǎn)換器最小輸出電壓(此時輸入的數(shù)字代碼只有最低有效位為1，其余各位都是0

)與最大輸出電壓(此時輸入的數(shù)字代碼所有各位全是1

)之比。一個8位和一個10位的兩個DAC，其分辨率分別為：

從上式可看出：DAC輸入數(shù)字量的位數(shù)n越多，電路的分辨能力越高。因此，有時也用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)來表示分辨率的高低。目前九頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)2、絕對精度(或絕對誤差)和非線性度

絕對精度是指輸入端加對應(yīng)滿刻度數(shù)字量時，DAC輸出的實際值與理論值之差。一般絕對誤差應(yīng)低于uLSB/2。

在滿刻度范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大值稱為非線性誤差。非線性誤差與滿刻度值之比稱非線性度，常用百分比表示。3、建立時間

指輸入變化后，輸出值穩(wěn)定到距最終輸出量±uLSB所需的時間。建立時間反映了DAC電路轉(zhuǎn)換的速度。

除此之外，在選用DAC器件時，還需要考慮其電源電壓、輸出方式、輸出值范圍及輸入邏輯電平等參數(shù)。目前十頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)7.1.5DAC的轉(zhuǎn)換原理1、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DACRFXn-1Xn-2X2X1X0∞-++·····URSn-1Sn-2S2S1S0模擬電子開關(guān)u0集成運(yùn)放20

R21

R2n-2

R2n-1

R2n-0

R權(quán)電阻，從最低位到最高位，每一個位置上的電阻都是相鄰高位電阻值的2倍。反饋網(wǎng)絡(luò)n位二進(jìn)制數(shù)字輸入目前十一頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)u0RFX3X2X1X0∞-++URS3S2S1S020

R21

R22

R23

RI1I31010

當(dāng)輸入的數(shù)字信號為1010時，電子模擬開關(guān)的動作受此二進(jìn)制數(shù)控制，相應(yīng)為“1”的開關(guān)接到位置1上；將基準(zhǔn)電壓UR經(jīng)電阻引起的電流通入運(yùn)放的反相輸入端，即流入求和電路；相應(yīng)數(shù)字量為“0”的權(quán)電阻由開關(guān)S直接到“地”。權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC工作原理IF目前十二頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)u0RFX3X2X1X0∞-++URS3S2S1S020

R21

R22

R23

RI1I31010IF若RF=5KΩ，R=80KΩ時目前十三頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)u0RFX3X2X1X0∞-++URS3S2S1S020

R21

R22

R23

RI1I31011IF仍有RF=5KΩ，R=80KΩI0目前十四頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)u0RFX3X2X1X0∞-++URS3S2S1S020

R21

R22

R23

RI2I31100IF仍有RF=5KΩ，R=80KΩ

顯然，輸出模擬電壓的大小直接與輸入的二進(jìn)制數(shù)大小成正比，從而實現(xiàn)了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。目前十五頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)2、R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻均為R和2R∞-++RFUR2RRRRR2R2R2R2RSn-1Sn-2S1S0S2結(jié)點(diǎn)B結(jié)點(diǎn)C結(jié)點(diǎn)D結(jié)點(diǎn)EXn-1Xn-2X2X1X0u0模擬電子開關(guān)n位二進(jìn)制數(shù)字輸入基準(zhǔn)電壓目前十六頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)∞-++RFUR2RRRRR2R2R2R2RSn-1Sn-2S1S0S2結(jié)點(diǎn)B結(jié)點(diǎn)C結(jié)點(diǎn)D結(jié)點(diǎn)EXn-1Xn-2X2X1X0u0輸出電壓：當(dāng)R=RF時，輸出電壓：目前十七頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)7.1.6集成D/A轉(zhuǎn)換器

DAC0832是8位的電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，在對其輸入8位數(shù)字量后，通過外接運(yùn)放，即可獲得相應(yīng)的模擬電壓。片選信號輸入端CSWR1XFERWR2UCCILEDGNDIO1AGNDIO2D1D0D3D2URRFD6D7D4D5輸入鎖存允許信號端輸入數(shù)據(jù)選通信號數(shù)據(jù)傳送選通信號寫信號2基準(zhǔn)電源輸入端反饋電阻D為數(shù)字量輸入端電流輸出端1和2電源5～15V輸入端模擬“地”數(shù)字“地”目前十八頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)

當(dāng)DAC0832的控制端恒處于有效電平時，芯片為直通工作方式。DAC0832中無運(yùn)算放大器，且為電流輸出，使用時須外接運(yùn)算放大器。芯片中已設(shè)置了RF，只要將9腳接到運(yùn)算放大器的輸出端即可。若運(yùn)算放大器增益不夠，還須外加反饋電阻。DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖XFER4~7D/A轉(zhuǎn)換器G1G2G313~1619121718D7~D4D3~D0ILECSWR1WR281211932010URIO1IO2VCCAGNDDGNDRFLE1LE2輸入寄存器DAC寄存器目前十九頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)檢驗學(xué)習(xí)結(jié)果什么是DAC的絕對精度、非線性及轉(zhuǎn)換速度？DAC電路轉(zhuǎn)換特性的含義是什么？請寫出其表達(dá)式。DAC電路轉(zhuǎn)換特性是指它能將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與其成正比的模擬量。表達(dá)式為：已知某DAC電路的最小分辨電壓為40mV，最大滿刻度輸出電壓為10.2V,試求該電路輸入二進(jìn)制數(shù)字量的位數(shù)n=？.因為：=所以：將已知數(shù)據(jù)代入公式可求得n=8。uLSBum12n-1

絕對精度是指輸入端給定數(shù)字量時，DAC輸出的實際值與理論值之差；非線性指在滿刻度范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大值與滿刻度之比；轉(zhuǎn)換速度則是指從數(shù)字量輸入到模擬電壓穩(wěn)定輸出之間所需要的時間。目前二十頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)

R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)流過各支路的電流恒定不變，在開關(guān)狀態(tài)變化時，不需電流建立時間，而且R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC轉(zhuǎn)換器中采用了高速電子開關(guān)，所以轉(zhuǎn)換速度很高，在數(shù)模轉(zhuǎn)換器中被廣泛采用。R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)具有哪些特點(diǎn)？

DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器是采用什么制造工藝？DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用的是CMOS工藝制成的雙列直插式單片8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以電流形式輸出。檢驗學(xué)習(xí)結(jié)果學(xué)習(xí)中一定要勤于思索主動練習(xí)，才能掌握已學(xué)知識。目前二十一頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)7.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC7.2.1A/D的基本概念與轉(zhuǎn)換原理ADC是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)實時控制系統(tǒng)中。利用計算機(jī)及時搜集檢測數(shù)據(jù)，按最佳值對控制對象進(jìn)行自動調(diào)節(jié)或自動控制。例如，熱水器溫度計算機(jī)實時控制系統(tǒng)，用一個測溫器測定熱水器的水溫，通過ADC將所測溫度的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送到計算機(jī)中，和所測溫度值比較后產(chǎn)生一個誤差信號?？刂破鞲鶕?jù)誤差信號大小，按一定規(guī)則決定蒸汽閥門的開閉程度并產(chǎn)生相應(yīng)信號，再經(jīng)過DAC還原成模擬量，驅(qū)動控制設(shè)備開大或關(guān)小蒸汽閥門。1、ADC的基本概念目前二十二頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)1、ADC的基本概念綜上所述可知，實用中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC用來將所測得的被控制對象的某種連續(xù)物理量轉(zhuǎn)換成為離散的數(shù)字量，而數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC則將離散的數(shù)字量再轉(zhuǎn)換成為連續(xù)的模擬量，控制被控制對象動作。歸納：ADC轉(zhuǎn)換電路的作用是將時間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬量轉(zhuǎn)換為時間離散、幅值也離散的數(shù)字信號，因此，在模/數(shù)轉(zhuǎn)換過程中，只能在一系列選定的瞬間對輸入模擬量采樣后再轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量，通過采樣、保持、量化和編碼四個步驟完成。在實際電路中，這些過程有的是合并進(jìn)行的，例如，取樣和保持，量化和編碼往往都是在轉(zhuǎn)換過程中同時實現(xiàn)的。目前二十三頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)2、ADC的轉(zhuǎn)換原理采樣保持電路輸入模擬電壓uiCP采樣保持電路SADC電子開關(guān)S受CP控制采樣過程是通過模擬電子開關(guān)S實現(xiàn)的。模擬電子開關(guān)每隔一定的時間間隔閉合一次，當(dāng)一個連續(xù)的模擬信號通過這個電子開關(guān)時，就會轉(zhuǎn)換成若干個離散的脈沖信號。

采樣是將時間上、幅值上都連續(xù)的模擬信號，通過采樣脈沖的作用，轉(zhuǎn)換成時間上離散、但幅值上仍連續(xù)的離散模擬信號。所以采樣又稱為波形的離散化過程。

取樣展寬信號ui′目前二十四頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)輸入模擬電壓uiCP采樣保持電路取樣展寬信號ui′SADC...Dn-1D1D0ADC的量化編碼電路通過采樣脈沖的作用，轉(zhuǎn)換成時間上離散、但幅值上仍連續(xù)的離散模擬信號。

量化編碼就是先將幅值連續(xù)可變的采樣信號量化成幅值有限的離散信號，再將這些離散信號用對應(yīng)量化電平的一組二進(jìn)制代碼表示。

N位數(shù)字量輸出目前二十五頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)uiu0CPSADC采樣保持電路CP＝1時，采樣開關(guān)S接通，ui信號被采樣，并送到電容C中暫存。采樣定理：

輸入的模擬信號的最高頻率分量為fmax，采樣信號頻率為fs，如果fs>2fmax，則可以無失真地復(fù)現(xiàn)輸入信號。CP＝0時，采樣開關(guān)S斷開，前面采樣得到的電壓信號在電容C上保持，直到下一個CP＝1信號到來，再對新的電壓信號進(jìn)行采樣…直到采集到如圖所示的幅值有限的離散信號。目前二十六頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)ui采樣電路的輸入信號波形采樣電路的離散輸出波形tu采樣間隔時間采樣保持時間為保證采樣后的離散模擬信號能夠基本上真實地保留原始模擬信號ui的信息，采樣信號的頻率必須至少為原信號中最高頻率成分fimax的2倍，這是采樣電路的基本法則，也就是前面我們所說的采樣定理。

目前二十七頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)量化：在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時，將采樣－保持電路的離散輸出模擬電壓化為一系列的某個最小數(shù)量單位δ的整數(shù)倍，這一轉(zhuǎn)化過程稱為“量化”。量化就是先將幅值連續(xù)可變的采樣信號量化成幅值有限的離散信號，量化過程中所取的最小數(shù)量單位稱為量化當(dāng)量δ。δ是數(shù)字量最低位為1時所對應(yīng)的模擬量，即ULSB。2、量化編碼電路一個n位二進(jìn)制數(shù)只能表示2n個量化電平，量化過程中不可避免會產(chǎn)生誤差，這種誤差稱為量化誤差。量化級分得越多（n越大），量化誤差越小。目前二十八頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)編碼：用二進(jìn)制代碼來表示各個量化電平的過程叫做編碼。2、量化編碼電路量化的方法常采用兩種近似量化方式：舍尾取整法和四舍五入法。（1）舍尾取整法以3位ADC為例，設(shè)輸入信號ui(t)的變化范圍為0～8V，采用舍尾取整法量化方式時，若取δ=1V，則量化中不足量化單位部分統(tǒng)統(tǒng)舍棄，如0～1V之間的小數(shù)部分的模擬電壓都當(dāng)作0δ，用二進(jìn)制數(shù)000表示；數(shù)值在1～2V之間的小數(shù)部分也舍棄，對應(yīng)的模擬電壓當(dāng)作1δ，用二進(jìn)制數(shù)001表示，……這種量化方式的最大誤差為δ。（2）四舍五入法采用四舍五入量化方式時，若取量化單位δ=8/15V，量化過程將不足半個量化單位的部分舍棄，對于等于或大于半個量化單位部分按一個量化單位處理。即將數(shù)值在0～8/15V之間的模擬電壓都當(dāng)作0δ對待，用二進(jìn)制000表示……。目前二十九頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)

實際中采樣值量化的方法通常采用四舍五入法。當(dāng)最小量化間隔為S時，若采樣電壓的尾數(shù)不足S/2，則舍尾取整得其量化值；若采樣電壓的尾數(shù)等于或大于S/2，則四舍五入，在原整數(shù)上加1。已知S＝1V，若采樣電壓等于2.1V時，量化電壓等于2V；若采樣電壓等于2.5V時，量化電壓等于3V。舍尾取整法四舍五入法不論何種量化方式，量化過程中必然存在被測輸入量與量化值之間的誤差。若要減小ε，就應(yīng)在測量范圍內(nèi)減小量化間隔S，即增加數(shù)字量X的位數(shù)和模擬電壓的最大值um。四舍五入量化方式的量化當(dāng)量按下式選?。耗壳叭揬總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)將01V的模擬電壓編碼為三位二進(jìn)制代碼。方法一：取ε＝1/8V，01/8V的電壓以0×ε表示，則模擬電壓0V1/8V2/8V3/8V4/8V5/8V6/8V7/8V1V二進(jìn)制編碼000001010011100101110111代碼對應(yīng)的模擬離散電平0ε→0V

1ε→1/8V12ε→2/8V3ε→3/8V4ε→4/8V5ε→5/8V6ε→6/8V7ε→7/8V可見，量化誤差最大達(dá)ε=1/8V。目前三十一頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)方法二：取ε＝2/15V，01/15V的電壓以0×ε表示，則0→0V

1→2/15V2→4/15V3→6/15V4→8/15V5→10/15V6→12/15V7→14/15V將01V的模擬電壓編碼為三位二進(jìn)制代碼。0V1/15V3/15V5/15V7/15V9/15V11/15V13/15V1V模擬電壓二進(jìn)制編碼000001010011100101110111代碼對應(yīng)的模擬離散電平可見，量化誤差最大達(dá)ε/2=1/15V。（比上例量化誤差?。┠壳叭揬總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)分辨率通常用ADC輸出的二進(jìn)制位數(shù)來表示。位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。

指ADC完成一次對模擬量的測量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換完成所需的時間。它反映了ADC轉(zhuǎn)換的快慢速度。

指ADC轉(zhuǎn)換后所得數(shù)字量所代表的模擬量與實際模擬輸入值之差，通常以數(shù)字量最低位所代表的模擬輸入值ULSB來衡量。如相對精度不大于ULSB/2時，說明實際輸出數(shù)字量與理論輸出數(shù)字量的最大誤差不超過ULSB/2。

7.2.2ADC的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換速度相對精度目前三十三頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)7.2.3逐次比較型ADC結(jié)構(gòu)組成及轉(zhuǎn)換原理逐次漸近寄存器讀出“與”門邏輯控制門電壓比較器四位DACQFF3SRQSRQSRd0++UiCPd1d2E≥1≥1QSRFF2FF1FF0≥1UAd3五位順序脈沖發(fā)生器Q4Q3Q2Q1Q0d0d1d2d3目前三十四頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)逐次比較型ADC是集成ADC芯片中使用較多的一種，它通過對輸入量的多次比較，最終得到輸入模擬電壓量化編碼的輸出。當(dāng)ui≥uF時，比較器輸出0，控制器控制寄存器保留最高位的1，次高位置“1”；當(dāng)ui≤uF時，比較器輸出“1”，控制器控制寄存器最高位置“0”，次高位置“1”。寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)經(jīng)DAC電路后輸出反饋信號到比較器，進(jìn)行第二次比較，并將比較結(jié)果送入邏輯控制器，送入“0”時保留寄存器中高兩位的值，并將第三位置“1”，若送入1保留最高位，次高位置“0”，第三位置“1”，寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)經(jīng)DAC電路后輸出反饋信號到比較器，……經(jīng)過逐次比較，直至得到寄存器中最低位的比較結(jié)果。比較完畢，寄存器中的狀態(tài)(即產(chǎn)生的數(shù)碼)就是所要求的ADC輸出的數(shù)字量。工作原理目前三十五頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)雙積分型ADC的基本原理是對輸入模擬電壓ui和參考電壓各進(jìn)行一次積分，先將模擬電壓ui轉(zhuǎn)換成與其大小相對應(yīng)的時間間隔T，再在此時間間隔內(nèi)用計數(shù)率不變的計數(shù)器進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)器所計下的數(shù)字量正比于輸入的模擬電壓ui。度較慢，但是它的電路不復(fù)雜，在數(shù)字萬用表等對速度要求不高的場合，常使用雙積分型ADC。雙積分型ADC的轉(zhuǎn)換速7.2.4雙積分型ADC的結(jié)構(gòu)組成及轉(zhuǎn)換原理－URuiS1RS2CUo積分器0比較器CP數(shù)字量輸出_++A1_++A2邏輯控制器n位計數(shù)器目前三十六頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)組成

n位二進(jìn)制計數(shù)器開關(guān)控制電路&S1S2CPQn-1Qn-2Q1Q0積分器過零比較器uG∞-++u02u01∞++-+ui-UR雙積分型ADC在積分前，計數(shù)器應(yīng)先清零，然后閉合電子開關(guān)S2，隨后再把S2打開，把電容C上儲存的電荷電壓釋放掉。時鐘脈沖源采用標(biāo)準(zhǔn)周期，作為測量時間間隔的標(biāo)準(zhǔn)時間。目前三十七頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)組成

n位二進(jìn)制計數(shù)器開關(guān)控制電路&S1S2CPQn-1Qn-2Q1Q0積分器過零比較器uG∞-++u02u01∞++-+ui-UR在采樣階段，開關(guān)S1與被測電壓接通，S2打開。被測電壓被送入積分器進(jìn)行積分，積分器輸出電壓小于0，比較器輸出高電平1，邏輯控制器控制計數(shù)器開始計數(shù)，對被測電壓的積分持續(xù)到計數(shù)器由全1變?yōu)槿?的瞬間。目前三十八頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)組成

n位二進(jìn)制計數(shù)器開關(guān)控制電路&S1S2CPQn-1Qn-2Q1Q0積分器過零比較器uG∞-++u02u01∞++-+ui-UR當(dāng)計數(shù)器為n位時，計數(shù)時間T1=2nTC(TC是時鐘脈沖的周期)。這時積分器的輸出電壓為：目前三十九頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)組成

n位二進(jìn)制計數(shù)器開關(guān)控制電路&S1S2CPQn-1Qn-2Q1Q0積分器過零比較器uG∞-++u02u01∞++-+ui-UR當(dāng)計數(shù)器由全1變?yōu)槿?時，進(jìn)入比較階段，控制器使S1與參考電壓－UR相接，這時積分器對－UR反向積分，電壓u0逐漸上升，計數(shù)器又從0開始計數(shù)。當(dāng)積分器積分至u0=0時，比較器輸出低電平0，控制器封鎖CP脈沖，使計數(shù)器停止計數(shù)。

目前四十頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)組成

n位二進(jìn)制計數(shù)器開關(guān)控制電路&S1S2CPQn-1Qn-2Q1Q0積分器過零比較器uG∞-++u02u01∞++-+ui-UR若計數(shù)器的輸出數(shù)碼為D，此時積分器的輸出電壓與計數(shù)器的輸出數(shù)碼之間的關(guān)系為：

目前四十一頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)組成

n位二進(jìn)制計數(shù)器開關(guān)控制電路&S1S2CPQn-1Qn-2Q1Q0積分器過零比較器uG∞-++u02u01∞++-+ui-UR此時T2=D·TC，所以：顯然，計數(shù)器輸出的數(shù)碼與被測電壓成正比，可以用來表示模擬量的采樣值。目前四十二頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)組成

n位二進(jìn)制計數(shù)器開關(guān)控制電路&S1S2CPQn-1Qn-2Q1Q0積分器過零比較器uG∞-++u02u01∞++-+ui-UR雙積分型ADC的轉(zhuǎn)換精度很高，但轉(zhuǎn)換速度較慢，不適合高速應(yīng)用場合。但是雙積分型ADC的電路不復(fù)雜，在數(shù)字萬用表等對速度要求不高的場合下，仍然得到了較為廣泛的使用。目前四十三頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)7.2.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器(1)并行比較型ADC方框圖輸出數(shù)字量經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生相應(yīng)的模擬電壓uF，送到比較器中與輸入信號ui進(jìn)行比較，ui大時比較器輸出“1”，否則為“0”。CP輸出數(shù)字量模擬信號輸入電壓比較器基準(zhǔn)電壓逐次逼近寄存器D/A

轉(zhuǎn)換器邏輯控制器數(shù)碼寄存器uF反饋電壓轉(zhuǎn)換開始前寄存器清零。轉(zhuǎn)換后，在CP作用下，邏輯控制器首先使寄存器中最高有效位置“1”。目前四十四頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)7.2.5集成ADC080912345678910111213142827262524232221201918171615ADC0809左圖是ADC0809集成芯片的引腳圖。它是一個28腳的芯片，采用CMOS工藝制成的8位ADC，內(nèi)部采用逐次比較結(jié)構(gòu)形式。各引腳的作用如下：IN0~IN7為8個模擬信號輸入端。由地址譯碼器控制將其中一路送入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ADDA、ADDB、ADDC是模擬信道的地址選擇。CP為時鐘脈沖輸入端。ALE是地址鎖存允許信號，高電平時可進(jìn)行模擬信道的地址選擇；START是啟動信號。上升沿將寄存器清零，下降沿開始進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC為模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束，高電平有效；D0~D7是數(shù)字量輸出端口；UR(+)為正參考電壓輸出；UR(-)是負(fù)參考電壓輸出。目前四十五頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)ADC0809集成電路結(jié)構(gòu)組成圖目前四十六頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)

集成ADC0809芯片內(nèi)部包括模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)和A/D轉(zhuǎn)換兩大部分。模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)由8路模擬開關(guān)和3位地址鎖存器與譯碼器組成，地址鎖存器允許信號ALE將三位地址信號ADDC、ADDB和ADDA進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通其中一路摸信號加到A/D轉(zhuǎn)換部分進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換部分包括比較器、逐次逼近寄存器SAR、256R電阻網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、控制與時序電路等，另外具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器，其輸出數(shù)據(jù)線可直接連CPU的數(shù)據(jù)總線。12345678910111213142827262524232221201918171615ADC0809目前四十七頁\總數(shù)五十三頁\編于十九點(diǎn)ADC0809通過IN0~IN7可輸入八路單端模擬電壓。ALE將三位地址線ADDC、ADDB和ADDA進(jìn)行鎖存，然后由譯碼電路選通八路模擬輸入中的某一路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ADC0809內(nèi)部由樹狀開關(guān)和256R電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成8位D/A轉(zhuǎn)換器，輸入為逐次近似寄存器SAR的8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，輸出為UST，變換器的參考電壓為UR(+)和UR(-)。比較前，SAR全0，變換開始，先使SAR的最高位為1，其余仍為0