《AD转换器的原理》PPT课件.ppt

第三节模 数转换器 一 模 数转换的一般过程二 模 数转换原理三 数 模转换器的主要技术参数四 集成A D转换器 一 模 数转换的一般过程 1 采样和保持2 量化和编码 1 采样和保持 为了把模拟信号转换成对应的数字信号 必须首先将模拟量每隔一定时间抽取一次样值 使时间上连续变化的模拟量变为一个时间上断续变化的模拟量 这个过程称为采样 为了保证采样后的信号能恢复原来的模拟信号 要求采样的频率 S与被采样的模拟信号的最高频率 imax应满足下面关系 图14 9 2 量化和编码 数字信号不仅在时间上是离散的 而且数值大小的变化也是不连续的 这就是说 任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数值单位的整数倍 而采样 保持所得电压信号虽呈阶梯状但电平仍是连续变化的 即不是数字量 因此 必须将采样保持后的信号的大小局限在这些规定的离散电平上 即在进行A D转换时 必须将采样 保持后的电压化为某个规定的最小单位的整数倍 这一过程称为量化 所取的最小数量单位叫做量化单位 用 表示 显然 数字信号最低有效位的1代表的数值大小就等于 将量化幅值用二进制代码或二 十进制代码等表示出来的过程称为编码 那些代表模拟信号各采样值的代码组就是A D转换的结果 由于模拟信号是连续的 所以它就不一定能被 整除 因此量化过程不可避免地会引入误差 我们称这种误差为量化误差 二 模 数转换原理 1 逐次逼近式A D转换器2 并行比较型A D转换器3 双积分A D转换器 1 逐次逼近式A D转换器 逐次逼近式A D转换器是一种反馈比较型A D转换器 它的基本构思是 取一个数字量加到D A转换器 于是得到一个输出模拟比较电压 将这个模拟电压与输入的模拟电压信号比较 如果两者不等 则调整所取的数字量 直到两个模拟电压相等为止 最后所取的数字量就是所求的转换结果 逐次逼近式A D转换器是目前反馈比较型A D转换器中使用最多的一种 逐次逼近式A D转换器原理图 逐次逼近式A D 这是一个输出为4位二进制代码的逐次逼近式A D转换器 控制逻辑电路6个D触发器FF1 FF6和门1 4构成 其中6个D触发器组成环形移位寄存器 逐次逼近寄存器由4个RS钟控触发器FFA FFB FFC FFD组成 4位DAC用来产生反馈比较电压Uf 门5 8输出4位数字量D3D2D1D0 C为电压比较器 设ADC满量程可输入电压Um 100mV 下面分析将采样保持模拟信号Ui 65mV转换成数字信号的过程 2 并行比较型A D转换器 图14 12所示为3位二进制输出的并行比较型A D转换器的逻辑图 这是一个直接A D转换器 它由电压比较器 缓冲寄存器和编码器 代码转换器 几部分组成 图中 UR为电压比较器的基准电源电压 输入的模拟电压幅值范围为0 UR 并行比较型A D 3 双积分A D转换器 这是一种间接A D转换器 间接A D转换器是先将模拟信号电压变换为相应的某种形式的中间信号 如变为时间 频率等 然后再将这个中间信号变换为二进制代码输出 目前 用的最多的是电压 时间 V T 变换型间接A D转换器 图14 13和14 14分别为双积分A D转换组成框图和原理图 它由积分器 过零比较器 脉冲信号源及控制逻辑电路组成 双积分式A D转换方法的基础是测量两个时间 一个是输入模拟电压向电容充电的固定时间 另一个是在已知参考电压下电容放电所需的时间 输入模拟电压与参考电压的比值就等于上述两个时间之比 双积分A D转换器的组成框图和原理图 三 数 模转换器的主要技术参数 1 分辨率2 转换速度3 相对误差 四 集成A D转换器 目前使用的一般都是集成A D转换器 其种类很多 如AD571 AD7135 AD0804 5G14433 ADC0809等 下面以ADC0809为例 简单介绍其结构和使用 ADC0809是CMOS单片8通道A D转换器 采用双列直插式28引脚封装 它主要由逐次逼近式A D转换器 8位模拟开关 三态输出数据锁存器 以及地址锁存与译码等组成 ADC0809 ADC0809的主要特征是 可直接与微型机系统相连 不需要另加接口逻辑 也可以单独使用 具有锁存控制的8路模拟开关 可以输入8个模拟信号 分辨率为8位 输入输出引脚与TTL电路兼容 转换时间100 S 当输入模拟电压范围在0 5V时 可使用 5V电源 图14 15 ADC0809的引脚功能 IN0 IN7 为8路模拟电压输入端 它可对8路模拟信号进行转换 但某一时刻只能选择一路进行转换 选择 由地址锁存器和译码器控制 D0 D7 8位数据量输出端 A B C 模拟输入通道的地址选择线 ALE 地址锁存允许信号 高电平有效 START 为启动转换输入端 其上升沿使内部寄存器清零 START和ALE两端可连在一起 当通过程序送入一个正脉冲 便立即开始A D转换 ADC0809的引脚功能 EOC 转换结束输出端 OE 输出允许端 当从这引脚输入高电平时 打开 三态输出锁存器 将转换结果经D0 D7数据线送至系统数据线或I O接口数据线 UREF UREF 分别为参考电压的正端和负端 无特