第-十一章--AD转换PPT课件

第11章A/D转换器,11.1A/D转换器原理,模拟信号：在时间上和数值上连续的信号。,数字信号：在时间上和数值上不连续的（即离散的）信号。,u,u,模拟信号波形,数字信号波形,t,t,A/D转换器的基本原理,1、模拟信号和数字信号,A/D变换,模数转换则是将模拟电量转换为数字量，使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。实现这种转换功能的电路称为模数转换器（ADC）。,2、模数转换概述,典型数字控制系统框图,A/D转换器的基本原理,模拟电子开关S在采样脉冲CLKS的控制下重复接通、断开的过程。S接通时，ui(t)对C充电，为采样过程；S断开时，C上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。,3、A/D转换器的基本原理,显然，模数转换一般要分采样、保持、量化和编码四个步骤进行。,A/D转换器的基本原理,采样是对模拟信号进行周期性地抽取样值的过程，就是把随时间连续变化的信号转换成在时间上断续、在幅度上等于采样时间内模拟信号大小的一串脉冲。,1)采样、保持,ut,t,s(t),t,ts,tw,s(t),t,采样电路示意图,采样信号,采样脉冲,输入模拟信号,采样保持信号,采样脉冲的频率fs(1/Ts)越高，采样越密，采样值就越多，其取样信号vs的包络线就越接近于输入模拟信号的波形。采样定理：为了能不失真地恢复原模拟信号，采样频率应不小于输人模拟信号频谱中最高频率的两倍，即fs2fimax。,A/D转换器的基本原理,2）采样-保持电路,由于A/D转换需要一定的时间，所以在每次采样结束后，应保持采样电压值在一段时间内不变，直到下一次采样开始。这就要在采样后加上保持电路，实际采样-保持是做成一个电路。,量化、编码电路也要由取样脉冲S(t)控制，使它分别在t1-t5时刻开始对Vo转换，也就是在保持时间内(Ts-tw)内完成量化和编码。,A/D转换器的基本原理,经过采样和保持而抽取的电压值仍然属模拟量的范畴，由于任何一个数字量的大小只能是某个最小数量单位(1LSB)的整数倍，因此用数字量表示取样电压值时，先要把其采样电压化为最小单位的整数倍。,3）量化和编码,量化：,所取得的最小单位，用表示，1LSB。,量化单位,把量化后的电压值再转化成对应的代码，如二进制、十进制码等的过程。,编码：,量化,编码,A/D转换器的基本原理,(a)采用直接舍去小数点的方法，最大的量化误差是。,量化误差：实际输入电压值与量化值之间的偏差,(a),(b),(b)采用直接四舍五入的方法，最大的量化误差是/2。,A/D转换器的基本原理,电路组成,二、逐次逼近型模数转换器,电压比较器：将输入的电压信号UI与UR进行比较，当UIUR时，输出C01(C0=0)；当UIUR时，输出C00(C0=1)；C0和C0分别连接各个边沿JK触发器的J、K端。,4位脉冲发生器：用它来产生4各的负向节拍脉冲CLK0-CLK3；用这4个节拍脉冲来控制其他电路完成逐次比较。该发生器通常由4位环形计数器构成。,JK触发器：作用是在4个的负向节拍脉冲CP0-CP3=0的推动下，记忆每次比较的结果，并向DAC提供输入数码。,3D存储器：作用是在节拍脉冲的触发下，记忆最后的比较结果，并行输出二进制代码。,d2,d0,d1,A/D转换器的基本原理,工作原理,DAC输出的比较电压,d2,d0,d1,A/D转换器的基本原理,逐次逼近型ADC,A/D转换器的基本原理,相对精度是指A/D转换器实际输出数字量与理论输出数字量之间的最大差值。通常用最低有效位LSB的倍数来表示。如相对精度不大于(1/2)LSB，就说明实际输出数字量与理论输出数字量的最大误差不超过(1/2)LSB。,三、A/D转换器的主要技术指标,1、分辨率,A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟电压的变化范围为05V，输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V2820mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V2121.22mV。,2、相对精度,A/D转换器的基本原理,转换速度是指A/D转换器完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。,3、转换速度,A/D转换器的基本原理,A/D转换器的主要类型,（1）双积分型A/D转换器特点：电路简单、抗干扰能力强、精度高、速度慢。,（2）逐次逼近型A/D转换器特点：转换速度快、分辨率高、抗干扰能力差。,A/D转换器的基本原理,2.05V输入信号用8位AD采集，其1LSB代表多少电压值？转换后表示的数据范围是0 x00。,1.模数转换有哪几个步骤?,3.03.3V输入信号用10位AD采集，其1LSB为多少电压值？转换后表示的数据范围是多少?,练习,A/D转换器的基本原理,11.2S3C2410XA/D转换器,具有8通道模拟输入的10位CMOS模数转换器ADC在2.5MHz的A/D转换器时钟下，最大转化速率可达到500KSPS（每秒采样500千次）。,11.2.1A/D转换器概述,S3C2410XADC控制器接口框图,采用近似比较算法（计数式）的8路10位A/D，集成零比较器，内部产生比较时钟信号；支持软件使能休眠模式，以减少电源损耗。其主要特性如下：（1）精度（Resolution）：10-bit。（2）微分线性误差（DifferentialLinearityError）：1.5LSB。（3）积分线性误差（IntegralLinearityError）：2.0LSB。（4）最大转换速率（MaximumConversionRate）：500KSPS。（5）输入电压（InputVoltageRange）：0-3.3V。（6）片上采样保持电路。（7）正常模式。（8）单独X，Y坐标转换模式。（9）自动X，Y坐标顺序转换模式。（10）等待中断模式。,11.2.1A/D转换器概述,11.2.2A/D控制器寄存器,（1）寄存器组：A/D控制寄存器ADCCON、A/D转换数据寄存器ADCDAT（2）A/D转换的转换时间计算。例，PCLK为50MHz，PRESCALER=49；所有10位转换时间为50MHz/(49+1)=1MHz转换时间为1/(1M/5cycles)=5us注意：完成一次A/D转换需要5个时钟周期。A/D转换器的最大工作时钟为2.5MHz，所以最大的采样率可以达到500kbit/s。,S3C2410的3个ADC电位器对应AIN0-2，触摸屏电路使用AIN5和AIN7。另外AIN3、4、6用4芯排针座引出，供用户接入其他模拟信号之用。ADC电路的参考电压VREF固定为3.3V电压，输入电压范围是0到3.3V。,S3C2410AA/D寄存器,A/D转换控制寄存器负责对S3C2410内部的A/D转换器进行参数设置以完成需要的功能。A/D转换控制寄存器地址为0 x58000000，复位值默认0 x3FC4。,A/D转换控制寄存器,S3C2410AA/D寄存器,ECFLG-转换结束标志(只读)0：转换操作中1：转换结束PRSCEN-转换器预分频器使能0：停止预分频器；1：使能预分频器PRSCVL-转换器预分频器数值N范围：1255SEL_MUX-模拟输入通道选择000111：AIN0AIN7STDBM-备用模式设置0：正常工作模式；1：备用模式，不做A/D转换READ_START-通过读取启动转换0：停止通过读取启动转换；1：使能通过读取启动转换ENABLE_START-启动转换(若READ_START为1，则该位无效)0：无效；1：启动A/D转换(启动后被清0),ADCCON-ADC控制寄存器,ADC控制寄存器(ADCCON)(R/W),A/D转换率=PCLK/(PRSCVL+1),S3C2410AA/D寄存器,A/D采样的时钟频率由A/D采样预分频PRSCVL决定。假设CPU主时钟频率为50MHz，ADCPSR设置值为49，完成一次A/D转换需要至少5个时钟周期，那么采样频率为：f=50MHz/(49+1)=1MHz转换时间=1/(1MHz/5cycles)=5s,A/D采样的频率,S3C2410AA/D寄存器,A/D控制寄存器的bit0置1可以启动转换，当启动转换后，该位会被自动清除。同时启动转换时还需要指定转换通道，人们通过设置控制寄存器的bit5:3来完成8个通道的选择。例如，下面的代码完成通道2的选择：rADCCON=0 x1|(0 x23);,2.启动采样,S3C2410AA/D寄存器,当A/D转换结束后，可以通过读取A/D数据寄存器(ADCDAT)的值获取转换结果。通过检查A/D控制转换器ECFLG位(bit15)的值，可以确定A/D转换是否完成，当转换完成后就可以从数据寄存器读出转换结果。,3取得A/D转换结果,S3C2410AA/D寄存器,ADC触摸屏控制寄存器(ADCTSC)(R/W),S3C2410AA/D寄存器,ADC触摸屏控制寄存器(ADCTSC)(R/W),S3C2410AA/D寄存器,ADC启动延时寄存器(ADCDLY)(R/W),S3C2410AA/D寄存器,S3C2410A有ADCDAT0和ADCDAT1两个ADC转换数据寄存器。ADCDAT0和ADCDAT1为只读寄存器，地址分别为0 x5800000C和0 x58000010。在触摸屏应用中，分别使用ADCDAT0和ADCDAT1保存X位置和Y位置的转换数据。对于正常的A/D转换，只用ADCDAT0来保存转换后的数据。,ADCDAT0和ADCDAT1,S3C2410AA/D寄存器,A/D转换数据寄存器,S3C2410AA/D寄存器,ADCDAT0的位功能,S3C2410AA/D寄存器,ADCDAT1的位功能描述,S3C2410AA/D寄存器,1.要使ARMS3C2410的A/D转换器正常启动，预分频因子取50，应向ADCCON写入什么控制字？,2.要启动ARMS3C2410的A/D转换器读第2号通道数据（预分频因子取16），应向ADCCON写入什么控制字？,练习,S3C2410AA/D寄存器,1.设置A/D转换的时钟频率A/D转换的时钟频率取决于ADCCON寄存器的PRSCVL的值，