第十章 AD转换及其应用

1、第十章 AD转换及其应用2007、6、12AD转换及其应用n被测参数，如温度、流量、压力、液位、速度等都是连续变化的量模拟量n单片机只能处理数字量n把输入的连续变化的模拟电压信号转换成离散的数字量ADCnAVR ATmega16 内置10bit ADC模拟量输入通道构成主要组成：主要组成： 信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据放大器、放大器、AD转换器控制电路。转换器控制电路。任务：任务：完成模拟量的采集并转换成数字量送入计算机完成模拟量的采集并转换成数字量送入计算机。 1 1、信号处理装置、信号处理装置组成：组成：标度变换器、滤波电路、线性化处理及

2、电参量间的转标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转换电路等。换电路等。 标度变换器：标度变换器：作用：把经由各种传感器所得到的不同种类和不同电平的被作用：把经由各种传感器所得到的不同种类和不同电平的被测模拟信号变换成统一的标准信号。测模拟信号变换成统一的标准信号。 滤波电路：滤波电路：作用：滤掉或消除干扰信号，保留或增强有用信号。作用：滤掉或消除干扰信号，保留或增强有用信号。 线性化处理：线性化处理：有些电信号转换后与被测参量呈现非线性。有些电信号转换后与被测参量呈现非线性。 所以必须对信号进行线性化处理，使它接近线性化。所以必须对信号进行线性化处理，使它接近线性化。 电参量间的转换电

3、路：电参量间的转换电路： 主要进行电信号之间的转换。主要进行电信号之间的转换。 2 2、多路开关单元、多路开关单元 作用：作用：把各路模拟量分时接到把各路模拟量分时接到AD转换器进行转换，实现转换器进行转换，实现CPU对各路模拟量分时采样。对各路模拟量分时采样。 组成：组成：开关矩阵及逻辑控制电路。开关矩阵及逻辑控制电路。 开关矩阵开关矩阵 模拟开关的组合模拟开关的组合 逻辑控制电路逻辑控制电路 在软件或通道控制电路的控制下，以一在软件或通道控制电路的控制下，以一定速度，按顺序输入被测模拟信号。定速度，按顺序输入被测模拟信号。CD405l 组成：组成：逻辑电平转换、逻辑电平转换、二进制译码器二

4、进制译码器及及8个开关电个开关电路。路。 主要特性：主要特性： 直流供电电源：直流供电电源：VDD+5V+15V， 数字信号电位变化范围：数字信号电位变化范围：315V 输入电压：输入电压：UIN0VDD， 模拟信号峰峰值：模拟信号峰峰值：15V3 3、采样保持、采样保持采样保持电路：采样保持电路：对变化的模拟信号快速采样，并在转换过程中对变化的模拟信号快速采样，并在转换过程中保持保持模拟信号模拟信号。 两个工作状态：两个工作状态： 采样状态采样状态 保持状态保持状态 采样保持集成芯片采样保持集成芯片LFl98 主要特性：主要特性：供电电源：供电电源：5V18V；信号获取时间：信号获取时间：1

5、0as；可以和可以和TTL、PMOS、CMOS逻辑输入兼容；逻辑输入兼容；典型保持电容：典型保持电容：1000pF、0.01F。 4 4、 数据放大器数据放大器 把传感器的信号从毫伏电平按比例放大到典型的把传感器的信号从毫伏电平按比例放大到典型的AD转换器输入电平。转换器输入电平。5 5、A AD D转换器转换器把通道输入的模拟量转换成数字量，把通道输入的模拟量转换成数字量，通过通过I/O接口电接口电路送入路送入CPU。f(t) K f*(t) T6.6.采样与量化采样与量化采样过程：用采样开关将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。香农香农(Shannon)(Shannon)定理：

6、定理：如果随时间变化的模拟如果随时间变化的模拟信号的最高频率为信号的最高频率为maxmax，只要按照采样频率，只要按照采样频率S S22maxmax进行采样，那么取出的样品系列进行采样，那么取出的样品系列(f(f1 1* *(t)(t)，f f2 2* *(t)(t)，) )就足以代表就足以代表( (或恢或恢复复)f(t)f(t)。7 7量化过程量化过程 是用一组数码是用一组数码(如二进制码如二进制码)来逼近离散模拟信号的幅来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号。值，将其转换成数字信号。 fmax：转换信号的最大值；：转换信号的最大值； fmin：转换信号的最小值；：转换信号的最小值；

7、i：转换后二进制数的位数。：转换后二进制数的位数。 量化单位为：量化单位为：iffq2minmaxAVR单片机内置ADC综述nAVR ATmega16内置10位ADC，其输出数字量在0 x000 x3FF之间。n0 x00对应允许输入的最低电压，0 x3FF对应允许输入的最高电压，即参考电压。nATmega16 最多允许8路模拟量输入，模拟量范围为0VVref，Vref可以根据需要进行选择AVR单片机内置ADC综述AVR单片机内置ADC特点 10 位 精度 0.5 LSB 的非线性度 2 LSB 的绝对精度 65 - 260 s 的转换时间 最高分辨率时采样率高达15 kSPS 8 路复用的单

8、端输入通道 7 路差分输入通道 2 路可选增益为10 x 与200 x 的差分输入通道 可选的左对齐ADC 读数 0 - VCC 的 ADC 输入电压范围 可选的2.56V ADC 参考电压 连续转换或单次转换模式 通过自动触发中断源启动ADC 转换 ADC 转换结束中断 基于睡眠模式的噪声抑制器内置ADC相关寄存器nADMUXADC多路选择寄存器 内置ADC相关寄存器nADMUXADC多路选择寄存器 nADLAR: ADC 转换结果 左对齐内置ADC相关寄存器nADMUXADC多路选择寄存器 内置ADC相关寄存器nADMUXADC多路选择寄存器 内置ADC相关寄存器nADMUXADC多路选择

9、寄存器 内置ADC相关寄存器nADMUXADC多路选择寄存器 内置ADC相关寄存器nADCSRAADC 控制和状态寄存器AnADEN: ADC 使能nADSC: ADC 开始转换nADATE: ADC 自动触发使能nADIF: ADC 中断标志nADIE: ADC 中断使能内置ADC相关寄存器nADCSRAADC 控制和状态寄存器A内置ADC相关寄存器nADCH/ADCLADC 数据寄存器n右对齐 ADLAR=0n左对齐 ADLAR=1内置ADC相关寄存器n特殊功能IO 寄存器 SFIORnADTS2:0: ADC 自动触发源ADC转换过程n选择参考电压源n通过设置ADMUX中的REFS1:0位n选择转换时钟n通过设置ADCSRA中的ADPS2:0ADC转换过程n选择模拟通道n设置ADMUX中的MUX4:0n设置ADCSRA中的ADLAR对齐模式n若需要中断响应，设置ADCSRA中的ADIEn若需自动转换，设置ADATE并设置自动转换触发源SFIORn设置ACSR=0 x80，禁止模拟比较器工作n设置ADEN，使能ADCADC转换过程n等待足够长的采样时间n置位ADSC，启动一次转换过程n查询AD转换结束标志ADIF，一次转换过程结束时，ADSC会自动清