《模数转换器》ppt课件

1、主讲人：施保华主讲人：施保华AVR单片机C言语程序设计三峡大学电子设计及创新实验室三峡大学电子设计及创新实验室32学时学时D/A转换器转换器Digital to Analog Converter是一种能把数字量转换成模拟量的电子器件；是一种能把数字量转换成模拟量的电子器件；A/D转换器转换器Analog to Digital Converter那么相反，它能把模拟量转换成相应的数字那么相反，它能把模拟量转换成相应的数字量。在微机控制系统中，经常要用到量。在微机控制系统中，经常要用到A/D和和D/A转换器。它们的功能及在实时控制系统转换器。它们的功能及在实时控制系统中的位置，如图中的位置，如图2

2、-1所示。所示。当地功能单片微型计算机A/D多路开关传感器传感器D/A被控实体变送器变送器图图2-1 单片机和被控实体间的接口表示单片机和被控实体间的接口表示为了阐明为了阐明T型电阻网络的任务原理，现以四位型电阻网络的任务原理，现以四位D/A转换器为例加以讨论，如图转换器为例加以讨论，如图2-2所示。所示。图图2-2 T型电阻网络型型电阻网络型D/A转换器转换器10101010VREFRI3I3I2I2I1I1I0I0I0RRRR2R2R2R2Rb3b2b1b0四位DAC寄存器.RfIRfIout1Iout2Vout.AOA+-S3S2S1S01.典型的D/A转换器芯片DAC0832 DAC0

3、832内部由三部分电路组成，如图2-3所示。 图图2-3 DAC0832原理框图原理框图D7D6D0D1D2D3D4D58位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换电路RfVREFIout2Iout1RfILECSWR1WR2XFERDAC0832AGNDVCCDGNDLE1LE2M1M3M23. DAC0832的技术目的 DAC0832的主要技术目的：1分辨率8位2电流建立时间 1S3线性度在整个温度范围内8、9或10位4增益温度系数 00002 FS/5低功耗20mW6单一电源 +5 +15V因DAC0832是电流输出型D/A转换芯片，为了获得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，Rf为运

4、算放大器的反响电阻端。运算放大器的接法如图2-5所示。图图2-5 运算放大器接法运算放大器接法-+OA.VoutRfIout1Iout22.3.1 逐次逼近式A/D转换器的任务原理 逐次逼近式A/D转换器是一种采用对分搜索原理来实现A/D转换的方法，逻辑框图如图2-17所示。图图2-17 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器逻辑框图转换器逻辑框图-+OA模拟输入Vx数字输出启动CKDONE控制逻辑N位寄存器N位D/A转换器Vc比较器ATmega16有一个10位的逐次逼近型ADC。ADC与一个8通道的模拟多路复用器衔接，能对来自端口A 的8 路单端输入电压进展采样 10 位 精度 0.5 LSB 的

5、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 延续转换或单次转换方式 经过自动触发中断源启动ADC 转换ADC 经过逐次逼近的方法将输入的模拟电压转换成一经过逐次逼近的方法将输入的模拟电压转换成一个个10 位的数字量。最小值代表位的数字量。最小值代表GND，最大值代表，最大值代表AREF引脚上的电压再减去引脚上的电压再减去1 LSB

6、。经过写。经过写ADMUX存放器的存放器的REFSn位可以把位可以把AVCC 或内部或内部2.56V 的参的参考电压衔接到考电压衔接到AREF 引脚。引脚。ADC转换结果为转换结果为10位，存放于位，存放于ADC数据存放器数据存放器ADCH及及ADCL中。默许情况下转换结果为右对齐，但可中。默许情况下转换结果为右对齐，但可经过设置经过设置ADMUX 存放器的存放器的ADLAR 变为左对齐。变为左对齐。假设要求转换结果左对齐，且最高只需假设要求转换结果左对齐，且最高只需8 位的转换精位的转换精度，那么只需读取度，那么只需读取ADCH 就足够了。就足够了。启动一次转换向 ADC 启动转换位ADSC

7、 位写1 可以启动单次转换。在转换过程中此位坚持为高，直到转换终了，然后被硬件清零。假设在转换过程中选择了另一个通道，那么ADC 会在改变通道前完成这一次转换。在默许条件下，逐次逼近电路需求一个从50 kHz到200 kHz的输入时钟以获得最大精度。正常转换需求13 个ADC 时钟周期。为了初始化模拟电路，ADC 使能(ADCSRA 存放器的ADEN 置位) 后的第一次转换需求25 个ADC 时钟周期。ADC的参考电压源(VREF)反映了ADC的转换范围。假设单端通道电平超越了VREF，其结果将接近0 x3FF。VREF 可以是AVCC、内部2.56V 基准或外接于AREF 引脚的电压。转换终

8、了后(ADIF 为高)，转换结果被存入ADC 结果存放器(ADCL, ADCH)。单次转换的结果如下：式中，VIN 为被选中引脚的输入电压，VREF 为参考电压ADC 多工选择存放器 ADMUXBit 7:6 REFS1:0: 参考电压选择参考电压选择如如Table 83 所示，经过这几位可以选择参考所示，经过这几位可以选择参考电压。假设在转换过程中改动了它们的设置，电压。假设在转换过程中改动了它们的设置，只需等到当前转换终了只需等到当前转换终了(ADCSRA 存放器的存放器的ADIF 置位置位) 之后改动才会起作用。假设在之后改动才会起作用。假设在AREF 引脚上施加了外部参考电压，内部参考

9、引脚上施加了外部参考电压，内部参考电压就不能被选用了。电压就不能被选用了。Bit 5 ADLAR: ADC 转换结果转换结果 左对齐左对齐ADLAR影响影响ADC转换结果在转换结果在ADC数据存放器中的存放方式。数据存放器中的存放方式。ADLAR置位时转换结果为左置位时转换结果为左对齐，否那么为右对齐。对齐，否那么为右对齐。ADLAR 的改动将立刻影响的改动将立刻影响ADC 数据数据存放器的内容，不论能否有存放器的内容，不论能否有转换正在进展。关于这一位的完好描画请见转换正在进展。关于这一位的完好描画请见 P207“ADC 数据数据存放器存放器 ADCL 及及 ADCH 。Bits 4:0 M

10、UX4:0: 模拟通道与增益选择位模拟通道与增益选择位经过这几位的设置，可以对衔接到经过这几位的设置，可以对衔接到ADC 的模拟输入进展选择。的模拟输入进展选择。也可对差分通道增益进展也可对差分通道增益进展选择。细节见选择。细节见Table 84。假设在转换过程中改动这几位的值，。假设在转换过程中改动这几位的值，那么只需到转换终了那么只需到转换终了(ADCSRA 存放器的存放器的ADIF 置位置位) 后新的设置才有效。后新的设置才有效。ADC 控制和形状存放器A ADCSRA Bit 7 ADEN: ADC 使能使能ADEN置位即启动置位即启动ADC，否那么，否那么ADC功能封锁。在转换过程中

11、功能封锁。在转换过程中封锁封锁ADC将立刻中止正在进展的转换。将立刻中止正在进展的转换。 Bit 6 ADSC: ADC 开场转换开场转换在单次转换方式下，在单次转换方式下，ADSC 置位将启动一次置位将启动一次ADC 转换。在延转换。在延续转换方式下，续转换方式下，ADSC 置位将启动初次转换。第一次转换置位将启动初次转换。第一次转换( 在在ADC 启动之后置位启动之后置位ADSC，或者在使能，或者在使能ADC 的同时置的同时置位位ADSC) 需求需求25 个个ADC 时钟周期，而不是正常情况下的时钟周期，而不是正常情况下的13 个。第一次转换执行个。第一次转换执行ADC初始化的任务。初始化

12、的任务。在转换进展过程中读取在转换进展过程中读取ADSC 的前往值为的前往值为1，直到转换终了。，直到转换终了。ADSC 清零不产生任何动作。清零不产生任何动作。 Bit 5 ADATE: ADC 自动触发使能自动触发使能ADATE置位将启动置位将启动ADC自动触发功能。触发信号的上跳沿启自动触发功能。触发信号的上跳沿启动动ADC转换。触发信号源经过转换。触发信号源经过SFIOR 存放器的存放器的ADC 触发信触发信号源选择位号源选择位ADTS 设置。设置。 Bit 4 ADIF: ADC 中断标志中断标志在在ADC 转换终了，且数据存放器被更新后，转换终了，且数据存放器被更新后， ADIF

13、置位。假置位。假设设ADIE 及及SREG 中的全局中断使能位中的全局中断使能位I 也置位，也置位，ADC 转换转换终了中断效力程序即得以执行，同时终了中断效力程序即得以执行，同时ADIF 硬件清零。此外，硬件清零。此外，还可以经过向此标志写还可以经过向此标志写1 来清来清ADIF。要留意的是，假设对。要留意的是，假设对ADCSRA 进展读修正写操作，那么待处置的中断会被进展读修正写操作，那么待处置的中断会被制止。这也适用于制止。这也适用于SBI 及及CBI 指令。指令。 Bit 3 ADIE: ADC 中断使能中断使能假设假设ADIE 及及SREG 的位的位I 置位，置位， ADC 转换终了中断即被使能。转换终了中断即被使能。 Bits 2:0 ADPS2:0: ADC 预分频器选择位预分频器选择位由这几位来确定由这几位来确定XTAL 与与ADC 输入时钟之间的分频因子。输入时钟之间的分频因子。特殊功能IO 存放器 SFIORBit 7:5 ADTS2:0: ADC 自动触发源自动触发源假设假设ADCSRA 存放器的存放器的ADATE 置位，置位，ADTS 的值将的值将确定触发确定触发ADC 转换的触发源；否那么，转换的触发源；否那么，ADTS的设的设置没有意义。被选中的中断标志在其上升沿触发置没有意义。被选中的中断标志在其上升