模数转换器详解演示文稿

模数转换器详解演示文稿当前1页，总共148页。优选模数转换器当前2页，总共148页。6.1A／D转换器的分类第6章模／数转换器分类按速度分：高、中、低按精度分：高、中、低按位数分：8、10、12、14、16按工作原理分3当前3页，总共148页。6.1A/D转换器的分类按工作原理分直接比较型—模拟信号直接参考电压比较，得到数字量。有逐次比较、连续比较···优点：瞬时比较，转换速度快。间接比较—模拟信号与参考电压先转换为中间物理量，再进行比较。缺点：抗干扰能力差。有双斜式、积分式、脉冲调宽···优点：平均值比较，抗干扰能力强。缺点：转换速度慢。4当前4页，总共148页。第6章模／数转换器6.2A／D转换器的主要技术指标1.分辨率分辨率—

A／D转换器所能分辨模拟输入信号的最小变化量。

设A／D转换器的位数为n，满量程电压为FSR，则分辨率定义为：5当前5页，总共148页。6.2A／D转换器的主要技术指标量化单位就是A／D转换器的分辨率。相对分辨率定义为6当前6页，总共148页。6.2A／D转换器的主要技术指标表6.1A／D转换器分辨率与位数之间的关系(满量程电压为10V)

位数

级数

相对分辨率（1LSB）

分辨率（1LSB）

810121416

256102440961638465536

0.391%0.0977%0.0244%0.0061%0.0015%

39.1mV9.77mV2.44mV0.61mV0.15mV

由式（6-1）和式（6-2），可得出A／D转换器分辨率与位数之间的关系7当前7页，总共148页。6.2A／D转换器的主要技术指标A／D转换器分辨率的高低取决于位数的多少。因此，目前一般用位数n来间接表示分辨率。2.量程量程—

A／D转换器能转换模拟信号的电压范围。例如：0～5V，-5V～+5V，0～10V，

-10V～+10V。8当前8页，总共148页。6.2A／D转换器的主要技术指标3.精度绝对精度绝对精度—

对应于输出数码的实际模拟输入电压与理想模拟输入电压之差。存在问题：在A／D转换时，量化带内的任意模拟输入电压都能产生同一输出数码。9当前9页，总共148页。6.2A／D转换器的主要技术指标约定：上述定义的模拟输入电压则限定为量化带中点对应的模拟输入电压值。例如：一个12位A／D转换器，理论模拟输入电压为5V时，对应的输出数码为。实际模拟输入电压在4.997V～4.999V范围内的都产生这一输出数码，则10当前10页，总共148页。6.2A／D转换器的主要技术指标绝对误差一般在范围内。相对精度相对精度—

绝对精度与满量程电压值之比的百分数。11当前11页，总共148页。6.2A／D转换器的主要技术指标

精度和分辨率是两个不同的概念：

①精度是指转换后所得结果相对于实际值的准确度；②分辨率是指转换器所能分辨的模拟信号的最小变化值。12当前12页，总共148页。6.2A／D转换器的主要技术指标4.转换时间和转换速率转换时间tCONV

转换时间—

按照规定的精度将模拟信号转换为数字信号并输出所需要的时间。转换速率转换速率—

每秒钟转换的次数。13当前13页，总共148页。6.2A／D转换器的主要技术指标下面讨论转换时间与转换精度、信号频率的关系。瞬时值响应的A／D转换器

转换时间取决于所要求的转换精度和被转换信号的频率。

以图6.1所示的正弦信号为例，讨论它们之间的关系。14当前14页，总共148页。Um2U(t)=sinωt6.2A／D转换器的主要技术指标

设在t0时刻开始转换，转换一次所需的时间为tCONV，转换终了的时刻为t1，与tCONV对应信号电压增量(误差)为△U。tU(t)Um2t0t1tCONV△U图6.1转换时间对信号转换的影响由于15当前15页，总共148页。6.2A／D转换器的主要技术指标在过零点上有最大值∵过零时，∴16当前16页，总共148页。6.2A／D转换器的主要技术指标

故在过零点处，转换时间所造成的最大电压误差为由此可知：①当精度一定时，信号频率↑，tCONV↓；②当信号频率一定，tCONV

↓，△U↓。17当前17页，总共148页。6.2A／D转换器的主要技术指标平均值响应的转换器

由于被转换的模拟量为直流电压，而干扰是交变的，因此转换时间tCONV

越长，其抑制干扰的能力就越强。换言之：平均值响应的转换器是在牺性转换时间的情况下提高转换精度的。18当前18页，总共148页。6.2A／D转换器的主要技术指标5.偏移误差偏移误差—

使最低有效位成“1”状时，实际输入电压与理论输入电压之差。如图6.2所示。19当前19页，总共148页。偏移实际曲线6.2A／D转换器的主要技术指标

该误差主要是失调电压及温漂造成的。

一般来说，在一定温度下，偏移电压是可以通过外电路予以抵消。Ui输出数码001010011100101110111偏移误差Ui误差图6.2偏移误差(a)(b)理想曲线20当前20页，总共148页。6.2A／D转换器的主要技术指标但当温度变化时，偏移电压又将出现。6.增益误差增益误差—

满量程输出数码时，实际模拟输入电压与理想模拟输入电压之差。

该误差使传输特性曲线绕坐标原点偏离理想特性曲线一定的角度，如图6.3所示。21当前21页，总共148页。K=1K<1K>16.2A／D转换器的主要技术指标当K=1时，没有增益误差，Ui=FSR，输出为111。当K>1时，传输特性的台阶变窄，在模拟输入信号达到满量程值之前，数码输出就已为全“1”状态。当K<1时，传输特性台阶变宽，模拟输入信号已超满量程时，数码输出还未达到全“1”状态。图6.3增益误差Ui输出数码001010011100101110111FSR增益误差22当前22页，总共148页。6.2A／D转换器的主要技术指标

在一定温度下，可通过外部电路的调整使K=1，从而消除增益误差。但当温度变化时，增益误差又将出现。7.线性误差线性误差在没有增益误差和偏移误差量化误差的条件下，实际传输特性曲线与理想特性曲线之差。23当前23页，总共148页。实际曲线理想曲线6.2A／D转换器的主要技术指标

线性误差是由A／D转换器特性随模拟输入信号幅值变化而引起的，因此，线性误差是不能进行补偿的。Ui001010011100101110111输出数码图6.4线性误差线性误差24当前24页，总共148页。

6.3逐次逼近式A／D转换器1.工作原理第6章模／数转换器模拟输入Ui+

-A去码/留码逻辑环形计数器数据寄存器时序与逻辑控制D／A转换器数字量输出锁存器基准电源UREFUf=UREF

(a12-1

+

a22-2

+

…

+

an2-n)并行数字量输出图6.5逐次逼近式A／D转换器结构SAR比较器25当前25页，总共148页。

6.3

逐次逼近式A／D转换器

组成逐次逼近寄存器SAR去/留码逻辑环形计数器数据寄存器D/A转换器比较器基准电源时序与逻辑控制电路数字量输出锁存器26当前26页，总共148页。

6.3

逐次逼近式A／D转换器

工作原理：设定在SAR中的数字量经D／A转换器转换成反馈电压Uf；SAR

顺次逐位加码控制Uf的变化；Uf与等待转换的模拟量Ui进行比较，大则弃，小则留，逐次逼近；最终留在SAR

的数据寄存器中的数码作为数字量输出。27当前27页，总共148页。

6.3

逐次逼近式A／D转换器

2.工作过程

设逐次逼近寄存器SAR是8位，基准电压10.24V，模拟输入电压8.3V，转换成二进制数码。工作过程如下：转换开始之前，先将SAR清零；28当前28页，总共148页。

6.3

逐次逼近式A／D转换器

转换开始，第一个时钟脉冲到来时，SAR的状态置为10000000，经D／A转换器转转换成反馈电压V，反反馈到比较器与Ui比较。因为，Ui>Uf，予以保留此位的“1”。29当前29页，总共148页。

6.3

逐次逼近式A／D转换器

第二个时钟脉冲到来时，SAR置为11000000码，经过D／A转换器产生反馈电压V，因Ui>Uf

，故保留此位“1”。30当前30页，总共148页。

6.3

逐次逼近式A／D转换器

第三个时钟脉冲到来时，SAR状态置为11100000，经D／A转换器产生反馈电压V，因Ui<Uf

，SAR

此位应置“

0”。SAR

状态改为11000000。第四个时钟脉冲到来时，SAR状态又置为11010000，。31当前31页，总共148页。

6.3

逐次逼近式A／D转换器

tU123456781.02410.24Ui5.127.688.968.328.08.168.248.288.30V时钟脉冲12345678图6.6逐次逼近比较过程脉冲1SAR置为100000002110000003111000001100000041101000011000000511001000611001100711001110811001111逐次逼近式A／D转换的过程可用表6.2说明之。32当前32页，总共148页。

6.3

逐次逼近式A／D转换器

表6.28位逐次逼近A／D转换过程

次数

SAR中的数码D/Ａ产生的

(V)

去／留码判断

本次操作后SAR中的数码

12345678

100000001000000111000001101000011001000110011001100111011001111

5.127.688.968.328.08.168.248.28

，留1

，留1

，留0

，留0

，留1

，留1

，留1

，留1

100000001100000011000000110000001100100011001100110011101100111133当前33页，总共148页。

6.3

逐次逼近式A／D转换器

由表6.2可见：

经过8

次比较之后，SAR的数据寄存器中所建立的数码11001111即为转换结果。

数码对应的反馈电压Uf=8.28V，它与输入的模拟电压Ui=8.3V相差0.02V，不过两者的差值已小于1LSB所对应的量化电压0.04V。

逐次逼近式A／D转换器的转换结果通过数字量输出锁存器并行输出。34当前34页，总共148页。6.4双斜积分式A/DC6.4.1工作原理：间接比较型A/D转换器双斜积分式A/D转换器是一种间接比较型A/D转换器，其结构图如6.7。它主要由：积分器、电压比较器、计数器、时钟发生器和逻辑控制器等部分组成。利用两次积分将输入的模拟电压转换成脉冲宽度，然后再以数字测时的方法，将此脉冲宽度转换成数码输出。35当前35页，总共148页。36当前36页，总共148页。6.4.2工作过程1.预备阶段：开始工作前K4，K5闭合，电容C放电，积分器输出为零，同时使计数器为零2.采样过程开关K1闭合积分器输出波形当t=t1

时，积分器输出电压为

在t1期间的平均值为所以

当前37页，总共148页。3.编码阶段：当开关K2接通（模拟开关总是接向与UI极性相反的基准电压），+UREF接入电路，积分器向相反方向积分，即积分器输出由原来的UOX值向零电平方向斜变，斜率恒定，与此同时，计数器又从零开始计数。当积分器输出电平为零时比较器有信号输出，控制电路收到比较器信号后发出关门信号，积分器停止积分，计数器停止计数，并发出记忆指令，将此阶段计得数字N2记忆下来并输出。这一阶段被积分的电压是固定的基准电压UREF，所以积分器输出电压的斜率不变，与所计数字N2对应的t2称为反向积分时间。这个阶段常称为定值积分阶段。定值积分结束时得到数字N2便是转换结果，积分器最终输出为38当前38页，总共148页。由于UREF为常数，因此

(6—7)或

(6—8)式（6—8）表明，反向积分时间t2与模拟电压的平均值成正比。39当前39页，总共148页。设用周期为TC

的时钟脉冲计数来测量t1和t2，由计数器按一定码制记得脉冲个数N1

和N2

，则

(6-9)

式（6-9）表明，计数器输出的数字N2正比于采样模拟信号电压的平均值.

40当前40页，总共148页。几点说明：本质上是积分过程，故是平均值转换，对噪声有较好的抑制能力；转换速度慢；断续工作。41当前41页，总共148页。第6章模／数转换器6.5单片集成A／D转换器1.8位A／D转换器芯片ADC080942当前42页，总共148页。（1）．特性：逐次逼近式ADC8个输入通道与微机总线兼容（2）．芯片结构组成转换器是ADC0809的核心部分，它由D/A转换（电阻网络、逐次逼近寄存器（SAR）、比较器等部分组成。多路开关三态输出数据锁存器43当前43页，总共148页。当前44页，总共148页。45当前45页，总共148页。（3）．芯片引脚简介START：为了启动A/D转换过程，应在此引脚施加一个正脉冲，脉冲的上升沿将所有内部寄存器清零，在其下降沿开始A/D转换过程。

EOC：转换完毕输出信号，高电平有效。在START信号上升沿之后0~8个时钟脉冲周期内，EOC变为低电平。当此类A/D转换器用于与微型计算机接口时，EOC可用来申请中断。当前46页，总共148页。（4）.ADC0809工作时序从START的上升沿到EOC的下降沿止的时间，与工作时钟有关系。如当时钟为500KHZ时，tEOC<=18µs；如当时钟为640KHZ时，tEOC<=14.5µs；从START的下降沿到EOC的上升沿止的时间，为ADC的转换时间。tCONV如当时钟为500KHZ时，tCONV

大约为128µs；当时钟为640KHZ时，tCONV

大约为100µs；47当前47页，总共148页。48当前48页，总共148页。（5）.操作过程首先通过ALE和ADDA，ADDB，ADDC地址信号线把欲选通的模拟量输入通道地址送人ADC0809并锁存。发送A/D启动信号START，脉冲上升沿复位，在启动脉冲下降沿开始转换。A/D转换完成后，EOC=1，可利用这一信号向CPU请求中断，或在查询方式下待CPU查询EOC信号为“1”后进行读数服务。CPU通过发出OE信号读取A/D转换结果。49当前49页，总共148页。6.5

单片集成A／D转换器

2.12位A／D转换器芯片AD574A⑴特点芯片内部包含微机接口逻辑和三态输出缓冲器，可以直接与8位、12位或16位微处理器的数据总线相连。输出可以是12位一次读出或分两次读出：

先读高8位，再读低4位。

50当前50页，总共148页。6.5

单片集成A／D转换器

对外可提供一个+10V基准电压，最大输出电流1.5mA。有较宽的温度使用范围。⑵芯片内部结构输入电压可有单极性和双极性两种。51当前51页，总共148页。6.5

单片集成A／D转换器

52当前52页，总共148页。6.5

单片集成A／D转换器

组成模拟芯片10V基准12位D/A转换数字芯片SAR比较器时钟、逻辑控制三态输出缓冲53当前53页，总共148页。6.5

单片集成A／D转换器

⑶芯片引脚功能引脚布置如图6.13所示。芯片引脚功能如下：D0～D1112位数据输出。数据模式选择高电平，12位一次输出；低电平，12位分两次输出：

先高8位，后低4位。

54当前54页，总共148页。6.5

单片集成A／D转换器

A0：字节地址／短周期。在读数状态：若若为高电平，则的状态不起作用。在转换状态：当A0=0时，产生12位转换，转换周期为25s；当A0=1时，产生8位转换，转换周期为16s。当A0=0时，输出高8位数；当A0=1时,输出低4位数，禁止高8位输出；为低电平55当前55页，总共148页。6.5

单片集成A／D转换器

芯片选择。当时，芯片被选中。读／转换信号：当时，允许读取A／D转换结果；当时，允许启动A／D转换。CE芯片允许。CE=1允许转换或读A／D转换结果。56当前56页，总共148页。6.5

单片集成A／D转换器

REF

OUT基准电压输出。REF

IN基准电压输入。

如果REF

OUT通过电阻接至REF

IN，则可用来调量程。BIPOFF双极性补偿。

若输入信号为双极性信号，则使用此脚；此脚还可用于调零点。57当前57页，总共148页。6.5

单片集成A／D转换器

10VIN10V量程输入端。20VIN20V量程输入端。表6.4AD574A控制信号组合的作用CE工作状态0*11111

**00111****111****接+5V接地接地**01*01不工作不工作启动12位转换启动8位转换并行输出12位数字并行输出高8位数字并行输出低4位数字58当前58页，总共148页。6.5

单片集成A／D转换器

⑷工作时序AD574A工作状态启动转换数据读出启动转换过程59当前59页，总共148页。CE上升沿6.5

单片集成A／D转换器

①在CE上升沿之前，先有和这是比较好的启动方式。图6.14启动转换时序CECSR/CA0STSDB0～DB11≥300ns≥300ns≥250ns>0ns≥200ns≥200ns≥300ns<300ns25s为什么这样说？

因为如果和CE先有效，脉冲到来之前的高电平会引起三态输出门打开，影响数据总线。②当CE=1时，启动转换。 60当前60页，总共148页。6.5

单片集成A／D转换器

注意：在启动转换后，各控制信号不起作用，只有STS信号标志工作状态。读出数据读出数据也同样由CE来启动。61当前61页，总共148页。低电平CE上升沿6.5

单片集成A／D转换器

图6.15AD574读数据时序CECSR/CA0STSDB0～DB11≥300ns≥150ns≥0ns≥150ns250ns≥50ns≥0ns≥50ns<350ns有效数据62当前62页，总共148页。6.5

单片集成A／D转换器

⑸工作方式选择工作方式单极性：0～xV，输出二进制码。双极性：-xV～+xV，输出偏移二进制码63当前63页，总共148页。6.5

单片集成A／D转换器

图6.16AD574工作方式的接法1+5V+15V7-15V11159W20.1KΩAD574REFOUTREFINBIPOFF10VIN20VINDGNDAGND100KΩW1100KΩ0～10V0～20V(a)(a)单极性输入；AD574REFOUTREFINBIPOFF10VIN20VINDGNDAGND151+5V7+15V11-15V9-5～5V-10～10V(b)(b)双极性输入0.1KΩ64当前64页，总共148页。3.12位带采样/保持的A/D转换器芯片AD678(1).特点：采样保持器、高精度参考电压、内部时钟、三态缓冲数据输出部件。65当前65页，总共148页。(2).芯片内部结构66当前66页，总共148页。(3).芯片引脚功能67当前67页，总共148页。(4).控制方式与时序同步/异步方式！CS与！SC、!EOCEN、EOC的关系12/!8工作方式A/D转换工作时序

68当前68页，总共148页。69当前69页，总共148页。(5).输入方式单极性工作方式双极性工作方式70当前70页，总共148页。71当前71页，总共148页。Max114高速8位ADC72当前72页，总共148页。

简介单电源供电（5V）4通道每通道的转换时间最少为660ns不需要外部时钟，不需要外部采样保持电路典型应用：高速数字信号处理，远程数据采集，可移动设备，通信系统73当前73页，总共148页。管脚图D7-D0输出8位数字量IN1-IN4输入4通道模拟信号RD,WR,INT（可接中断）,MODE为控制信号PWRDN为power-down信号A0-A1为通道选择信号REF+,REF-为基准电压输入VDD为5V电源GND为地74当前74页，总共148页。TheMAX114/MAX118aremicroprocessor-compatible,8-bit,4-channeland8-channelanalog-to-digitalconverters(ADCs).Theyoperatefromasingle+5Vsupplyanduseahalf-flashtechniquetoachievea660nsconversiontime(1Msps).Apower-down(PWRDN)pinreducescurrentconsumptiontypicallyto1μA.Thedevicesreturnfrompower-downmodetonormaloperatingmodeinlessthan200ns,allowinglargesupplycurrentreductionsinburst-modeapplications(inburstmode,theADCwakesupfromalow-powerstateatspecifiedintervalstosampletheanaloginputsignals).Bothconvertersincludeatrack/hold,enablingtheADCtodigitizefastanalogsignals.75当前75页，总共148页。MAX114/118*原理图76当前76页，总共148页。TheMAX114/MAX118useahalf-flashconversiontechnique(seeFunctionalDiagram)inwhichtwo4-bitflashADCsectionsachievean8-bitresult.Using15comparators,theflashADCcomparestheunknowninputvoltagetothereferenceladderandprovidestheupperfourdatabits.Aninternaldigital-to-analogconverter(DAC)usesthefourmostsignificantbits(MSBs)togenerateboththeanalogresultfromthefirstflashconversionandaresiduevoltagethatisthedifferencebetweentheunknowninputandtheDACvoltage.Theresidueisthencomparedagainwiththeflashcomparatorstoobtainthelowerfourdatabits(LSBs).77当前77页，总共148页。最简单的一种控制方法Max114的控制方法很多，ReadMode是最简单的。从时序图上看，我们先把CS拉低，再把RD拉低，不断读取INT，当INT为低电平（表示转换完成），即可读取数据。78当前78页，总共148页。使用Max114的注意点输入模拟信号最好不要超过5V，否则容易烧坏芯片。采用ReadMode控制Max114是最简单的办法，虽然转换时间超过660ns，但转换速率仍可以达到1M。建议采用这种方法以减少时序控制的麻烦。Max114的电源与地之间要加104（0.1uF）和4.7uF的去耦电容，以抗高低频干扰。79当前79页，总共148页。Max1270SPI接口的12位ADC输入的模拟信号范围可调：

-10V~+10V,0~+10V,

-5V~+5V,0~+5V内部/外部电压基准源内部/外部时钟供电电压为单5V80当前80页，总共148页。管脚图CH7-CH0八通道模拟信号输入端REF、REFADJ用以调整基准电压源SCLK为输入数据的时钟（接SPI接口的SCK端，一般<=2MHz）DIN为输入命令数据的信号线（串行）;DOUT为输出转换后数据的信号线（串行）SSTRB为指示转换是否完成的信号线;SHDN为低电平时，MAX1270进行睡眠状态81当前81页，总共148页。电路配置.

BandgapVoltage-ReferenceOutput/ExternalAdjustPin.Bypasswitha0.01μFcapacitortoAGND.

ConnecttoVDDwhenusinganexternalreferenceatREF82当前82页，总共148页。Reference-BufferOutput/ADCReferenceInput.Ininternalreferencemode,thereferencebufferprovidesa4.096Vnominaloutput,externallyadjustableatREFADJ.Inexternalreferencemode,disabletheinternalreferencebypullingREFADJtoVDDandapplyingtheexternalreferencetoREF.83当前83页，总共148页。Max1270的功能强大，因此控制时序有很多种。我们这里仅介绍最简单的一种。（1）将CS拉低，然后输入8位控制命令（此8位控制命令字可以对ADC进行配置，可设为“单极性”或“双极性”，并可以设定输入信号的范围等。输入过程由单片机的SPI控制器自动完成，无需用户自定义，十分方便）。输入完成后将CS拉高。（2）读取SSTRB，当ADC转换完成时，SSTRB由低变高，此时可以读取数据。（3）将CS拉低，读取DOUT上数据（读取过程由单片机的SPI控制器自动完成）。（4）由于SPI控制器传输或接收数据，以字节为单位，而Max1270为12位ADC，所以，要读取两次数据，再将两次数据“合并”以得到正确的12位数据。PD:Power-DownandClockSelection84当前84页，总共148页。用串行ADC的好处减少连线数（SPI口比并行口占用的I/O口要少得多，连线十分方便）时序简单（虽然串行的时序本身要比并行的时序复杂，但对集成了SPI控制器的单片机来说，这些工作完全由单片机自动完成，用户无需干预，因此十分简单）控制灵活（有些SPI接口的ADC既可以输出转换后的数据量，又可以读入用户设定的“命令字”。像MAX1270，我们可以通过“输入命令字”将其配置成单极性或双极性的ADC，而无需改动电路，控制十分灵活）85当前85页，总共148页。MAX153采样速率可达1MHz单路输入8bit输出内置采样保持电路有正负两个参考源当前86页，总共148页。MAX153内部结构87当前87页，总共148页。MAX153工作原理MAX153是一款优秀的ADC，它分两次转换输入的模拟信号，先得出4MSB，锁存，再得出4LSB，输出。合理配置mode(pin7)、/RD和/WR(RDY)可以得到MAX153提供的三种工作模式。88当前88页，总共148页。MAX153工作模式ReadMode(mode=0)转换由/RD(pin8)下降沿驱动，转换完毕有RDY和/INT提示，结果在/RD和/CS为低时读取。当前89页，总共148页。MAX153工作模式使用/INT的Write-ReadMode(mode=1)转换自/WR下降沿开始，/WR上升沿完成4MSB转换。转换完成时，/INT由高变低，拉低/RD读取便可。所有操作在/CS为低时才有效。当前90页，总共148页。MAX153工作模式可得最快转换速率的Write-ReadMode(mode=1)转换自/WR下降沿开始，/WR上升沿完成4MSB转换。在/INT由高变低前，拉低/RD读取(在拉高/WR的250ns后，这时转换已完成而/INT仍为高)。所有操作在/CS为低时才有效。当前91页，总共148页。MAX153工作模式Pipe-LinedMode(mode=1)捆绑/WR和/RD所有操作在/CS为低时有效每次读取的都是上次的转换结果。当前92页，总共148页。

TLC5510模拟输入≤2V8bit精度转换极限：20MHz控制信号只有CLK，接口简单当前93页，总共148页。TLC5510原理框图94当前94页，总共148页。TLC5510典型电路图95当前95页，总共148页。TLC5510时序图96当前96页，总共148页。ADC0820（8-BitHighSpeedμPCompatibleA/DConverter）管脚配置与主要性能参数：97当前97页，总共148页。工作时序简单易操作，能适合大部分要求98当前98页，总共148页。MAX190（12BITSAMPLINGADC）99当前99页，总共148页。并行控制时序（数据分两次读出）100当前100页，总共148页。串行控制支持多种串行工作方式SPI,QSPI,MICOWIRE,TMS320SERIALINTERFACE101当前101页，总共148页。SPI时序102当前102页，总共148页。MAX191类同MAX190,但支持负电压输入，测量范围

-5v+5v103当前103页，总共148页。104ADS7816

12位模数转换芯片当前104页，总共148页。Page1051.功能说明12位输出，200KHz采样频率。200KHz时功耗低至1.9mW。同步串行接口和一个串行输入端。参考电压范围为100mV至5V。当前105页，总共148页。Page1062.应用场景由于低功耗，体积小因此特别适用于电池供电的系统。远距离或者是孤立的数据采集。当前106页，总共148页。Page1073.管脚说明电源：8号为正VCC接口，4号为GND接口1号为参考电压VREF输入配置：5号管脚为片选7号管脚为数据同步时钟输入应用：2号管脚为正输入3号管脚为反相输入，一般接地当前107页，总共148页。4.芯片说明Page108.参考电压的范围在100mV到5V之间，参考电压直接决定了输入电压的范围；外接参考时钟的范围从10KHz到3.2MHz；DOUT为数据串行输出，输出速率由DCLOCK决定；支持差分输入，但是反相输入的端口输入电压范围为正负200mV，正相输入电压范围为-200mV到VCC+200mV;当前108页，总共148页。Page1095.电路连接下图为ADS7816的典型电路连接：当前109页，总共148页。Page1105.电路连接上图电路连接几点说明：1.Vcc和Vref端最好接0.1uF至10uF的电容以及5欧或10欧的电阻以滤除电源噪声；2.输入电压范围为0V-5V,此时参考电压为5V；3.ADS7816的GND管脚应当为“模拟地”，应当避免与数字地直接连接；4.反相输入一般应直接接到最近的地平面上；当前110页，总共148页。Page1116.编程设计1.首先，CS端的低电平使得芯片被选中，芯片内部自动进行一系列初始化工作；2.前1.5至2个时钟周期为数据采样时间，在DCLOCK的第二个下降沿之后，DOUT输出使能，在接下来一个周期内，输出低电平，接下来的12个时钟周期开始输出AD转化后的数据，从BIT11到BIT0一次串行输出。3.接着，将CS管脚拉高再置低，接着数据又会从BIT11到BIT0再次串行输出，如下图：当前111页，总共148页。Page1127.实际应用

下图为ADS7816实际应用的电路连接当前112页，总共148页。Page1137.实际应用下面是实际制作的ADS7816的数据采集模块，分别为实物图和PCB图，上排中间的芯片为ADS7816.当前113页，总共148页。第6章模／数转换器6.6面对设计如何选择和使用A／D转换器1.如何确定A／D转换器的位数应该考虑静态精度动态精度114当前114页，总共148页。应与测量装置的精度相匹配。一方面要求量化误差在误差所占的比重要小，使它不显著地扩大测量误差；另一方面必须根据目前测量装置的精度水平，对A/D转换器的位数提出恰当的要求。115当前115页，总共148页。6.6

面对设计如何选择和使用A／D转换器⑴从静态精度考虑要考虑量化误差对输出的影响。量化误差与A／D转换器位数有关。116当前116页，总共148页。6.6

面对设计如何选择和使用A／D转换器由图可知10位以下误差较大；11位以上误差减小不明显。图6.22位数与误差的关系位数误差8910111213117当前117页，总共148页。6.6

面对设计如何选择和使用A／D转换器因此，取10～11位是合适的。从精度来看由于模拟信号是先测量后转换，因此总误差测量误差量化误差118当前118页，总共148页。6.6

面对设计如何选择和使用A／D转换器设测量误差和量化误差不相关。它们的标准差分别为eM和eq

。则总误差的标准差为式中119当前119页，总共148页。6.6

面对设计如何选择和使用A／D转换器由图6.23可知:ξ变化缓慢，eM减小不多。ξ↑，eM↓图6.23ξ与的关系ξ0.10.30.50.70.91.01.11.21.31.4因此，取为0.3～0.5较为合适。120当前120页，总共148页。6.6

面对设计如何选择和使用A／D转换器

总之，A／D转换器的精度应与测量装置的精度相匹配。确定位数①量化误差在总误差中所占比例要小。②根据测量装置的精度水平，合理提出位数要求。121当前121页，总共148页。6.6

面对设计如何选择和使用A／D转换器

目前，大多数测量装置的精度值不小于0.1%～0.5%，故A／D转换器的精度取0.05%～0.1%，相应的位数为10～11位，加上符号位，即为11～12位。⑵从动态平滑性的要求来考虑

位数不能太多，否则虽然q↓，但产生高频小振幅量化噪声。

一般来说，满足静态精度要求的位数，也能满足动态平滑性的要求。122当前122页，总共148页。6.6

面对设计如何选择和使用A／D转换器2.如何确定A／D转换器的转换速率转换速率—

每秒钟能完成的转换次数。其与转换时间的关系：123当前123页，总共148页。6.6

面对设计如何选择和使用A／D转换器确定转换速率时，应该考虑系统的采样速率：若转换时间为100s，则转换速率为10千次/s。

设一个周期采10个样点，那么A／D转换器最高只能处理1kHz的模拟信号。若转换时间为10s，则转换速率为100千次/s，信号频率可提高到10kHz。124当前124页，总共148页。6.6

面对设计如何选择和使用A／D转换器3.如何确定是否要加采样／保持器

原则上，采集变化非常缓慢的模拟信号（例如温度）时，可不用采样／保持器。其它模拟信号都要加采样／保持器。125当前125页，总共148页。第6章模／数转换器6.7A／D转换器与微机接口接口任务①转换器收到微机发出的转换指令，进行转换。②当微机发出取数指令时，转换结果存入微机内存。126当前126页，总共148页。6.7A／D转换器与微机接口

1.接口设计中的问题需要解决的问题有以下三个：⑴数据输出缓冲问题原因：计算机的数据总线是CPU与存储器、I／O设备之间传送数据的公共通道。要求：A／D转换器的数据输出端必须通过三态缓冲器与数据总线相连。127当前127页，总共148页。6.7A／D转换器与微机接口

当未被选中时，A／D转换器的输出呈高阻抗状态，以免干扰数据总线上的数据传送。下面分四种情况予以讨论。芯片数据输出端有三态缓冲器，且有三态控制端引脚相应芯片有ADC0809，AD7574。它们可以直接和微机数据总线相连。128当前128页，总共148页。6.7A／D转换器与微机接口

芯片不具备三态输出缓冲器相应芯片有ADC1210。

这类芯片输出端不能直接连到数据总线，必须外加三态缓冲器。芯片具有三态输出缓冲器，且由片内时序控制相应芯片有AD571和AD572。

这类芯片不能直接与数据总线相连，需要通过时序调整接口转换。129当前129页，总共148页。6.7A／D转换器与微机接口

芯片有三态输出缓冲器，且片内时序与微机总线时序配合相应芯片有AD574A，

这类芯片的输出端可直接和微机数据总线相连。⑵产生芯片选通信号和控制信号芯片选通信号—

地址信号。信号产生：由译码器产生地址信号。130当前130页，总共148页。6.7A／D转换器与微机接口

作用：给出地址信号，就选通了A／D芯片。译码器与地址总线连接①系统采用内存映象I／O方式，需要全部地址线参与译码。②系统采用I／O映象方式，用部分低位地址线参与译码。内存映象——I／O不单独编址。I／O映象——I／O单独编址。131当前131页，总共148页。6.7A／D转换器与微机接口

控制信号完成对A／D转换器的读写控制不同微机其控制总线不相同：①8031单片机中，控制线共同控制A／D转换器的读／写操作。当时，执行写操作；当时，读操作。132当前132页，总共148页。6.7A／D转换器与微机接口

②8088CPU的PC机中，控制线共同控制A／D转换器的读／写操作。

在利用微机地址总线、控制总线对A／D转换器的读／写进行控制时，要注意时序匹配。时序匹配—

微机提供的控制信号的持续时间和相位关系满足所用

A／D转换器的控制要求。133当前133页，总共148页。6.7A／D转换器与微机接口

在接有采样／保持器的数据采集系统中，要考虑采样／保持器、A／D转换器和CPU之间的时序配合问题。①用A／D转换器的转换状态信号作为采样／保持器的模拟开关的控制信号。保证A／D转换与采样／保持器的协调。目的：通常做法：134当前134页，总共148页。6.7A／D转换器与微机接口

②A／D转换器的启动转换脉冲宽度应大于采样／