数字电子技术全套配套课件雷建龙 项目五：AD转换器的制作与应用.ppt

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1、数字电子技术项目五A/D转换器的制作与应用项目五A/D转换器的制作与应用制作任务知识链接：A/D转换器的工作原理1.A/D转换器的基本组成2.A/D转换器的工作原理3.ADC的主要技术参数4.集成A/D转换器ADC0804及应用项目仿真：A/D转换器电路仿真项目五小结制作任务描述：要求（利用A/D转换器）设计并制作一个将模拟电压信号转换为数字信号输出的电路。本项目采用的ADC0804转换器，将模拟信号转换为数字信号。输入信号可以采用模拟的正弦波信号输入，由函数信号发生器提供。输出端的数字信号由发光二极管的状态来表示。图5-1项目五实物

2、图如图5-2为模/数信号转换电路原理图，通过ADC0804，将从P2输入的模拟可变信号转换为数字信号输出。输出的数字信号采用发光二极管显示。输出位为0时对应的发光管亮，为1时不亮，从下到上为转换后的8位二进制数。图5-2模/数信号转换电路原理图A/D转换器的工作原理A/D转换器的基本组成A/D转换器的工作原理集成A/D转换器ADC0804及应用ADC的主要技术参数知识链接A/D转换器的工作原理A/D转换器是用来将模拟信号转换为相应的二进制数码，其输入信号是随时间连续变化的模拟信号，而输出则是随时间断续变化的离散数字信号。一、A/D转换

3、器的基本组成为了将模拟信号转换为数字信号，A/D转换器在转换过程中，首先要对模拟信号进行采样、保持，再进行量化、编码。通常采样、保持用一种称为采样保持的电路来完成，而量化、编码在转换过程中实现。（一）采样保持电路采样指将一个时间上连续变化的模拟量转化为时间上离散变化的模拟量，采样保持原理框图如图5-3所示，s(t)是采样脉冲，ui是输出模拟信号，y(t)是采样信号，uo是采样保持信号。当采样脉冲为1时，采样器接通，采样信号y(t)等于输入信号ui；当采样脉冲为0时，采样器关闭，采样信号y(t)为0，各信号波形如图5-4所示。一、A/D

4、转换器的基本组成图5-3采样保持原理框图图5-4采样保持各信号波形波由采样信号波形图可以看出，采样脉冲频率越高，所得到的信号越能真实地复现输入信号；如果采样频率太低，所得信号将失去输入信号的原有特性。采样频率的选择由采样定理确定。采样定理又称为奈奎斯特定理，指采样脉冲频率fs只有满足大于等于输入模拟信号ui的最高频率分量fmax的两倍时，采样信号才能够正确的反映输入信号，即：fs和fmax必须满足fs≥fmax关系。通常采样频率选取fs=(2.5~3)fmax。一、A/D转换器的基本组成每次把采样电压转换为相应的数字量时，都需要一定的

5、时间，因此在每次采样以后，需要把采样电压保持一段时间。故进行A/D转换时所用的输入电压，实际上是每次采样结束时的输入电压值。采样保持电路如图5-5所示，电路由采样开关V、电容C、缓冲放大器A组成。一、A/D转换器的基本组成图5-5采样保持电路（二）量化和编码数字信号不仅在时间上是离散的，而且在幅值上也是离散。所谓量化，就是把经过采样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时采样值用最接近的电平值来表示，将信号的连续取值近似为有限多个离散值的过程。量化主要用于从连续信号到数字信号的转换。编码是指用二进制代码来表示各个量化电平的

6、过程。二进制代码就是A/D转换的输出数字量。一、A/D转换器的基本组成二、A/D转换器的工作原理A/D转换器的种类很多，按其工作原理不同可分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两种。直接A/D转换器中有并行比较法、反馈计数法和逐次逼近法等；间接A/D转换器中有V—F（电压→频率）转换法和V—T（电压→时间）转换法等多种。下面主要介绍集成芯片中用得最多的逐次逼近型和双积分型A/D转换器电路。（一）逐次逼近型A/D转换器逐次逼近型A/D转换器是一种常用A/D转换方式，其转换速率比双积分型快的多。每秒钟采样高达几十万次。4位逐次逼近型A/D

7、转换器电路如图5-6所示，由电压比较器、D/A转换器、寄存器、控制逻辑电路和时钟脉冲发生器5部分组成。二、A/D转换器的工作原理二、A/D转换器的工作原理图5-64位逐次逼近型A/D转换器电路电路工作过程如下：（1）当启动信号的正边沿到达后，电路被初始化为以下状态：寄存器F0～F3清零为d3d2d1d0=0000，从而DAC的模拟输出UA=0V；脉冲发生器组成的环形计数器的状态为Q0Q1Q2Q3Q4=10000，数字输出D3D2D1D0=0000。（2）第1个CP脉冲到达时，如果输入的取样保持信号vI≠0V，则vI>vO=0V，F0～

8、F3被置为D3D2D1D0=1000，此数码经D/A转换变为满量程电压的一半左右；与此同时，环形移位寄存器状态下移1位变为Q0Q1Q2Q3Q4=01000。二、A/D转换器的工作原理（3）第2个CP脉冲到达时，若VI