第-十一章--AD转换.ppt

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1、第11章A/D转换器211.1A/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。uu模拟信号波形数字信号波形ttA/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

2、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s(t)t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utts(t)ttstws(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

3、的两倍，即fs≥2fimax。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

4、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DAC：数模转换器，作用是按照不同的输入数码产生一组相应的比较电压UR:电压比较器：将输入的电压信号UI与UR进行比较，当UI≥UR时，输出C0＝1(C0’=0)；当UI

5、0’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。d2d0d1A/D转换器的基本原理工作原理DAC输出的比较电压d2d0d1A/D转换器的基本原理逐次逼近型ADCA/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

6、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0～5V，输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－8＝20mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－12≈1.22mV。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

7、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2.0~5V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0x00~。1.模数转换有哪几个步骤?3.0~3.3V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1711.