智能仪器课件3.5-AD转换器及其接口设计.ppt

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1、3.5AD转换器及其接口设计一、A/D转换器的基本原理二、A/D转换器的技术指标三、A/D转换器及其连接四、典型A/D转换器1一、A/D转换器的基本原理模拟输入量数字输出量0000010100111001011101111v2v3v4v5v6v7vA/D转换器模拟输入量数字输出量2工作原理特点计数式结构简单、原理清楚转换速度慢、精度低，少用双积分式精度高、转换速度慢，常用逐次逼近式转换速度较快、精度较高常用高速并行式转换速度快，价格高3C为计数器控制端：C=1，开始计数；C=0，停止计数。计数式A/D转换由8位D/A转换器、8位计数器和比较器组成。8位计数器D7-D08位D/A转换器A-

2、+CLKEOCS开始转换转换结束C比较器ViV0CLR模拟输入电压D/A转换器输出电压数字量输出D0~D7计数时钟S=0，使8位计数器清“0”，S=1，使计数器准备计数。4启动信号S：S端：使8位计数器清“0”，S端：计数器准备计数。8位D/A转换器：数字量00H0V电压输出Vo。当Vi>Vo时，C=1,计数器从0开始计数，只要Vi>Vo，C=1，计数器不断计数，当Vo≥Vi时,C=0，计数器停止计数。D7-D0为Vi所对应的数字量。实现了A/D转换。C的表示A/D转换结束，可以作为中断请求信号或作为查询用。5计数式A/D转换时间图6双积分型ADC又称双斜率ADC。它的工作原理是，对输入

3、模拟电压和参考电压进行两次积分，变换成和输入电压平均值成正比的时间间隔，并利用计数器测出时间间隔，计数器的输出就是转换后的数字量，如图所示。积分器：由集成运放和RC积分环节组成，其输入端接控制开关S1。S1由定时信号控制，可以将极性相反的输入模拟电压和参考电压分别加在积分器，进行两次方向相反的积分。其输出接比较器的输入端。1.组成双积分式A/D转换7检零比较器:其作用是检查积分器输出电压过零的时刻。当uO>0时，比较器输出uC=0;当uO<0时，比较器输出uC=1。比较器的输出信号接时钟控制门的一个输入端。时钟输入控制门G：标准周期为TCP的时钟脉冲CP接在控制门G的一个输入端。另一个输

4、入端由比较器输出uC进行控制。当uC=1时，允许计数器对输入时钟脉冲的个数进行计数；当uC=0时，禁止时钟脉冲输入到计数器。定时器、计数器：计数器对时钟脉冲进行计数。当计数器计满（溢出）时，定时器被置1，发出控制信号使开关S1由A接到B，从而可以开始对Vref进行积分。8双积分型ADC电路图积分器比较器Dn1C逻辑控制器定时器n位二进制计数器&Dn2D0n位二进制计数器VG+－AG＋uI－VrefARS1uS1uOuCCP+－CB9双积分型ADC波形图第一段对模拟输入积分。此时，电容C放电为0，计数器复位，控制电路使S1接通模拟输入uI，积分器A开始对uI积分，积分输出为负值，uC输出为

5、1，计数器开始计数。计数器溢出后，控制电路使S1接通参考电压Vref，积分器结束对uI积分。这段的积分输出波形为一段负值的线性斜坡。积分时间T1=2nTCP，n为计数器的位数。因此此阶段又称为定时积分。TCP为计数时钟周期。第二段对参考电压积分，又称定压积分。因为参考电压与输入电压极性相反，可使积分器的输出以斜率相反的线性斜坡恢复为0。回0后结束，比较器的输出uC为0。通过控制门G的作用，禁止时钟脉冲输入，计数器停止计数。此时计数器的计数值D0～Dn-1就是转换后的数字量。此阶段的积分时间T2=NiTCP,Ni为此定压积分段计数器的计数个数。输入电压uI越大，Ni越大。101.组成逐次逼

6、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逐次逼近式A/D转换11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)并行数字量输出逐次逼近式A／D转换器结构逐次逼近寄存器SAR比较器122.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。133.工作

7、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；转换开始，第一个时钟脉冲到来时，SAR的状态置为10000000，经D／A转换器转换成反馈电压V反馈到比较器与Ui比较。因为，Ui>Uf，予以保留此位的“1”。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”。14第三个时钟脉冲到来