AD转换器及其接口设计详解

uC=1。比较器的输出信号接时钟控制门的一个输入端。
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。
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＋uI －Vref
A S 1 B uS1
R
C － + A uO － C uC G
积分器
+
比较器
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。
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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 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。
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逐次逼近式A/D转换
1. 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
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模拟输入 Ui
逐次逼近寄存器SAR
+ A
去码/留码逻辑 环形计数器 数据寄存器
时序 与逻 辑控 制 数字 量输 出锁 存器
-
比较器 D／A转换器
..
.
0
A/D转换时间
t
S启动
EOC结束
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双积分式A/D转换
双积分型ADC又称双斜率ADC。 它的工作原 理ຫໍສະໝຸດ Baidu，对输入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。
1.组成
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
0V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，
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可以作为中断请求信号或作为查询用。
计数式A/D转换时间图
Vi V0
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3. 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； 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
1 U f U REF 512 . V 2
逻辑 控制器
定时器
n 位二进制计数器
&
VG CP
Dn Dn 1 2
D0
n 位二进制计数器
双积分型ADC电路图
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第一段对模拟输入积分。 第二段对参考电压积分， 此时，电容C放电为0，uS 1 又称定压积分。因为 uI 计数器复位，控制电 参考电压与输入电压 t 极性相反，可使积分 路使S1接通模拟输入uI， －V r ef 器的输出以斜率相反 积分器A开始对uI积分， uO 的线性斜坡恢复为0。 积分输出为负值，uC T1 T2 t 回0后结束，比较器的 输出为1，计数器开始 输出uC为0。通过控制 u I小 计数。计数器溢出后， u I大 门G的作用，禁止时钟 控制电路使S1接通参 u C 1 脉冲输入，计数器停 u O ＞0 考电压Vref，积分器结 u O ＜0 止计数。此时计数器 t 束对uI积分。这段的 的计数值D0～Dn-1就是 积分输出波形为一段 u 转换后的数字量。此 G n N 2 i 负值的线性斜坡。积 阶段的积分时间 …… … t T2=NiTCP,Ni为此定压 分时间T1=2nTCP，n为 定时 定压 积分段计数器的计数 计数器的位数。因此 个数。输入电压uI越 此阶段又称为定时积 双积分型ADC波形图 大，Ni越大。 分。TCP为计数时钟周 期。
+
A
比较器 C 8位 D/A 转换器 8位 计数器
计数时钟 CLK
V0
D/A转换器输出电压
S=0，使8位计数器清“0”，
D7-D0
S=1，使计数器准备计数。
开始转换 S
CLR
数字量输出D0~D7
EOC
转换结束
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•启动信号S： S端 S端 ：使8位计数器清“0”， ： 计数器准备计数。
• 8位D/A转换器：数字量00H
UREF
并 行 数 字 量 输 出
Uf=UREF (a12-1 + a22-2 + … + an2-n)
基准 电源
逐次逼近式A／D转换器结构
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2.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。
模拟输入量
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工作原理
计数式 双积分式
特点
结构简单、原理清楚 转换速度慢、精度低，少用 精度高、转换速度慢，常用 转换速度较快、精度较高 常用
逐次逼近式 高速并行式
转换速度快，价格高
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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。
C为计数器控制端： C=1，开始计数； C=0，停止计数。 模拟输入电压 Vi
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
10.24 U f 512 . 2 7.68 V 2
因Ui > Uf ，故保留此位“1”。
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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
10.24 压 U f 7.68 3 8.96 V，因Ui < Uf ， 2
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，......。
3.5 AD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
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一、A/D 转换器的基本原理
数字输出量
A/D转换器
模拟输入量
数字输出量 111 110 101 100 011 010 001 000
1v
2v 3v 4v 5v 6v 7v