一种廉价实用的双积分A-D转换器
双积分式AD转换器
完，谢谢观看，你懂了吗？
问题十七 双积分式AD转换器
双积分式A/D转换器结构与工作原理
电路对未知输入电压先进行固定时间T的积分(充 电),然后对已知标准电压进行反向积分(放电)， 直至放电为0，放电所花时间T(正比于输入电压)
Vin
＋Vin
t
T
T
时间固定 斜率固定
例如：ICL7107
－标准电压 时钟
+ -
积分器
+ -
比较器
控制逻辑
转换速度较慢（因为A/D转换的过程要两次积分） 通常在几十mS至几百mS数量级。
适用于转换变化较缓慢的模拟量（频率较低）输 入端一般不需要在加S/H电路。
抗干扰性强（信号波动对精度影响不大）。
性价比高，与逐次比较型相比，同样价格条件下 转换精度较高。
AD转换器原理(逐次比较式、双积分式)
T1 T2 Ui Ur
（2.3）
2.3式所明：T2与输入电压的平均值 U i 成正比 设时钟周期为T0，计数器容量为N1，则T1=N1To、T2=N2To，2.3式可改写为
N1 N2 Ui Ur
（2.4）
2.4式所明：N2与输入电压的平均值 U i 成正比（ N2 ∝ U i ）
N2 ∝ Ui关系的演示
阶段T1结束，积分器输出
1 U 01 RC
t2
t1
U i dt
T1 Ui RC
（2.1）
3．定值积分阶段T2：在 t2 时刻令S1断开的同时，使与Ui极性相反的基准电 压接入积分器。本例设Ui为正值，则令S3闭合，于是积分器开始对基准电压UR 定值积分，积分器输出从U01值向零电平斜变，同时，计数器也重新从零计数， 当积分输出达到零电平时刻（即t3），比较器翻转，此时控制电路令计数器关门， 计数器保留的计数值为N2。定值积分阶段T2结束时，积分器输出电平为零， 则有
2．定时积分阶段----第一次积分，S1接通 特点：定时积分T1固定， UO1∝(正比于) Ui 双积分式A／D转换器原理概述
3．定值积分阶段----第二次积分，S3/S4接通 特点：定值积分（反向），N2∝UO1∝Ui
（假定输入电压增加为2Ui）
①
积分器输出电压还是负向 积分，积分时间Ｔ１不变， 但是，斜率将增加一倍。
在Ｔ２期间，积分器反向 积分的斜率不变（因ＵＲ不 变），但是，返回到零点的 时间Ｔ２将增加一倍。 由于Ｔ２增加一倍，因而 在Ｔ２期间的计数值Ｎ２也 将增加一倍。 N2T0
②
③
1．预备阶段Leabharlann ---复零，S4接通双积分式A／D转换器原理概述
双积分型A-D转换器
10 数模和模数转换器在数字系统的应用中，通常要将一些被测量的物理量通过传感器送到数字系统进行加工处理；经过处理获得的输出数据又要送回物理系统，对系统物理量进行调节和控制。
传感器输出的模拟电信号首先要转换成数字信号，数字系统才能对模拟信号进行处理。
这种模拟量到数字量的转换称为模-数(A/D)转换。
处理后获得的数字量有时又需转换成模拟量，这种转换称为数-模(D/A)变换。
A/D 转换器简称为ADC 和D/A 转换器简称为DAC 是数字系统和模拟系统的接口电路。
一、D/A 转换器D/A 转换器一般由变换网络和模拟电子开关组成。
输入n 位数字量D （=D n-1…D 1D 0）分别控制这些电子开关，通过变换网络产生与数字量各位权对应的模拟量，通过加法电路输出与数字量成比例的模拟量。
1、倒T 型电阻网络D/A 转换器倒T 型电阻解码D/A 转换器是目前使用最为广泛的一种形式，其电路结构如图10.1.1所示。
U o图10.1.1 倒T 型电阻网络D/A 转换电路当输入数字信号的任何一位是“1”时，对应开关便将2R 电阻接到运放反相输入端，而当其为“0”时，则将电阻2R 接地。
由图7.2可知，按照虚短、虚断的近似计算方法，求和放大器反相输入端的电位为虚地，所以无论开关合到那一边，都相当于接到了“地”电位上。
在图示开关状态下，从最左侧将电阻折算到最右侧，先是2R//2R 并联，电阻值为R ，再和R 串联，又是2R ，一直折算到最右侧，电阻仍为R ，则可写出电流I 的表达式为RV I REF=只要V REF 选定，电流I 为常数。
流过每个支路的电流从右向左，分别为12I、22I 、32I 、…。
当输入的数字信号为“1”时，电流流向运放的反相输入端，当输入的数字信号为“0”时，电流流向地，可写出∑I 的表达式011212242d Id I d I d I I n n n n ++++=---∑ 在求和放大器的反馈电阻等于R 的条件下，输出模拟电压为)2242(01121o d Id I d I d I R RI U n n n n ++++-=-=---∑)2222(200112-n 2-n 1-n 1-n nREF d d d d V ++++-= nV U 2REF 0-=)2222(00112211⨯+⨯++⨯+⨯----d d d d n n n n2、权电流型D/A 转换器倒T 型电阻变换网络虽然只有两个电阻值，有利于提高转换精度，但电子开关並非理想器件，模拟开关的压降以及各开关参数的不一致都会引起转换误差。
12位双积分AD转换器ICL7109
12位双积分A/D转换器ICL7109 ICL7109是美国Intersil公司生产的一种高精度、低噪声、低漂移、价格低廉的双积分式12位A/D转换器。
由于目前逐次比较式的高速12位A/D转换器一般价格都很高，在要求速度不太高的场合，如用于称重，测压力等各种高精度测量系统时，可以采用廉价的双积分式高精度A/D 转换器ICL7109。
ICL7109最大的特点是其数据输出为12位二进制数，并配有较强的接口功能，能方便的与各种微处理器相连。
一、ICL7109的内部结构与芯片引脚功能1、ICL7109的内部电路结构ICL7109的内部电路有模拟电路和数字电路部分组成。
模拟电路部分由模拟信号输入振荡电路、积分、比较电路以及基准电压源电路组成。
下图为数字电路部分的结构。
他由时钟振荡器、异步通讯握手逻辑、转换控制逻辑以及计数器、锁存器、三态门组成。
高位字节输出引脚低位字节输出引脚17 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16ICL7109 1816位三态输出16 2014位锁存器模拟电路部分12位计数器电压比较器输出振荡器及时钟电路转换控制逻辑握手逻辑2 26 22 23 24 25 21 27图1 ICL7109数字电路部分内部结构2、ICL7109的功能引脚ICL7109为40引脚双列直插式封装，其引脚如图2所示。
各引脚功能如下：GND：数字地，0VSTATUS：状态输出，ICL7109转换结束时，该引脚发出转换结束信号。
POL：极性输出，高电平表示ICL7109的输出信号为正。
OR：过程量状态输出，高电平表示过程量B1~B12：三态转换结果输出，B12为最高位，B1为最低位TEST：此引脚仅适用于测试芯片，接高电平时为正常操作，接低电平时则强迫所有位B1~B12输出为高电平。
LBEN：低电平使能端。
当MODE和CE/LOAD均为低电平时，此信号将作为低位字节（B1~B8）输出选通信号；当MODE位高电平时，此信号将作为低位字节输出。
高二物理竞赛课件双积分型AD转换器(2)
vI
T1
(1
vI VREF
)
2n TC
(1
vI VREF
)
2n
1 fc
(1 vI ) VREF
210 1 (1 5 ) 0.1536s 104 10
输出的数字量为
D
2n VREF
vI
Байду номын сангаас
210 5 29 10
512 (1000000000)B
双积分型A/D转换器
*双积分型A/D转换器的优点：
a. 工作性能稳定。由于积分时间和参数RC无关，且 T1=NTC，最后转换结果与时钟周期无关，故可以用精度 比较低的元器件获得较高精度的双积分型A/D转换器。 b. 抗干扰能力强。由于双积分型A/D转换器在时间T1内 采的是输入电压的平均值，故对平均值为零的工频或工 频的倍频具有很强的抗干扰能力。
*双积分型A/D转换器的缺点：工作速度低。对于前述 的双积分型A/D转换器来说，每完成一次转换所需时间 应在2T1以上，记不应低于2n+1TC。若加上转换前的准 备时间，则完成一次转换所需时间更长一些。双积分 型A/D转换器的转换速度一般都在每秒几十次以内
V－F变换型A/D转换器
图11.3.14 为了防止转换过程中输出的数字跳动，则在转换 过程结束时，由vG的下降沿控制将输出的数字量存入 寄存器中，并且由vG的下降沿触发单稳态触发器，产 生一个负脉冲使得计数器置零。
V－F变换型A/D转换器
*由于V－F变换器的输出信号是一种调频信号，此信号 不仅易于传输和检测，还有很强的抗干扰能力，故V－ F变换型A/D转换器常用于遥测、遥控系统中。
*单片集成的双积分型A/D转换器有ADC－EK8B（8位， 二进制）、ADC－EK10B（10位，二进制）、MC14433 ( 位，BC3D12 码）等。还有可以直接驱动LCD和LED数 码管的CB7106/7126、CB7107/7127。
AD 转换器概述
则 fs ≥ 2fimax
0
TG O(t)
S(t) S(t)=1:开关闭合 S(t)=0:开关断开
t
t
t
取样与保持电路及工作原理
采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，为了给后续的量 化编码过程提供一个稳定的值，在取样电路后要求将所采样的模 拟信号保持一段时间。
I
A1
采样
S
A2
O
CH
开关驱 动电路
0 1 ·0 …· ·
0
数据寄存器
11 0…
···
0
Dn-1 1
Dn-2 0 数字
···
量输出 D1
D0
D/A 转换器
O 7.5V
• 转换原理 第三个CP：
A=6.84V
模拟 量输入
I
电压 比较器
I ≥6.25V 启
动 脉 冲
CP 时钟 控制逻 辑电路
VREF=10VVREF
移位寄位器
0 0 1·…· · 0
(2) 第一次积分：
S2
+I A S1
R
–VREF B
定 时
S
–
O
–
+
1
O
1
t 0
I
dt
1
VI T1
n 级计数器
+
C
C
信
F
1
FF
1
FF
1
FF
1
号 Q Fn 1J
Qn n-1 1J
Q 1 1J
0 1J
G
n
C ＜ -1
1K R
C＜ 1K
R
1
C＜
1K R
双积分型A／D转换器与MCS—51单片机的接口
双积分型A／D转换器与MCS—51单片机的接口
梁正炎
【期刊名称】《适用技术市场》
【年(卷),期】1995(000)001
【摘要】双积分型A/D转换器,虽然转换速度远不如逐次逼近型A/D转换器,但转换精度高、功耗低,功能完整,尤其是抗干扰能力强,易于同微型计算机接口,在智能化仪器仪表以及慢速处理系统中,用作单片机的A/D转换器件尤为合适。
这类芯片有5G14433(MC14433)、5G7135(ICL7135)等。
国产5G14433(31/2位A/D转换器)和5G7135(41/2位A/D转换器)与国外同类产品MC14433和ICL7135通用,它们都是采用双积分的工作方式,转换结果都是以多路调制扫描BCD码输出,其工作原理基本相同。
本文着重介绍5G14433和5G7135与MCS-51单片机的接口电路。
1
【总页数】3页(P7-9)
【作者】梁正炎
【作者单位】无
【正文语种】中文
【中图分类】TP334.7
【相关文献】
1.双积分型A／D转换器与MCS—51单片机的接口 [J], 刘明兰
2.MCS—51单片机与A／D转换器接口技术 [J], 万莹;张德刚
3.MAX111A／D转换器与MCS—51单片机接口程序设计 [J], 丁来玲;王为民
4.新型A/D转换器AD7896与MCS—51单片机接口程序设计 [J], 饶连周
5.MCS—51单片机与A/D转换器接口技术 [J], 孙少华;孙少凡;曹志滨
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双积分式A-D转换器
双积分式A/D转换器双积分式A/D转换器是一种间接A/D转换器。
它的基本原理是，对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，进而得到相应的数字量输出。
由于该转换电路是对输入电压的平均值进行交换，所以它具有很强的抗工频干扰能力，在数字测量中得到广泛应用。
图1是双积分式A/D转换器的原理电路，它由积分器（由集成运放A组成），过零比较器（C）、时钟脉冲控制门（G）和定时/计数器（）等几部分组成。
图1 双积分A/D转换器积分器是转换器的核心部分，它的输入端所接开关控制。
当为不同电平时，极性相反的输入电压将分别加到积分器的输入端，进行两次方向相反的积分，积分时间常数t=RC。
过零比较器用来确定积分器输出电压过零的时刻。
当³0时，比较器输出为低电平；当<0时，为高电平。
比较器的输出信号接至时钟控制门（G）作为关门和开门信号。
计数器和定时器由个接成计数型的触发器串联组成。
触发器组成n级计数器，对输入时钟脉冲CP记数，以便把与输入电压平均值成正比的时间间隔转变成数字信号输出。
当记数到个时钟脉冲时，均回到0态，而翻转为1态，后开关从位置A转接到B。
时钟脉冲控制门时钟脉冲源标准周期作为测量时间间隔的标准时间。
当vc=1时门打，时钟脉冲通过门加到触发器FF0的输入端。
下面以输入正极性的直流电压为例，说明电路将模拟电压转换为数字量的基本原理。
电路工作过程分为以下几个阶段进行，图中各处的工作波形如图2所示。
（1）准备阶段首先控制电路提供CR信号使计数器清零，同时使开关闭合，待积分电容放电完毕后，再使断开。
（2）第一次积分阶段在转换过程开始时（t=0），开关与A端接通，正的输入电压加到积分器的输入端。
积分器从0V开始对积分，其波形如图7.24斜线O- 段所示。
根据积分器的原理可得由于<0，过零比较器输出为高电平，时钟控制门G 被打开。
常用双积分型A_D转换器自动量程转换接口电路
Automa tic Range Sw itch ing In terface C ircu it of the Comm on D ua l In tegra tion A /D Converter
MCBSP_FSET( SPCR0, XRST, 0) ;
MCBSP_FSET( SPCR0, RRST, 0) ;
MCBSP_FSET( SPCR0, FRST, 0) ; MCBSP_config ( hMcbsp , &MyConfig) ; / /配置 DSP的 McB sp接口
Delay (2) ; / /延迟两个时钟周期 ,此处调用 Delay函数
Key words: A /D converter; rangement sw itch; overrange / underrange
1 基本原理 自动量程转换接口由高精度程控放大电路 、超 /欠
量程识别电路 、换程控制电路及显示器小数点切换电 路组成 ,结构框图如图 1所示 。
图 1 自动量程转换接口方框图
电路工作原理如下 :当电路上电后 ,换程控制电路 自动将量程设置最低档 ,即程控放大电路的增益为最 小 ,然后超 /欠量程识别电路对放大后的输出 V0 进行 判断 。判别标准以和它相配的 A /D 转换器的输入上 限作为其上阈值 Vmax ,以 9% Vmax作为其下阈值 Vm in ,
V0 >Vmax为超量程 , V0 < Vm in为欠量程 。若 V0 欠量程 , 则由换程控制电路控制量程由低到高变化 ,至放大电 路输出 V0 介于 Vmax到 Vm in之间 。若输入 V i 变化后导 致现量程不合适 ,则电路自动根据 Vi 变化趋势决定量 程的增减 ,直到量程重新合适为止 。同时 ,小数点切换 电路根据现量程信号自动将显示器的小数点切换至合 适位置 ,使显示数字与 Vi 对应 ,实现直读 。以上过程 均由电路自动实现 。若出现以下两种情况时 , ( 1 )现 量程为最低量程时 ,放大器输出 V0 仍超量程 ; ( 2 ) 现 量程处于最高量程时 ,放大器输出 V0 仍欠量程 。则电 路将作特殊处理 ,换程控制电路自动维持原量程不变 , 以防止量程不稳定情况的出现 。整个接口的测量精度 取决于程控放大电路的精度和超 /欠量程识别电路的 精度和稳定性 ,而换程速度则取决于运算放大器的响 应速度和换程脉冲 CP。
A-D转换器
1.3 A/D转换器的选择
根据前向通道的总误差，选择A/D转换器精度及分辨率 根据信号对象的变化率及转换精度要求，确定A/D转换速度 根据环境条件选择A/D转换芯片的环境参数要求 根据计算机接口特征，考虑如何选择A/D转换器的输入输出特
性
单片机原理与应用
Σ-Δ式A/D转换
根据前一采样值与后一采样值之差，即所谓的增量进行量化编码 由于编码位数少，采样和编码可以同时完成，因此不需要采样保
持电路，大大简化了系统的结构 Δ表示增量，Σ表示求和
1.2 A/D转换器的指标
分辨率和量化误差 转换精度 转换时间与转换速率 电源灵敏度 失调(零点)温度系数和增益温度系数
单片机原理与应用
A/D转换器
将模拟量转换成数字量 通常输入电压信号 输出二进制数字量
A/D转换主要有计数式、双积分式、D转换——顺序搜索
A/D转换原理
逐次逼近式A/D转换——二分搜索
A/D转换原理
双积分式A/D转换
A/D转换原理
双积分A／D转换技术
【］ ３于荣贤等． 浅议《 电工 与 电子基础 》 品课程 建设叭 中国高职高专教 精 作者简 介： 彭宏娟（ ９ ８ ， 湖 南怀化人 ， 士， 师， 究方向为电工 电 育 ，０ ６ （ ． １７ 一）女， 学 讲 研 ２ ０ ，７） 子技 术 ． 李崇容 （９ ０ ， ， １８ 一）男 湖北天门人 ， 工学学士 ， 教， 助 研究方 ［ ４吕玫． 《 ４ ］ 高职 电路基础 ＞ 课程改革 与实践［ ＿ Ｊ 湖南工业职业 技术学院学 】 向 为移 动 通 信 技 术 。 报 ，０ ６ ６ （ ：３ ． ２ ０ ， ，４） ４ １
（ 南信 息职 业技 术学 院 ， 沙 ４ ００ ） 湖 长 １２０
（ ｎ ｎＩｓ ｔｔ ｆ ｎｏｍａｉｎＴ ｃ ｎ ｌｇ ， ｈ ｎ ｓａ４１２ ０， ｈｎ Ｈｕ ａ ｎｔｕｅｏ Ｉｆｒ ｔ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｃ ａ ｇｈ ０ ０ Ｃ ｉａＪ ｉ ｏ
摘 要 ： 积分 是一 种常 用 的转换 技 本文 介 绍 了双积 分 ＡＤ 转换技 术的原 理 ， ／ 及其 用 ５ 单 片机 和 通用 ｌ
分立 器件构 成 的双积分 ＭＤ转换 器。 Ａ ｓｒｃ： ｏ ｂｅ ｎｅｒｌｓ ｉｄ ｆ ｏ ｍ ｎｃｎ ｅ ｉ ｃ ｎｌｇ， ｉ ｉ ｒｃ ｉ ， ｔ ｎ ｎｉ ａ ｍ ｎ ａ ａ ｉ ｙ ｅ ． ｈ 印ｅ ｉ ｒ ｕ ｅ ｂ ｔ ｔ Ｄ ｕ ｌ ｉ ｇａ ｉ ａｋ ｍ ｏ ｏ ｖ ｒ ｏ ｔ ｈ ｏ ｙ ｗ ｔ ｈ ｈｐｅ ｉｏ ｓ ｏ ｇ ｔ ｊｍ ｉ ｃｐ ｂｌ ， ｔ Ｔ ｅｐ ｒ ｎ ｏ ｃｓ ａ ｔ ｎ ｏｃ ｓ ｎｅ ｏ ｈ ｇ ｓｎ ｒ ａ － ｇ ｉ ｃ ｔ ｔｄ
ka2式2中ka定义为转换系数它与n2an1的比值有关当uref等于最大的输入电压usrmax时在usr的量程范围内ka01251单片机和通用分立器件构成的双积分d转换器51系列单片机具有两个以上l6位双通道定时器ftime0和time1每个通道可选择为输入捕获方式来测量脉宽
A-D转换器的原理和三种类型介绍
A/D 转换器的原理和三种类型介绍在仪器仪表系统中，常常需要将检测到的连续变化的模拟量如：温度、压力、流量、速度、光强等转变成离散的数字量，才能输入到计算机中进行处理。
这些模拟量经过传感器转变成电信号（一般为电压信号），经过放大器放大后，就需要经过一定的处理变成数字量。
实现模拟量到数字量转变的设备通常称为模数转换器（ADC），简称A/D。
随着集成电路的飞速发展，A/D 转换器的新设计思想和制造技术层出不穷。
为满足各种不同的检测及控制需要而设计的结构不同、性能各异的A/D 转换器应运而生。
下面讲讲A/D 转换器的基本原理和分类。
根据A/D 转换器的原理可将A/D 转换器分成两大类。
一类是直接型A/D转换器，将输入的电压信号直接转换成数字代码，不经过中间任何变量；另一类是间接型A/D 转换器，将输入的电压转变成某种中间变量（时间、频率、脉冲宽度等），然后再将这个中间量变成数字代码输出。
尽管A/D 转换器的种类很多，但目前广泛应用的主要有三种类型：逐次逼近式A/D 转换器、双积分式A/D 转换器、V/F 变换式A/D 转换器。
另外，近些年有一种新型的Σ-Δ型A/D 转换器异军突起，在仪器中得到了广泛的应用。
逐次逼近式（SAR）A/D 转换器（SAR）的基本原理是：将待转换的模拟输入信号与一个推测信号进行比较，根据二者大小决定增大还是减小输入信号，以便向模拟输入信号逼进。
推测信号由D/A 转换器的输出获得，当二者相等时，向D/A 转换器输入的数字信号就对应的时模拟输入量的数字量。
这种A/D 转换器一般速度很快，但精度一般不高。
常用的有ADC0801、ADC0802、AD570 等。
双积分式A/D 转换器的基本原理是：先对输入模拟电压进行固定时间的积分，然后转为对标准电压的反相积分，直至积分输入返回初始值，这两个积分时间的长短正比于二者的大小，进而可以得出对应模拟电压的数字量。
这种A/D 转换器的转换速度较慢，但精度较高。
双积分式AD转换器
— ICL7106/7及其应用
D/A 与A/D
D/A转换器（Digital Analog Convertor，ADC） A/D转换器（Analog Digital Convertor，ADC） D/A转换器和A/D转换器是连接数字世界和模拟世界的桥梁，在现代信息技术中具有举足轻重的作用。
ICL7107：典型应用
数字表面板表的应用
数字温度表
01
数字压力表
02
数字高斯表
03
…
04
制作任务
数字面板表 使用ICL7107 通过跳线改换量程：200mV，2V，20V 音频数字相位表 利用数字面板表完成设计
D/A 与A/D
典型应用系统之一：多路数据采集系统
D/A 与A/D
典型应用系统之二：计算机控制系统
D/A转换器
数字量—>模拟量 数字系统/计算机—>模拟系统 实现方式： 权电阻网络 倒T电阻网络 ...
A/D转换器
模拟电压/电流 —> 数字量 模拟系统 —> 数字系统/计算机 实现方式：双积分、逐次比较、并行比较、二进制斜坡、量化反馈 ... 参数：分辨率、转换精度、转换时间和转换速度
S1
vO
R
C
+
-VREF
vI
-
AБайду номын сангаас
开关S1合到vI一侧
开关S1接到-VREF一侧
∵T1为常数，∴T2与vI成正比
0
vO
t
T1
T2
T2’
固定时间积分，到时结束
固定斜率积分，过零结束
双积分式A/D：工作原理
ICL7106/7
双积分AD转换器
双积分式A/D转换器1. A/D转换器概述1.1 A/D转换器的基本概念A/D转换器是模拟量输入通道的核心部件。
它是一个把模拟量转换成数字量的装置，采样和量化主要就是通过A/D转换器来实现。
在检测系统中，将传感器获取的模拟信号经放大、处理之后，将模拟信号转换成数字信号送入计算机进行处理。
1.2 A/D转换器的分类A/D转换器芯片种类繁多，根据输出数字信号的有效数可分为4位、8位、10位、12位、16位等；从机构原理上看，可以分为计数式、逐次逼近式和双积分式。
下面将就双积分式进行简要说明。
2. 双积分式A/D转换器2.1双积分式A/D转换器的组成双积分式A/D转换器电路主要由积分器、比较器、计数器、和标准电压源组成。
其电路原理图2.1所示：图2.1 双积分A/D转换器电路图2.2双积分式A/D转换器的工作原理双积分式A/D转换器在“转换开始”信号控制下，模拟输入电压在固定时间内向电容充电（正向积分），固定积分时间对应于n个时钟脉冲充电的速率与输入电压成正比。
当固定时间一到，控制逻辑将模拟开关切换到标准电压端，由于标准电压与输入电压极性相反，电容器开始放电（反向积分），放电期间计数器计数脉冲多少反映了放电时间的长短，从而决定了模拟输入电压的大小。
输入电压大，则放电时间长。
当电容器放电完毕，比较器输出信号使计数器停止计数，并由控制逻辑发出“转换结束”信号，完成一次A/D转换。
双积分式A/D 转换器的工作原理如图2.2所示：图2.2 双积分式A/D 转换器的工作原理2.3双积分式A/D 转换器的公式推导从图2.2中可以看出，对标准电压进行反向积分的时间t 正比于输入模拟电压，输入模拟电压越大，反向积分所需要的时间越长。
因此，只要用标准的高频时钟脉冲测定反向积分所花费的时间，就可以得到输入模拟电压所对应的数字量，即实现了A/D 转换。
首先，电路对输入的未知模拟量V IN 进行固定时间t 0的积分，积分器输出为：IN t IN H V t RCdt V RC V 00)1(10==⎰ (2.1) V H 与输入模拟电压V IN 平均值成正比，然后转换为对标准电压进行反向积分，经过时间t ，积分器输出为0。
双积分型A／D转换器组成及原理分析
双积分型A/D转换器组成及原理分析【摘要】双积分A /D转换器对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分,将输入电压平均值变成与之成正比的时间间隔。
然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔,进而得到相应的数字量输出。
由于该转换电路是对输入电压的平均值进行变换,因此它具有很强的抗工频干扰能力。
【关键词】双积分A/D转换器基准电压多路模拟开关0引言目前常用的A /D转换器有逐次逼近型转换器、并行转换器、双积分转换器等。
其中,双积分A /D转换器在数字电压表、工业现场的实时信号采集等领域得到非常广泛的应用。
其突出优点是转换精度高、工作性能比较稳定且抗干扰能力强。
其输出只对输入信号平均值有响应；且只要两次积分过程中积分器的时间常数相等，计数器的计数结果就与RC无关，因此该电路对RC精度要求不高，结构比较简单。
1双积分型A/D转换器的组成A /D转换电路主要由基准电压电路、多路模拟信号选择开关、积分电路、过零比较器、逻辑控制、计数器等电路组成。
2双积分型A/D转换器组成电路工作原理2.1基准电压电路理想的基准电压源应不受电源和温度的影响，为了使量程范围输入信号的A /D转换具有更高的精度,基准电压电路采用功耗小,且温漂系数低的AD580基准电压模块,提供2. 5V稳定的基准电压。
同时,考虑到要实际应用中有不同量程的要求,可采用图2所示电路,通过转换开关,对不同量程的模拟量输入信号提供不同的基准电压进行比较计算。
在选取电阻时,应使分压后各基准电压的值在各档量程的上限近。
几个分压电阻应是相同材料,以保证温漂系数一致。
这样用几个同材料电阻(R 1、R 2、R 3 )进行分压,即可获得若干档稳定性好的基准电压( UR 1、UR 2、UR 3 )。
2.2多路模拟信号选择开关如图3所示，两次积分的切换，可使用多路模拟开关CD4052来实现。
CD4052内有两个四选一，本设计只用到一个四选一，未用的一路接地。
负参考电源Vref由负电源分压产生，为电路调试方便，使用了精密可调电阻。
A--D转换器
1.2 逐次逼近式A/D转换
如：实现模拟电压4.80V相当于数字量123的A／D转换.
具体过程如下：
当出现启动脉冲
时，逐次逼近寄存器清“0”；
当第一个 T1 到来，逐次逼近寄存器 最高位D7置“1”， 8位D/A转换器输入为10000000B，
输出Vo为满度的一半5V，即满量值的128/255。
•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00H
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。
态 就 表 示 了 +Ui 的 数 字 量
t 的二进制代码，实现了 A/D转换。
14
比较三种A/D转换方式
• 计数式A/D转换速度慢，价格低，适用于慢速系统； • 双积分式A/D转换分辨率高，抗干扰性好，但转换速度较
慢，适用于中速系统。
• 逐次逼近型A/D转换精度高、转换速度快、易受干扰。 • 微机系统中大多数采用逐次逼近型A/D转换方法。
若Vo>Vi，比较器输出低电平，
控制电路使逐次逼近寄存器最高位D7置“0”(反之，置“1”)；
9
1.2 逐次逼近式A/D转换
当第二个 T2 到来，逐次逼近寄存器D6位置“1”， D/A转换器的数字量输入为01000000B， 输出电压为2.5V，Vo<Vi，比较器输出高电平， 将D6位的“1”保留(否则，将D6位置"0")；
C的 表示A/D转换结束，
双积分型AD转换器.ppt
转换前的准备时间，双积分型A/D转换器的转换速度一般都在每 秒几十次以内。路，并结合所 学知识，具体分析其工作过程。
谢谢
双积分型AD转换器
1
基本原理
2
电路组成
3
优缺点
1 基本原理
➢输入的模拟电压信号转换成与之成正比的时间宽度信号
积分器
过零比较器
➢在这个时间宽度里对固定频率的时钟脉冲计数
计数器
➢计数的结果正比于输入模拟电压的数字信号
2 电路组成
2 电路组成
0 0
2 电路组成
1
积分器T1时间内 对VI进行积分
vo
D
N VREF
vI
B’ B A’ A
脉冲计数 脉冲计数
3 优缺点
优点 ➢ 工作性能稳定。由于积分时间和参数RC无关，且转换结果与时
钟周期无关，故可以用精度比较低的元器件获得较高精度的双积 分型A/D转换器。
➢ 抗干扰能力强。由于时间T1内采的是输入电压的平均值，故对平
均值为零的工频或工频的倍频具有很强的抗干扰能力。
1 C
T1
(
vI R
)dt
T1 CR
vI
0
积分器输出电压 正比于输入电压
2 电路组成
1
积分器反向积分
设Vo到零所需时间为T2， 可推导求得
T2
T1 VREF
vI
T2正比于输入电压
2 电路组成
VI V0 T2 计数结果D 输出数字量D
时钟脉冲源
D T2 TC
T1 TCVREF
vI
设T1=NTC
双积分式AD转换器
D1
D0
(LSB)
Tc
经过数字2n量个输出CP
(2) 第一次积分结束：
S1
+ I
0
t
O
T1
0
t
①
P
P
2n T1
VI
T1=2nTC
Qn
T1=2nTC
0
t1
t2
S1
+ I
0
O
T1
0
–VREF T2
①
C
P
0
G
0
T1
O
1
t
0 I dt
t
t
P
T1
VI
P
2 n Tc
VI
t
• 在 T1 固定的条件下，积分器的
1
R
CP
Dn-1 (MSB)
D1
D0
(LSB)
Tc
数字量输出
计数值 N
(2) 第二次积分结束：
S1
+ I
0
O
T1
0
t –VREF
T2
t
①
P
②
P
2n T1
VI
T2= NTc
Qn
0 t1
S1
+ I
t2
t
0
O T1=2nTC
T1
0
–VREF T2
t
T2=NTC
t
①
C
P
②
0
t
G
N
0
t
T1
T2
O
1
t
输出电压 P与输入电压 I的平
t
均值成正比。
t
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一种廉价实用的双积分A/D转换器
一种廉价实用的双积分A/D转换器
介绍用51单片机和通用分立器件构成的双积分A/D转换器，文中给出了详细的源程序清单。
关键词：双积分A/D转换器；单片机；定时器?
Double?integral A/D Converter with Reasonable Price and PracTI cal Character LIN Haoshun
(Land and Resources InformaTIon Center of FuJian Province, Fuzhou 350 001, China)
Key words: double?integral A/D converters; MCU; TImer
1原理
51系列单片机具有两个以上16位双通道定时器(TIME0和TIME1)，每个通道可选择为输入捕获方式来测量脉宽。
我们用片内16位的定时器外接运放、比较器实现双积分A/D转换。
原理图如图1所示(电源和5l单片机外围电路同常规电路)，TL082是JFETINPUT运放；LM358作为比较器；
MC4066是多路开关。
51单片机P1口的P10、P11、P12作为输出，控制
MC4066多路开关的输入选择；INT0作为中断输入口，捕捉LM358比较器的输出电平跳变。
C1为积分电容，常取0.22μF左右的聚丙烯电容，R2为积分电阻，可取500k左右，U2A为积分运放，U2A、C1、R2构成了积分器，U2B是过零检测运放。
VIN为输入电压，VREF为基准电压，AGND为转换器的参考零点。
VREF和参考零点以R9、R10、R11分压产生。