第二章模拟量输入输出通道

2.1.1 A／D转换器概述 ／ 转换器概述
二、A／D转换器的技术指标
2、转换精度 、
转换精度反映了一个实际A/D转换器与一个理想 转换器与一个理想A/D转换器 转换精度反映了一个实际 转换器与一个理想 转换器 在量化值上的差值，用绝对误差或相对误差来表示。 在量化值上的差值，用绝对误差或相对误差来表示。由于理想 A/D转换器也存在着量化误差，因此， 实际 转换器也存在着量化误差， 转换器也存在着量化误差 因此， 实际A/D转换器转换精 转换器转换精 度所对应的误差指标不包括量化误差在内。 度所对应的误差指标不包括量化误差在内。 转换精度指标通常由以下分项误差有组成： 转换精度指标通常由以下分项误差有组成： 偏移误差 满刻度误差 非线性误差 微分非线性误差
A/D转换器的量化误差 转换器的量化误差
2.1.1 A／D转换器概述 ／ 转换器概述
二、A／D转换器的技术指标
1. 分辨率与量化误差
分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化程度的 转换器分辨输入模拟量最小变化程度的 分辨率是衡量 技术指标。 转换器的分辨率取决于A/D转换器的位数，所 转换器的位数， 技术指标。A/D转换器的分辨率取决于 转换器的分辨率取决于 转换器的位数 以习惯上以输出二进制数或BCD 码数的位数来表示。 码数的位数来表示。 以习惯上以输出二进制数或
ADC0809芯片及其接口 二、 ADC0809芯片及其接口
ADC0809芯片及其接口 二、 ADC0809芯片及其接口
ADC0809由三大部分组成： 由三大部分组成： 由三大部分组成 1、8路输入模拟量选择电路：8路输入模拟量信号分别接到 、 路输入模拟量选择电路 路输入模拟量选择电路： 路输入模拟量信号分别接到 IN0～IN7端。A，B，C为输入地址选择线，地址信息由 为输入地址选择线， ， ， 为输入地址选择线 地址信息由ALE的上 的上 升沿打入地址锁存器。 升沿打入地址锁存器。 2、逐次比较式A／D转换器：START为启动信号，其上升 、逐次比较式 ／ 转换器 转换器： 为启动信号， 为启动信号 沿复位内部寄存器，下降沿启动A／ 转换 转换。 沿复位内部寄存器，下降沿启动 ／D转换。EOC为转换结束标 为转换结束标 志位，“0”表示正在转换，“1”表示一次 志位， 表示正在转换， 表示一次A/D转换的结束。 转换的结束。 表示正在转换 表示一次 转换的结束 CLOCK为外部时钟输入信号，当时钟频率取 为外部时钟输入信号， 为外部时钟输入信号 当时钟频率取640kHz时，转换 时 一次约需100µs时间（ADC0809所能容许的最短转换时间）。 时间（ 所能容许的最短转换时间）。 一次约需 时间 所能容许的最短转换时间 3、三态输出缓冲锁存器：A／D转换的结果由 、三态输出缓冲锁存器： ／ 转换的结果由 转换的结果由EOC信号上 信号上 升沿打入三态输出缓冲锁存器。 为输出允许信号 当向OE端 为输出允许信号， 升沿打入三态输出缓冲锁存器。OE为输出允许信号，当向 端 输入一个高电平时，三态门电路被选通，这时便可读取结果。 输入一个高电平时，三态门电路被选通，这时便可读取结果。 否则缓冲锁存器输出为高阻态。 否则缓冲锁存器输出为高阻态。
①② ③ ④
转换精度
转换精度指标通常由以下分项误差有组成： 转换精度指标通常由以下分项误差有组成： 偏移误差：是指输出为零时，输入不为零的值， ① 偏移误差：是指输出为零时，输入不为零的值，所以有 时又称零点误差。偏移误差可以通过在A/D转换器的外部加接调 时又称零点误差。偏移误差可以通过在 转换器的外部加接调 节电位器，将偏移误差调至最小。 节电位器，将偏移误差调至最小。 满刻度误差：又称增益误差，它是指A/D转换器满刻度 ② 满刻度误差：又称增益误差，它是指 转换器满刻度 时输出的代码所对应的实际输入电压值与理想输入电压值之差， 时输出的代码所对应的实际输入电压值与理想输入电压值之差， 满刻度误差一般是由参考电压、放大器放大倍数、 满刻度误差一般是由参考电压、放大器放大倍数、电阻网络误差 等引起。满刻度误差可以通过外部电路来修正。 等引起。满刻度误差可以通过外部电路来修正。 非线性误差：是指实际转移函数与理想直线的最大偏移。 ③ 非线性误差：是指实际转移函数与理想直线的最大偏移。 非线性误差不包括量化误差，偏移误差和满刻度误差。 非线性误差不包括量化误差，偏移误差和满刻度误差。 微分非线性误差： ④ 微分非线性误差：是指转换器实际阶梯电压与理想阶梯 电压(1LSB)之间的差值。为保证 之间的差值。 转换器的单调性能， 电压 之间的差值 为保证A/D转换器的单调性能，A/D转 转换器的单调性能 转 换器的微分非线性误差一般不大于1LSB。非线性误差和微分非 换器的微分非线性误差一般不大于 。 线性误差在使用中很难进行调整。 线性误差在使用中很难进行调整。
2.2 高速模拟量输入通道 2.3 模拟量输出通道 2.4 数据采集系统
智能仪器模拟量输入/输出通道 第2章 智能仪器模拟量输入 输出通道
智能仪器所处理的对象大部分是模拟量。 智能仪器所处理的对象大部分是模拟量。而智能仪器的 核心——微处理器能接受并处理的是数字量，因此被测模拟 微处理器能接受并处理的是数字量， 核心 微处理器能接受并处理的是数字量 量必须先通过A／D转换器转换成数字量 转换器转换成数字量， 量必须先通过A／D转换器转换成数字量，并通过适当的接口 送入微处理器。在这里，我们把A／ 转换器及其接口称为模 送入微处理器。在这里，我们把 ／D转换器及其接口称为模 拟量输入通道。 拟量输入通道。 同样，微处理器处理后的数据往往又需要使用 ／ 转换 同样，微处理器处理后的数据往往又需要使用D／A转换 器及相应的接口将其变换成模拟量送出。在这里，我们把D／ 器及相应的接口将其变换成模拟量送出。在这里，我们把 ／ A转换器及相应的接口称为模拟量输出通道。 转换器及相应的接口称为模拟量输出通道。 转换器及相应的接口称为模拟量输出通道
二、A／D转换器的技术指标
1. 分辨率与量化误差
量化误差是由A/D 转换器有限字长数字量对输入模拟量进 量化误差是由 行离散取样（量化）引起的误差， 行离散取样（量化）引起的误差，其大小在理论上为一个单位 （1LSB ）。将实际转移曲线在零刻度处偏移 单位，可使得 ）。将实际转移曲线在零刻度处偏移1/2单位， 将实际转移曲线在零刻度处偏移 单位 量化误差为± 量化误差为±1/2LSB。 。
量化误差是由于A/D 转换器有限字长数字量对输入模拟量 量化误差是由于 进行离散取样（量化）引起的误差， 进行离散取样（量化）引起的误差，其大小在理论上也为一个 单位（ ）。 单位（1LSB ）。 量化误差和分辨率是统一的，即提高分辨率可以减小量化误差。 量化误差和分辨率是统一的，即提高分辨率可以减小量化误差。
2.1.2 逐次比较式 逐次比较式A/D转换器与微处理器接口 转换器与微处理器接口 逐次比较式A 一、 逐次比较式A／D转换器原理
它由N位寄存器、 位 ／ 转换器 比较器、逻辑控制电路、 转换器、 它由 位寄存器、N位D／A转换器、比较器、逻辑控制电路、 位寄存器 五部分组成， 输出缓冲器 五部分组成， 逐次比较式A／ 转 逐次比较式 ／D转 换器大都做成单片集成 电路形式， 电路形式，使用时只需 发出A／ 转换启动信 发出 ／D转换启动信 然后在EOC端查知 号，然后在 端查知 A／D转换过程结束后， 转换过程结束后， ／ 转换过程结束后 取出数据即可（实际A 取出数据即可（实际 ／D转换过程已不是非 转换过程已不是非 常重要）。 常重要）。
二、A／D转换器的技术指标
1. 分辨率与量化误差
分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化量的技术 转换器分辨输入模拟量最小变化量的技术 分辨率是衡量 指标，是数字量变化一个字所对应模拟信号的变化量。例如： 指标，是数字量变化一个字所对应模拟信号的变化量。例如： 转换器为12位 即表示该转换器可以用2 某A/D转换器为 位，即表示该转换器可以用 12个二进制数对 转换器为 输入模拟量进行量化。 输入模拟量进行量化。 若用百分比表示，其分辨率为（ 若用百分比表示，其分辨率为（1/212)×100％ =0.025％， × ％ ％， 若允许最大输入电压为10V，则它能分辨输入模拟电压的最小 若允许最大输入电压为 ， 变化量为10V×1/212 = 2.4mV。 变化量为 × 。 A/D转换器的分辨率取决于 转换器的分辨率取决于A/D转换器的位数，所以习惯上 转换器的位数， 转换器的分辨率取决于 转换器的位数 也以BCD 码数的位数直接表示。 码数的位数直接表示。 也以
2.1 模拟量输入通道
2.1.1 A／D转换器概述 ／ 转换器概述
一、A／D转换器的定义 ／ 转换器的定义 A／D转换器是将模拟量转换为数字量的器件，这 ／ 转换器是将模拟量转换为数字量的器件 转换器是将模拟量转换为数字量的器件， 个模拟量泛指电压、电阻、电流、时间等参量， 个模拟量泛指电压、电阻、电流、时间等参量，但在 一般情况下，模拟量是指电压而言的。 一般情况下，模拟量是指电压而言的。 二、A／D转换器的技术指标 ／ 转换器的技术指标 1. 分辨率与量化误差 2. 转换精度 3. 转换速率 4. 满刻度范围
2.1.1 A／D转换器概述 ／ 转换器概述
二、A／D转换器的技术指标
4、满刻度范围 、
满刻度范围是指A/D转换器所允许最大的输入电压范围。 转换器所允许最大的输入电压范围。 满刻度范围是指 转换器所允许最大的输入电压范围 ，（0～ ） ，（－ ～＋5） 等 ，（－5～＋ 如（0～5）V，（ ～10）V，（－ ～＋ ）V等 ～ ） ，（ 满刻度值只是个名义值，实际的 ／ 转换器的最大输入 满刻度值只是个名义值，实际的A／D转换器的最大输入 电压值总比满刻度值小1／2n（n为转换器的位数）。这是因 电压值总比满刻度值小 ／ 为转换器的位数）。这是因 为转换器的位数）。 值也是2 为0值也是 n个转换器状态中的一个。 值也是 个转换器状态中的一个。 例如12位的 ／ 转换器 其满刻度值为10V，而实际允 转换器， 例如 位的A／D转换器，其满刻度值为 位的 ， 4095 许的最大输入电压值为 ×10＝9.9976V。 ＝ 。 4096