逐次逼近式AD转换原理
逐位逼近式AD转换原理图一个n位AD转换器的模数转换表达式
2、采样定理
采样频率越高,采样信号 y*(t)越接近原信号 y(t),但若采样频率过高,在实时控制系统中将会 占用大量时间在采样上,从而失去了实时控制的机 会。为了使采样信号y*(t)既不失真,又不会因频率 太高而浪费时间,我们可依据香浓采样定理。 香浓定理指出:为了使采样信号y*(t)能完全 复现原信号y(t),采样频率f 至少要为原信号最高 有效频率fmax的2倍,即f 2fmax。实际应用中,常 取f (5-10)fmax。
A/D转换器的转换精度可以用绝对误差和 相对误差来表示。
所谓绝对误差,是指对应于一个给定数字量 A/D转换器的误差,其误差的大小由实际模拟量输 入值和理论值之差来度量。绝对误差包括增益误 差,零点误差和非线性误差等。 相对误差是指绝对误差与满刻度值之比, 一般用百分数来表示,对A/D转换器常用最低有效 值的位数LSB来表示,1LSB = 1/2n 。
①传感器 — 将非电量转换为电信号。
②多路开关(MUX) — 分时切换各路 模拟量与采样/保持器的通路。
系统 ③放大器(IA)— 多为程控放大器, 对模拟信号进行放大。 配置
④采样/保持器(S/H)—保持模拟信号 电压。 ⑤A/D转换器— 将模拟信号转换为数字 信号。 ⑥接口电路 — 将数字信号进行整形电 平调整。
图7-2-2 同时采集
2、分时采集式
每采样一次便进行一次A/D转换并送 入内存后方才对下一采样点采样。具有 通用性、传感器与仪表放大器匹配灵活, 但对MUX的精度要求很高,因为输入的模 拟量往往是μV级的。如图7-2-3所示为 分时采集框图。
图7-2-3 分时采集
3、高速采集式
对多个模拟信号的同时实时测量很 有必要。在各个输入信号以一个公共点 为参考点时,公共点可能与IA和ADC的参 考点处于不同电位而引入干扰电压UN, 从而造成测量误差。如图7-2-4所法为高 速采框图。
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
STC12C5A60S2中的AD转换
STC12C5A60S2中的AD转换逐次逼近原理AD 里面包含da,当输入电压Vin时,da的最高位是1,即为0.5Vref与输入信号比较,如果输入大于0.5Vref则比较器输出为1,同时da的最高位为1,反之DA最高位则为0,通过8次比较后得到8个01数据即完成ad转换。
现在说下程序中用到stc12单片机两个寄存器ADC_CONTR;主要用来配置ad启动的工作模式;还有个result的寄存器程序中的注意点:配置完ADC_CONTR后要延时4个时钟周期先把程序附上#include "stc12.h"#include "intrins.h"#include "ad.h"uint ad;#define ADC_POWER 0X80 //ADC最高位给adc部分供电,类似于片选#define ADC_START 0X08 //模数转换启动控制位#define ADC_FLAG 0x10 //ad转换需要时间,这个是转换完成标志位#define ADC_SPEEDLL 0X00 //540 clock#define ADC_SPEEDL 0X20 //360 clock#define ADC_SPEEDH 0X40 //180 clock#define ADC_SPEEDHH 0X60 //90 clockuchar ADCresult(uchar aa) //这里的参数是哪个口来ad转换{P1ASF=0X01; //这里的选择和用哪一个P1口作为ad采样ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|ADC_START|aa;//ADC_CONTR=0X88|aa;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//设置ADC_CONTR寄存器后需加4个CPU时钟周期的延时,才能保证值被写入ADC_CONTR寄存器while (!(ADC_CONTR & ADC_FLAG)); //等待ADC_CONTR,这里的ADC_FLAG相当于一个常数,不是寄存器里面的某个位//while(!ADC_FLAG);//ADC_FLAG=0;ADC_CONTR &= ~ADC_FLAG; //Close ADC 将标志位清零等待下次硬件置1ad=(ADC_RES<<2)+ADC_RESL; //打开10位AD采集功能如果用8位AD 屏掉这句把下一句改为Vo=(float)(ADC_RESL)*500/256; 即可//ADC_RES结果寄存器的高2位;ADC_RES结果寄存器的低8位ad=(float)(ad)*5*100/1024; //Return ADCresult(为显示整数,这里将电压值扩大了十倍)//10位AD采集即2的10次方满值为1024 这里用1024表示5伏的电压//那么用采集到的数量值除以1024 在乘以5 得到的值就是采集的电压数值//这里又*100 是为了扩大100倍显示小数位//ADC_RES*(5/256)为采集的电压值然后扩大10倍便于计算return ad;}这里只是个ad.c源文件,这里有几个问题想说一下1.怎么知道是10位还是8位的ad结果;你可以在ADCresult(uchar aa)最前面加一条AUXR1&=0x04;什么意思呢,转换结果的低2位放在ADC_RES,高8位ADC_RESL 中2为什么不用//while(!ADC_FLAG);//ADC_FLAG=0;这两条因为ADC_FLAG相当于常量前面用宏定义而头文件里只有ADC_CONTR的地址映射;但是如果在头文件中用sbit ADC_FLAG=ADC_CONTR^4会出现错误,具体原因还不清楚先说到这吧。
AD芯片ADC0809
0809是逐次逼近式转换芯片,所以在介绍此芯片之前, 先学习逐次逼近式A/D转换原理。
A/D转换芯片与 CPU 接口连接需要注意的问题
(1)启动信号:电平启动和脉冲启动 (2)转换结束与转换数据的读取: — 程序查询方式 — 中断方式 — CPU等待方式 — 固定的迟延程序方式
在中断方式下的A/D转换,程序设计比较简单。在主程 序,只要一条输出指令就可以启动A/D转换。假设A/D转换 器的端口号为PROTAD,则执行指令: O这个指令中AL的内容无关紧 要,执行这个指令主要是为了产生一个写脉冲以启动A/D转 换器。转换结束后,A/D芯片会产生一个转换结束信号 (EOC),此信号产生中断请求,并连接到8259A的IR0, 再通过8259A向CPU发出中断请求,CPU响应后,便转去 执行中断处理程序。该中断处理程序就是完成读取转换结 果,其主要是一条输入指令: IN AL , PORTAD 这条指令在执行时,使三态输出门打开,从而CPU获得数 据。
START: LEA BX, DATA CONV: OUT 37H,AL ; 启动转换 TEST: IN AL ,66H ;输入状态 AND AL ,80H ;检测DONE标记 JZ TEST ;未完成,等待 IN AL, 65H ;输入转换后的数据 MOV [BX], AL ;存入内存 RET ;结束
结果表示逐次逼近型AD转换器原理框图
比较判断
8g<13g 12g<13g
砝码去留
留 留
结果表示
1 1
3
4
8g+4g+2g
8g+4g+1g
14g>13g
13g=13g
去
留
0
1
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第 7章
逐次逼近型A/D转换器原理框图
输出数字量
输 出 寄存器 节 拍 脉 冲 发 生 器 模拟信号输入 电 压 比 较 器
CP
逐次逼 近寄存器
D/A
拍 时钟 脉 脉冲 冲 发 生 器
C
C0 C1 C2 C3
0 • C3 • C 0
GND D9 D8 D7 D6 D5
4
5 6 7 8
RF UREF UDD D0 D1 D2 D3 D4
引脚功能 Iout1、Iout2:电流输出端 GND:接地端 D9~D0:数字信号输入端 UDD:电源输入端,5 ~ 10V
UREF:基准电源,–10V ~ +10V
RF:反馈信号输入端
CC7520 外部引脚图
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第 7章
CC7520 D/A转换器应用电路
UREF
15
UDD
14 16
D0 D1 D9 ……
13 12
CC7520
4 3
1
2
_ +
+
U0
UREF UO= – 210
(D9 29+D8 28+…+D121+D020)
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第 7章
程控三角波/方波发生器
AD转换
模拟电压输入 1LSB
模拟电压输入 1/2LSB
5
3、偏移误差
偏移误差是指输入信号为零时,输出信号不为零的 值,所以有时又称为零值误差。假定ADC没有非线 性误差,则其转换特性曲线各阶梯中点的连线必定 是直线,这条直线与横轴相交点所对应的输入电压 值就是偏移误差。
积分器输出
VIN
时钟
T1 T T2
t
3
三、A/D转换器的主要技术指标 1、分辨率 ADC的分辨率是指使输出数字量变化一个 相邻数码所需输入模拟电压的变化量。常用 二进制的位数表示。例如12位ADC的分辨率 就是12位,或者说分辨率为满刻度FS的 1/2 1 2 。一个10V满刻度的12位ADC能分辨输 入电压变化最小值是10V×1/ 2 1 2 =2.4mV。
ADC_CONTR寄存器
ADC_RES、 ADC_RESL寄存器
ADC中断控制寄存器
ADC典型应用电路
电压基准源
ADC实现按键输入功能
10VIN 20VIN AG
CE STS
-5V~+5V -10V~+10V
23
采用双极性输入方式,可对±5V或±10V的模拟信号
进行转换。当AD574A与80C31单片机配置时,由于 AD574A输出12位数据,所以当单片机读取转换结果 时,应分两次进行:当A0=0时,读取高8位;当A 0=1时,读取低4位。
需三组电源:+5V、VCC(+12V~+15V)、
VEE(-12V~-15V)。由于转换精度高,所 提供电源必须有良好的稳定性,并进行充分滤波, 以防止高频噪声的干扰。 低功耗:典型功耗为390mW。
电气检测技术(新9)AD转换原理
25
1) ai为输入数字量,接CPU的DBUS。可选用 不同的代码,常用的DAC采用二进制码。
2)触发器构成的缓冲寄存器(锁存器),锁存 CPU送来的数据。得到和暂存对应的输出电压。
压分辨率为5V/255≈20mV;10位DAC的分辨率为 5V/1023≈5mV。 位数越多,分辩率越高,转换的精度也越高。
2
测量系统用ADC的主要类型:
1、适用于数字仪器、仪表的ADC; 这类产品多半设计成BCD码输出,转换速度 一般较低(每秒转换十几次)。
2、适用测量系统作模/数接口部件的ADC。 这类产品的转换速度较高,多半以二进制代码 (含双极性代码)输出,常设计成带有三态 输出锁存器,能方便实现与微处理器直接接口。
18
3、应用
产品种类多,转换能力有很大的差异; 有8Bit、10Bit、12Bit、14Bit、16Bit等。 在这些不同转换能力的ADC中,又包括有并行输 出的ADC,以及输出为串行的ADC。 常见的8Bit的有NS公司的ADC0801、DC0802、 ADC0803、ADC0804系列及ADC0808、 ADC0809系列 10Bit有AD公司的AD574,MAXIM公司 MAX1425、MAX1426 12Bit有AD公司的AD7888,MAXIM公司 MAX170、MAX172
有些DAC芯片内无缓冲寄存器,此时须外接, 如74LS273、373等锁存器。
26
3) 模拟开关按输入的数字量接通或断开解码 网相应支路的电流或电压;对它的要求比接通或 断开开关量的电子开关更高。希望动作快;接通 电阻很小,断开电阻很大,且稳定性好。在DAC 中有电压型开关和恒流型电流开关之分。
结果表示逐次逼近型AD转换器原理框图
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第 7章
*7.3 模拟开关和采样-保持电路
7.3.1 模拟开关 7.3.2 采样-保持(S/H)电路
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第 7章
7.3.1 模拟开关
模拟开关用于传输模拟信号,它主要由控制电 路和开关电路两部分组成。 构成方式:双极型晶体管电路 MOS场效应晶体管
主要介绍由CMOS传输门构成的模拟开关和集 成多路模拟开关。
拍 时钟 脉 脉冲 冲 发 生 器
C
C0 C1 C2 C3
0 • C3 • C 0
2
•
• •
• •
SD J
K RD
Q1 C
1 0
•
比较器
+ +
C1
0 •
•
SD J
C0 0
K RD
Q2 C
•
•
SD J
K RD
Q3 • C
四 1 0 位 D/A 1 0 转 换 1 器
U0
U+ 0 1
1
U+ 0 1
Ui=5.52V J K
+ A2 + UO2
UREF
D9 D8 D7 D0
15 4 5 6
+15V
14 16
DZ
_ +
C
R2 20k R1
CC7520
3
1
2
A1 +
UO1
பைடு நூலகம்……
13
U01
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第 7章
7.2 模/数(A/D)转换器
概述 7.2.1 逐次逼近型A/D转换器
*7.2.2 双积分型A/D转换器
逐次逼近式AD转换原理
逐次逼近式AD转换原理逐次逼近式AD转换原理是一种常见的模拟信号转换为数字信号的方法,被广泛应用于数字信号处理、通信、仪器仪表和控制系统等领域。
该方法通过将模拟信号与一系列逐步增加或递减的参考电压进行比较,最终输出与模拟信号相对应的数字码。
下面将详细介绍逐次逼近式AD转换原理。
首先,模拟信号经过输入电路进入比较器。
比较器将模拟信号与DAC 输出的数字信号进行比较,判断两者的大小关系。
如果模拟信号大于DAC 输出的数字信号,则比较器输出高电平,否则输出低电平。
接下来,将比较器输出的电平信号进入一组逻辑电路,该逻辑电路根据比较器输出的高低电平信号,控制DAC输出电压的大小。
此时,DAC的输出电压与参考电压比较接近,但还不完全相等。
然后,将DAC输出的数字信号转换为模拟信号,通过反馈回路与模拟信号进行比较。
如果DAC输出的数字信号过小,则逻辑电路增加DAC的输入。
反之,如果DAC输出的数字信号过大,则逻辑电路减小DAC的输入。
通过逐步调整,DAC的输出电压逐渐逼近模拟信号大小。
最后,当DAC输出的数字信号与模拟信号足够接近时,逻辑电路停止对DAC输入的调整,DAC的输出被强制锁定。
此时,输出寄存器将DAC输出的数字码存储,即完成了模拟信号到数字信号的转换。
逐次逼近式AD转换器的工作原理是通过多次逼近逼近模拟信号的大小,以获取更高的转换精度。
其中,逼近的过程是通过比较器和逻辑电路的协同工作来实现的。
比较器用于比较模拟信号与DAC输出的数字信号的大小,并反馈给逻辑电路。
逻辑电路则根据比较器输出的高低电平信号,调整DAC的输入以逼近模拟信号。
然而,逐次逼近式AD转换器也存在一些缺点。
首先,由于需要多次逼近,转换速率相对较慢。
其次,由于逼近过程依赖于模拟信号的性质,因此对于非线性或非稳定信号,该转换器的精度可能受到影响。
此外,逐次逼近式AD转换器的精度也受限于比较器和DAC的性能。
总结起来,逐次逼近式AD转换原理是一种将模拟信号转换为数字信号的常见方法,通过比较器和逻辑电路的协同工作,逐步逼近模拟信号的大小,以获取更高的转换精度。
逐次逼近ADC原理
模数转换器其本质就是一个编码的过程,由于传输到数模转换器的自然信号随着时间的变化而变化。
为了实现对模拟信号的处理和储存,我们必须对信号进行编码,为此,我们选择了最基本,也是最实用的编码——2进制编码。
首先,模拟信号通过滤波器,过滤掉高频信号,得到我们需要的信号。
然后经过采样和保持电路采集模拟信号当中某一段时间的信号值,这一段时间一方面决定了采样频率的大小,另外一方面也是后面的电路结构所消耗掉的总的时间。
这段时间内得到的采样值传输到比较器当中,比较器的另外一个输入信号由数模转换器和寄存器共同作用来给出。
比如我们这次的电源电压是2V,比较器的输入电压范围是0~2V,因此采样与保持电路的电压输入范围也是0~2V。
我们的比较精度是10位,也就是比较器要在一个采样周期内进行10次比较。
最开始的时候,寄存器将这10位的2进制数字信号都置0。
然后进行第一位,也就是最高位的比较,这时数模转换器将输入电压范围的中值,也就是1V,传输给比较器的一个输入端口,比较器的另外一个输入端口来自采样与保持电路。
当采样电压高于中值1V时,寄存器的最高位由0变为1,同时逻辑控制单元控制数模转换器的下一个输入到比较器端口的电压为1V到2V的中值处,也就是1.5V,将1.5V传入到比较器的输入端口,和采样信号进行比较,输出第二位的数字信号。
以此类推,可以得到10位的数字信号。
当采样电压低于中值电压1V时,寄存器的最高位仍然为0,同时逻辑控制单元控制数模转换器的下一个输入到比较器端口的电压为0~1V的中值处,也就是0.5V,将0.5V穿入到比较器的输入端口,和采样信号进行比较,输出第二位的数字信号。
以此类推,进行10次这样的比较便可以得到10位编译模拟信号的数字信号。
图4.21逐次逼近式AD转换器原理框图
A/D转换器A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。
模拟量可以是电压、电流等电信号,也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。
但在A/D转换前,输入到A/D 转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。
A/D转换后,输出数字信号可以有8位、10位、12位和16位等。
AD转换器的工作原理主要介绍3种:逐次逼近法双积分法电压频率转化法1 逐次逼近法:逐次逼近式A/D是比较常见的一种A/D转换电路,转换的时间为微秒级。
采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成,如图4.21所示。
基本原理是从高位到低位逐位试探比较,好像用天平称物体,从重到轻逐级增减砝码进行试探。
图4.21 逐次逼近式A/D转换器原理框图逐次逼近式A/D转换器原理框图逐次逼近法转换过程是:初始化时将逐次逼近寄存器各位清零;转换开始时,先将逐次逼近寄存器最高位置1,送入D/A转换器,经D/A转换后生成的模拟量送入比较器,称为Vo,与送入比较器的待转换的模拟量Vi进行比较,若V,该位1被保留,否则被清除。
然后再置逐次逼近寄存器次高位为1,将寄存器中新的数字量送D/A转换器,输出的Vo再与Vi比较,若VoVi,该位1被保留,否则被清除。
重复此过程,直至逼近寄存器最低位。
转换结束后,将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器,得到数字量的输出。
逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。
2双积分法:采用双积分法的A/D转换器由电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成。
如图4.22所示。
基本原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔,再把此时间间隔转换成数字量,属于间接转换。
图4.22 双积分式A/D转换的原理框图双积分法A/D转换的过程是:先将开关接通待转换的模拟量Vi,Vi采样输入到积分器,积分器从零开始进行固定时间T的正向积分,时间T到后,开关再接通与Vi极性相反的基准电压VREF,将VREF输入到积分器,进行反向积分,直到输出为0V时停止积分。
逐次逼近式ad转换原理
一、逐次逼近式AD转换器与计数式A/D转换类似,只是数字量由“逐次逼近寄存器SAR”产生。
SAR使用“对分搜索法”产生数字量,以8位数字量为例,SAR首先产生8位数字量的一半,即10000000B,试探模拟量Vi的大小,若Vo>Vi,清除最高位,若Vo<Vi,保留最高位。
在最高位确定后,SAR又以对分搜索法确定次高位,即以低7位的一半y1000000B(y为已确定位) 试探模拟量Vi的大小。
在bit6确定后,SAR以对分搜索法确定bit5位,即以低6位的一半yy100000B(y为已确定位) 试探模拟量的大小。
重复这一过程,直到最低位bit0被确定,转换结束。
转换过程:(1)首先发出“启动信号”信号S。
当S由高变低时,“逐次逼近寄存器SAR”清0,DAC输出Vo=0,“比较器”输出1。
当S变为高电平时,“控制电路”使SAR开始工作。
(2)SAR首先产生8位数字量的一半,即10000000B,试探模拟量的Vi大小,若Vo>Vi,“控制电路”清除最高位,若Vo<Vi,保留最高位。
(3)在最高位确定后,SAR又以对分搜索法确定次高位,即以低7位的一半y1000000B(y 为已确定位) 试探模拟量Vi的大小。
在bit6确定后,SAR以对分搜索法确定bit5位,即以低6位的一半yy100000B(y为已确定位) 试探模拟量Vi的大小。
重复这一过程,直到最低位bit0被确定。
(4)在最低位bit0确定后,转换结束,“控制电路”发出“转换结束”信号EOC。
该信号的下降沿把SAR的输出锁存在“缓冲寄存器”里,从而得到数字量输出。
从转换过程可以看出:启动信号为负脉冲有效。
转换结束信号为低电平。
我觉得,这有点像数学中的二分法,如给一个数a,先用8'b1000000(设为b)与a相比较,如果a大于b,则保留最高位1,即原来的范围变成了0-7'b1111111(第8位已确认)。
AD转换及其原理ppt课件
• 量化误差是由于ADC 的有限分辨率引起的误差,这是连 续的模拟信号在整数量化后的固有误差。对于四舍五入的 量化法,量化误差在±1/2 LSB之间。
整理ppt
6
二.ADC的主要技术参数
3. 绝对精度
• 绝对精度是指在输出端产生给定的数字代码所表示的实际 需要的模拟输入值与理论上要求的模拟输入值之差。
路使开关S1与UI相接,重复第一步。
T2
T1 VREF
UI
D
N1 VREF
U
I
N1
T1 TCP
其中TCP是脉冲时钟信号,D是计数脉冲数
整理ppt
24
双积分AD转换器
计数器中的数值 就是AD转换器转 换后数字量,至 此即完成了VT转 换。
整理ppt
25
双积分型A/D转换器的特点
➢ 因有积分器的存在,积分器的输出只对输入信 号的平均值有所响应,保证了工作性能比较稳 定且抗干扰能力强。
4. 相对精度
• 它与绝对精度相似,所不同的是把这个偏差表示为满刻度 模拟电压的百分数。
5. 转换时间
• 转换时间是ADC完成一次转换所需要的时间,即从启动信 号开始到转换结束并得到稳定的数字输出量所需要的时间, 通常为微秒级。
6.量程
• 量程是指能转换的输入电压范围。
整理ppt
7
三.A/D转换的一般步骤和基本原理
模拟输 入信号
uI
ADC
…
Dn-1 Dn-2
D1 n 位二进制数输出 D0 D = Dn-1 Dn-2 D1 D0
D
uI
“[ ]”表示取整。
基本原理
△ 称为 ADC 的单位量化电压或量化单位,它 是 ADC 的最小分辨电压。
AD转换
ADCDLY 符号
DELAY [15: 0] (1)在正常转换模式、分开的X/Y位置转换模式和 X/Y位置自动(顺序)转换模式的X/Y位置转换延时值。 (2)在等待中断模式:当在此模式按下触笔时,这个 寄存器在几ms时间间隔内产生用于进行X/Y方向自动转 换的中断信号(INT_TC)。 注意:不能使用零位值(0x0000)
双积分式A/D转换图
图5.2.2 (a)双积分式A/D转换器电路结构图
图5.2.2 (b)积分输出波形
3.逐次逼近式A/D转换器原理 逐次逼近式A/D转换器电路结构如图5.2.3所示,其工作过程可与天 平称重物类比,图中的电压比较器相当于天平,被测电压Ux相当于 重物,基准电压Ur相当于电压法码。该方案具有各种规格的按8421 编码的二进制电压法码Ur,根据Ux<Ur和Ux>Ur,比较器有不同的 输出以打开或关闭逐次逼近寄存器的各位。输出从大到小的基准电 压法码,与被测电压Ux比较,并逐渐减小其差值,使之逼近平衡。 当Ux=Ur时,比较器输出为零,相当于天平平衡,最后以数字显示 的平衡值即为被测电压值。 逐次逼近式A/D转换器转换速度快,转换精度较高,对N位A/D转换 只需N个时钟脉冲即可完成,可用于测量微秒级的过渡过程的变化, 是在计算机系统中采用最多的一种A/D转换方法。
2.双积分式A/D转换器原理 双积分式A/D转换器对输入模拟电压和参考电压进行两次积分, 将电压变换成与其成正比的时间间隔,利用时钟脉冲和计数器测 出其时间间隔,完成A/D转换。双积分式A/D转换器主要包括积分 器、比较器、计数器和标准电压源等部件,其电路结构图如图 5.2.2(a)所示。 双积分式A/D转换器的转换过程如下: 首先对输入待测的模拟电压Vi进行固定时间的积分; 然后转换到标准电压VR进行固定斜率的反向积分(定值积分 ), 如图5.2.2(b)所示。反向积分进行到一定时间,便返回起始值。 从图5.2.2(b)中可看出对标准电压VR进行反向积分的时间T2正 比于输入模拟电压,输入模拟电压越大,反向积分回到起始值的 时间T越长,有Vi=(T2/T1)VR。 用标准时钟脉冲测定反向积分时间(如计数器),就可以得到对 应于输入模拟电压的数字量,实现A/D转换。 双积分式A/D转换器具有很强的抗工频干扰能力,转换精度高, 但速度较慢。
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一、逐次逼近式AD转换器与计数式A/D转换类似,只是数字量由“逐次逼近寄存器SAR”产生。
SAR使用“对分搜索法”产生数字量,以8位数字量为例,SAR首先产生8位数字量的一半,即B,试探模拟量Vi的大小,若Vo>Vi,清除最高位,若Vo<Vi,保留最高位。
在最高位确定后,SAR又以对分搜索法确定次高位,即以低7位的一半y1000000B(y为已确定位) 试探模拟量Vi的大小。
在bit6确定后,SAR以对分搜索法确定bit5位,即以低6位的一半yy100000B(y为已确定位) 试探模拟量的大小。
重复这一过程,直到最低位bit0被确定,转换结束。
转换过程:
(1)首先发出“启动信号”信号S。
当S由高变低时,“逐次逼近寄存器SAR”清0,DAC输出Vo=0,“比较器”输出1。
当S变为高电平时,“控制电路”使SAR开始工作。
(2)SAR首先产生8位数字量的一半,即B,试探模拟量的Vi大小,若Vo>Vi,“控制电路”清除最高位,若Vo<Vi,保留最高位。
(3)在最高位确定后,SAR又以对分搜索法确定次高位,即以低7位的一半y1000000B(y为已确定位) 试探模拟量Vi的大小。
在bit6确定后,SAR以对分搜索法确定bit5位,即以低6位的一半yy100000B(y为已确定位) 试探模拟量Vi的大小。
重复这一过程,直到最低位bit0被确定。
(4)在最低位bit0确定后,转换结束,“控制电路”发出“转换结束”信号EOC。
该信号的下降沿把SAR的输出锁存在“缓冲寄存器”里,从而得到数字量输出。
从转换过程可以看出:启动信号为负脉冲有效。
转换结束信号为低电平。
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我觉得,这有点像数学中的二分法,如给一个数a,先用8'b1000000(设为b)与a相比较,如果a大于b,则保留最高位1,即原来的范围变成了0-7'b1111111(第8位已确认)。
之后的过程都是这样,重复执行就可以了。
根据以上理论,举个例子,例如满量程应该是5V,所以,第一次DA输出,输入电压与比较,输入电压大,故而取之间,即最高位保留1。
然后在新的范围内取中间电压,即,依此类推。