计算机数模和模数转换接口技术
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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（01111011B）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”；
数字 输出量 111 110 101 100 011 010 001 000
输入 -0.5~0.5v 0.5~1.5v 1.5~2.5v
输出 000 001 010 110 111
、、、
5.5~6.5v
1v 2v 3v 4v 5v 6v 7v
6.5~7.5v
模拟输入量
8
ADC的性能指标
3.转换时间和转换速率
22
四、逐次逼近A/D转换原理
4种常用的A/D转换方法 计数器式 逐次逼近式 微机系统中应用较多 双积分式 并行式
23
逐次逼近式A/D转换
• •
逐次逼近式A/D转换是用得最多的一种方法。
组成：
D/A转换器、比较器、控制逻辑，逐次逼近寄存器.
•
工作过程： 从最高位开始通过试探值逐次进行测试，
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ADC0809逻辑结构
ADDC 0 0 0 0 1 1 1 1 ADDB 0 0 1 1 0 0 1 1 ADDA 0 1 0 1 0 1 0 1 通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
ADDA、ADDB、ADDC： 3个地址输入线 ALE：地址锁存允许信号
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ADC0809逻辑结构
START： ADC启动控制信号输入端， EOC: End Of Conversion 要求正脉冲信号。 脉冲的上升沿使所有内 在START之后变低，A/D转 部寄存器清0，下降沿启 换结束后变高。可用来申 请中断。 动A/D转换
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ADC0809逻辑结构
三态数字量输出端D0～D7 ADC0809内部锁存转换后的数 字量 当输出允许信号OE为高电平时， 将三态锁存缓冲器的数字量从 D0～D7输出
6
ADC的性能指标
2.分辨率
输出数字量变化一个相邻数码，所需模拟电压的变 化量。 定义为满刻度电压与2n之比，n为ADC的位数。
A/D 分辨率通常用该芯片能转换成的数字量的 位数表示。 如：8位A/D转换器的分辨率为8位。
10位A/D转换器的分辨率为10位。
7
ADC的性能指标
在ADC中，模拟量和数字量之间不是一一对应的关系
11
ADC0809—8bitA/D转换器
12
ADC0809逻辑结构
13
ADC0809逻辑结构
IN0～IN7： 8个模拟电压输入端
14
ADC0809逻辑结构
ALE的上升沿
用于锁存3个地址输入的 状态，然后由译码器从8 个模拟输入中选择一个 模拟输入端进行A/D转换
ADDA、ADDB、ADDC： 3个地址输入线 ALE：地址锁存允许信号
如：电源灵敏度为 ，表示电源电压变化 0.05% %Us0.05%的模拟量输入值 为电源电压Us的1%时，相当于引入了
/
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三、ADC0809—8bitA/D转换器
•逐次逼近型、8位 •具有转换起停控制端 •最大不可调误差±1LSB •单个＋5V电源供电 •模拟输入电压范围0～＋5V •工作温度范围为-40～＋85摄氏度 •低功耗，约15mW •输出带可控三态缓冲，可与总线直接相连 •带锁存控制的8选1多路开关 •转换速度取决于CLK输入，CLK为10k-1280K
转换时间是指完成一次转换所需的时间，
完成一次转换：从接到转换启动信号开始，到输出 端获得稳定的数字信号。
转换速率：每秒钟进行A/D转换的次数
转换速率与转换时间不一定是倒数关系
第1 次转换 t 第2 次转换
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ADC的性能指标
4.电源灵敏度
当电源电压发生变化时，ADC的输出会发生变化。 相当于：ADC的输入量发生了变化——产生了误差。 电源灵敏度用相当于同样变化的模拟输入值的百分数来表示。
模拟量1 模拟量2 多 路 模 拟 开 关 采 样 保 持 电 路
模拟量n
A / D 转 换 器
微 机 系 统
A/D转换器
是完成A/D转换的核心。
5
二、ADC的性能指标
1.相对精度——由相对误差决定。
相对误差指绝对误差与满刻度值之比，常用LSB来表 示。 1LSB=满刻度值*1/2n
如：一个8位ADC，其相对误差为1/2LSB，则其绝对 误差为0.5*5*1/28=9.8mV 相对百分比误差为(0.5*5*1/28)/5=0.195%
直到试探值经D/A转换器输出Vo与Vi相等或达到允许误差范 围为止。则该试探值就为A/D转换所需的数字量。
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逐次逼近式A/D转换
Vi VO + 比较器 控制电路
启动信号 CLK 转换信号
8位 D/A Leabharlann 换器逐次逼近 寄存器缓冲寄存器
D7 D6 .. .. .. .. ... D0
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
模拟量1 模拟量2 多 路 模 拟 开 关 采 样 保 持 电 路
模拟量n
A / D 转 换 器
微 机 系 统
采样保持电路的作用
A/D转换器完成一次转换过程需要一定的时间，在这段时 间内, 输入端模拟信号的大小应保持不变,否则将影响转换 的精度。
3
A/D接口组成
采样 模拟 输入 原信号 保持
t
4
A/D接口组成
20
×
2
8
转换公式示例
N=
Vin - VREF( - ) VREF( + ) - VREF( - )
2
8
基准电压VREF(+)＝5V，VREF(－)＝0V
输入模拟电压Vin＝1.5V
N ＝（1.5－0）÷（5－0）×256
＝76.8≈77＝4DH
21
ADC0809逻辑结构图
为什么在ADC0809内部 有一个D/A转换器？
18
ADC0809逻辑结构
CLK：时钟输入端
+VREF、-VREF： 参考电压输入端 一般，+VREF与Vcc接在一 起；-VREF与GND接在一起
19
ADC0809的转换公式
输出数字量 输入模拟电压
Vin - VREF( -) N= VREF( +) - VREF( -)
基准电压正极 基准电压负极
第八章 数模和模数转换接口
模拟量
模拟/数字转换器 ADC
数字量
本章内容
1. 数模和模数转换的概念和必要性
2.
3.
数模转换器的主要性能指标
8位D/A转换器DAC0832及其接口设计
4.
5. 6.
D/A转换器应用实例
8位A/D转换器ADC0809及其接口设计 A/D转换器应用实例
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一、A/D接口组成
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（01111011B）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”；
数字 输出量 111 110 101 100 011 010 001 000
输入 -0.5~0.5v 0.5~1.5v 1.5~2.5v
输出 000 001 010 110 111
、、、
5.5~6.5v
1v 2v 3v 4v 5v 6v 7v
6.5~7.5v
模拟输入量
8
ADC的性能指标
3.转换时间和转换速率
22
四、逐次逼近A/D转换原理
4种常用的A/D转换方法 计数器式 逐次逼近式 微机系统中应用较多 双积分式 并行式
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逐次逼近式A/D转换
• •
逐次逼近式A/D转换是用得最多的一种方法。
组成：
D/A转换器、比较器、控制逻辑，逐次逼近寄存器.
•
工作过程： 从最高位开始通过试探值逐次进行测试，
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ADC0809逻辑结构
ADDC 0 0 0 0 1 1 1 1 ADDB 0 0 1 1 0 0 1 1 ADDA 0 1 0 1 0 1 0 1 通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
ADDA、ADDB、ADDC： 3个地址输入线 ALE：地址锁存允许信号
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ADC0809逻辑结构
START： ADC启动控制信号输入端， EOC: End Of Conversion 要求正脉冲信号。 脉冲的上升沿使所有内 在START之后变低，A/D转 部寄存器清0，下降沿启 换结束后变高。可用来申 请中断。 动A/D转换
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ADC0809逻辑结构
三态数字量输出端D0～D7 ADC0809内部锁存转换后的数 字量 当输出允许信号OE为高电平时， 将三态锁存缓冲器的数字量从 D0～D7输出
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ADC的性能指标
2.分辨率
输出数字量变化一个相邻数码，所需模拟电压的变 化量。 定义为满刻度电压与2n之比，n为ADC的位数。
A/D 分辨率通常用该芯片能转换成的数字量的 位数表示。 如：8位A/D转换器的分辨率为8位。
10位A/D转换器的分辨率为10位。
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ADC的性能指标
在ADC中，模拟量和数字量之间不是一一对应的关系
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ADC0809—8bitA/D转换器
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ADC0809逻辑结构
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ADC0809逻辑结构
IN0～IN7： 8个模拟电压输入端
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ADC0809逻辑结构
ALE的上升沿
用于锁存3个地址输入的 状态，然后由译码器从8 个模拟输入中选择一个 模拟输入端进行A/D转换
ADDA、ADDB、ADDC： 3个地址输入线 ALE：地址锁存允许信号
如：电源灵敏度为 ，表示电源电压变化 0.05% %Us0.05%的模拟量输入值 为电源电压Us的1%时，相当于引入了
/
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三、ADC0809—8bitA/D转换器
•逐次逼近型、8位 •具有转换起停控制端 •最大不可调误差±1LSB •单个＋5V电源供电 •模拟输入电压范围0～＋5V •工作温度范围为-40～＋85摄氏度 •低功耗，约15mW •输出带可控三态缓冲，可与总线直接相连 •带锁存控制的8选1多路开关 •转换速度取决于CLK输入，CLK为10k-1280K
转换时间是指完成一次转换所需的时间，
完成一次转换：从接到转换启动信号开始，到输出 端获得稳定的数字信号。
转换速率：每秒钟进行A/D转换的次数
转换速率与转换时间不一定是倒数关系
第1 次转换 t 第2 次转换
9
ADC的性能指标
4.电源灵敏度
当电源电压发生变化时，ADC的输出会发生变化。 相当于：ADC的输入量发生了变化——产生了误差。 电源灵敏度用相当于同样变化的模拟输入值的百分数来表示。
模拟量1 模拟量2 多 路 模 拟 开 关 采 样 保 持 电 路
模拟量n
A / D 转 换 器
微 机 系 统
A/D转换器
是完成A/D转换的核心。
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二、ADC的性能指标
1.相对精度——由相对误差决定。
相对误差指绝对误差与满刻度值之比，常用LSB来表 示。 1LSB=满刻度值*1/2n
如：一个8位ADC，其相对误差为1/2LSB，则其绝对 误差为0.5*5*1/28=9.8mV 相对百分比误差为(0.5*5*1/28)/5=0.195%
直到试探值经D/A转换器输出Vo与Vi相等或达到允许误差范 围为止。则该试探值就为A/D转换所需的数字量。
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逐次逼近式A/D转换
Vi VO + 比较器 控制电路
启动信号 CLK 转换信号
8位 D/A Leabharlann 换器逐次逼近 寄存器缓冲寄存器
D7 D6 .. .. .. .. ... D0
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
模拟量1 模拟量2 多 路 模 拟 开 关 采 样 保 持 电 路
模拟量n
A / D 转 换 器
微 机 系 统
采样保持电路的作用
A/D转换器完成一次转换过程需要一定的时间，在这段时 间内, 输入端模拟信号的大小应保持不变,否则将影响转换 的精度。
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A/D接口组成
采样 模拟 输入 原信号 保持
t
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A/D接口组成
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×
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转换公式示例
N=
Vin - VREF( - ) VREF( + ) - VREF( - )
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基准电压VREF(+)＝5V，VREF(－)＝0V
输入模拟电压Vin＝1.5V
N ＝（1.5－0）÷（5－0）×256
＝76.8≈77＝4DH
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ADC0809逻辑结构图
为什么在ADC0809内部 有一个D/A转换器？
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ADC0809逻辑结构
CLK：时钟输入端
+VREF、-VREF： 参考电压输入端 一般，+VREF与Vcc接在一 起；-VREF与GND接在一起
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ADC0809的转换公式
输出数字量 输入模拟电压
Vin - VREF( -) N= VREF( +) - VREF( -)
基准电压正极 基准电压负极
第八章 数模和模数转换接口
模拟量
模拟/数字转换器 ADC
数字量
本章内容
1. 数模和模数转换的概念和必要性
2.
3.
数模转换器的主要性能指标
8位D/A转换器DAC0832及其接口设计
4.
5. 6.
D/A转换器应用实例
8位A/D转换器ADC0809及其接口设计 A/D转换器应用实例
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一、A/D接口组成