模数转换电路的设计和实现
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
CP 0 1 2 3 4 5 6 7
2018/10/16
uI>uO为1 否则为0
uI>uO
D7D6D5D4D3D2D1D0
u0 (V)
10000000 11000000 10100000 10110000 10101000 10101100 10101110 10101111
5 7.5 6.25 6.875 6. 5625 6.71875 6.796875 6.8359375
17
5.6
（一）
本情境任务
用仿真软件proteus做一个简单的 电压采集-显示电路。使用ADC0804芯片。 （二）采用总线方式，设计一个电压采集显示系统，要求硬件接口与前几个情境匹 配。焊接电路板，下载程序，实现设计。 （三）问题与思考，任务拓展。模拟用户 需求，提出更加细致要求，如增加转换通 道，测量范围大幅度变化等等。
能力也就越高。
例如，输入模拟电压满量程为10V，若用8位ADC
转换时，其分辨率为10V/28＝39mV，10位的ADC是 9.76mV，而12位的ADC为2.44mV。
2018/10/16 11
2. 转换速度 完成一次A/D转换所需要的时间叫做转换时间， 转换时间越短，则转换速度越快。 双积分ADC的转换时间在几十毫秒至几百毫秒之 间； 逐次比较型ADC的转换时间大都在10～50μs之间； 并行比较型ADC的转换时间可达10ns。
1 0 1 0 1 1 1 1
9
图7-10
2018/10/16
8位逐次比较型A/D转换器波形图
10
5.4 ADC的主要技术参数
1.分辨率 分辨率是指A/D转换器输出数字量的最低位变化 一个数码时，对应输入模拟量的变化量。 通常以 ADC 输出数字量的位数表示分辨率的高低，
因为位数越多，量化单位就越小，对输入信号的分辨
2018/10/16 6
2. 量化和编码
数字量最小单位所对应的最小量值叫做量化单位 △。
将采样－保持电路的输出电压归化为量化单位△ 的整数倍的过程叫做量化。 用二进制代码来表示各个量化电平的过程，叫做 编码。 一个n位二进制数只能表示2n个量化电平，量化 过程中不可避免会产生误差，这种误差称为量化误差。 量化级分得越多（n越大），量化误差越小。
四个步骤：采样、保持、量化、编码。
1. 采样与保持 （1）将一个时间上连续变化的模拟量转换成 时间上离散的模拟量称为采样。
2018/10/16 4
取样定理：设 取样脉冲s(t)的频率 为fS，输入模拟信 号x(t)的最高频率 分量的频率为fmax， 必须满足 fs ≥ 2fmax
y(t)才可以正 确的反映输入信号 (从而能不失真地恢 复原模拟信号)。
图7-13 ADC0804引脚图
D 0 ～ D 7 ：数据输出端，有三态功能，能与微机 总线相接。。 AGND：模拟信号地。 DGND：数字信号地。
2018/10/16 15
Vc cRE F
Vi
VCC
20
· 接口设计
6 Vin (+) 7 8 Vin (-) A-GND
VCC
lsb DB0 DB1 DB2 DB3
2018/10/16 7
5.3 A/D转换器工作原理
直接A/D转换器：并行比较型A/D转换器 逐次比较型A/D转换器 间接A/D转换器：双积分型A/D转换器 电压转换型A/D转换器
1. 逐次比较型A/D转换器
2018/10/16
8
实例 8位A/D转换器，输入模拟量uI=6.84V，
基准电压 UREF=10V。 当D7D6D5D4D3D2D1D0=11111111时，uo=UREF
2018/10/16
12
5.5 集成A/D转换器及接口设计
集成A/D转换器规格品种繁多，常见的有 ADC0804、ADC0809、MC14433等。 1. ADC0804 A/D转换器
ADC0804是一种逐次比较型A/D转换器。
2018/10/16
13
（1）ADC0804的主要功能及参数如下：
① 分辨率为8位。
情境5：模数转换电路
5.1 模数转换电路的作用 5.2 A/D转换基本原理
5.3 A/D转换器工作原理
5.4 ADC的主要技术参数
5.5 集成A/D转换器及其接口设计
5.6 本情境任务
2018/10/16 1
5.1.1 A/D转换中的基本概念
常用模拟量：温度、湿度、压力、流量、速度等。
从模拟信号到数字信号的转换称为模/数转换 （简称A/D转换），实现模/数转换的电路叫做A/D转 换器（简称ADC）；
图7-7
2018/10/16
采样过程示意图 通常取fs ＝（2.5～3）fmax 。 5
（2）由于A/D转换需要一定的时间，在每次采样 以后，需要把采样电压保持一段时间。
图7-8 采样―保持电路
Fra Baidu bibliotek
s(t)有效期间，开关管VT导通，uI向C充电，uO (=uc)跟随uI的变化而变化；
s(t)无效期间，开关管VT截止，uO (=uc)保持不变， 直到下次采样。（由于集成运放A具有很高的输入阻抗， 在保持阶段，电容C上所存电荷不易泄放。）
18 17 16 15 14 13 12 11
9
DB4 Vre f/2 DB5 DB6
19
m sbDB7 CL K-R INT R
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
INTR
5 1 2 3
4
CS CL K-IN RD WR
C2
RD WR
C2
WR INTR
RD DATA 2018/10/16
从数字信号到模拟信号的转换称为数/模转换 （简称D/A转换），实现数/模转换的电路称为D/A转 换器（简称DAC）。
2018/10/16
2
5.1.2 A/D转换电路在系统中的作用
典型数字控制系统框图
2018/10/16 3
5.2 A/D转换基本原理
A/D转换目标：将时间连续、幅值也连续的模
拟信号转换为时间离散、幅值也离散的数字信号。
2018/10/16 18
2018/10/16
19
②
③
线性误差为±1/2LSB。
三态锁存输出，输出电平与TTL兼容。
④
⑤ ⑥ ⑦
+5V 单电源供电，模拟电压输入范围 0 ～ 5V 。
功耗小于20mW。 不必进行零点和满度调整。 转换速度较高，可达100μS。
2018/10/16
14
（2）ADC0804各引脚功能说明如下： UIN+、UIN-：模拟信号输入。 UREF：基准电压输入端。 CLK：时钟信号输入端。
16
小结：A/D转换须经过采样、保持、量化、编 码四个步骤才能完成。采样、保持由采样－保持 电路完成；量化和编码须在转换过程中实现。。
可供我们选择使用的集成ADC和DAC芯片种类 很多，应通过查阅手册，在理解其工作原理的基 础上，重点把握这些芯片的外部特性以及与其它 电路的接口方法。
2018/10/16
2018/10/16
uI>uO为1 否则为0
uI>uO
D7D6D5D4D3D2D1D0
u0 (V)
10000000 11000000 10100000 10110000 10101000 10101100 10101110 10101111
5 7.5 6.25 6.875 6. 5625 6.71875 6.796875 6.8359375
17
5.6
（一）
本情境任务
用仿真软件proteus做一个简单的 电压采集-显示电路。使用ADC0804芯片。 （二）采用总线方式，设计一个电压采集显示系统，要求硬件接口与前几个情境匹 配。焊接电路板，下载程序，实现设计。 （三）问题与思考，任务拓展。模拟用户 需求，提出更加细致要求，如增加转换通 道，测量范围大幅度变化等等。
能力也就越高。
例如，输入模拟电压满量程为10V，若用8位ADC
转换时，其分辨率为10V/28＝39mV，10位的ADC是 9.76mV，而12位的ADC为2.44mV。
2018/10/16 11
2. 转换速度 完成一次A/D转换所需要的时间叫做转换时间， 转换时间越短，则转换速度越快。 双积分ADC的转换时间在几十毫秒至几百毫秒之 间； 逐次比较型ADC的转换时间大都在10～50μs之间； 并行比较型ADC的转换时间可达10ns。
1 0 1 0 1 1 1 1
9
图7-10
2018/10/16
8位逐次比较型A/D转换器波形图
10
5.4 ADC的主要技术参数
1.分辨率 分辨率是指A/D转换器输出数字量的最低位变化 一个数码时，对应输入模拟量的变化量。 通常以 ADC 输出数字量的位数表示分辨率的高低，
因为位数越多，量化单位就越小，对输入信号的分辨
2018/10/16 6
2. 量化和编码
数字量最小单位所对应的最小量值叫做量化单位 △。
将采样－保持电路的输出电压归化为量化单位△ 的整数倍的过程叫做量化。 用二进制代码来表示各个量化电平的过程，叫做 编码。 一个n位二进制数只能表示2n个量化电平，量化 过程中不可避免会产生误差，这种误差称为量化误差。 量化级分得越多（n越大），量化误差越小。
四个步骤：采样、保持、量化、编码。
1. 采样与保持 （1）将一个时间上连续变化的模拟量转换成 时间上离散的模拟量称为采样。
2018/10/16 4
取样定理：设 取样脉冲s(t)的频率 为fS，输入模拟信 号x(t)的最高频率 分量的频率为fmax， 必须满足 fs ≥ 2fmax
y(t)才可以正 确的反映输入信号 (从而能不失真地恢 复原模拟信号)。
图7-13 ADC0804引脚图
D 0 ～ D 7 ：数据输出端，有三态功能，能与微机 总线相接。。 AGND：模拟信号地。 DGND：数字信号地。
2018/10/16 15
Vc cRE F
Vi
VCC
20
· 接口设计
6 Vin (+) 7 8 Vin (-) A-GND
VCC
lsb DB0 DB1 DB2 DB3
2018/10/16 7
5.3 A/D转换器工作原理
直接A/D转换器：并行比较型A/D转换器 逐次比较型A/D转换器 间接A/D转换器：双积分型A/D转换器 电压转换型A/D转换器
1. 逐次比较型A/D转换器
2018/10/16
8
实例 8位A/D转换器，输入模拟量uI=6.84V，
基准电压 UREF=10V。 当D7D6D5D4D3D2D1D0=11111111时，uo=UREF
2018/10/16
12
5.5 集成A/D转换器及接口设计
集成A/D转换器规格品种繁多，常见的有 ADC0804、ADC0809、MC14433等。 1. ADC0804 A/D转换器
ADC0804是一种逐次比较型A/D转换器。
2018/10/16
13
（1）ADC0804的主要功能及参数如下：
① 分辨率为8位。
情境5：模数转换电路
5.1 模数转换电路的作用 5.2 A/D转换基本原理
5.3 A/D转换器工作原理
5.4 ADC的主要技术参数
5.5 集成A/D转换器及其接口设计
5.6 本情境任务
2018/10/16 1
5.1.1 A/D转换中的基本概念
常用模拟量：温度、湿度、压力、流量、速度等。
从模拟信号到数字信号的转换称为模/数转换 （简称A/D转换），实现模/数转换的电路叫做A/D转 换器（简称ADC）；
图7-7
2018/10/16
采样过程示意图 通常取fs ＝（2.5～3）fmax 。 5
（2）由于A/D转换需要一定的时间，在每次采样 以后，需要把采样电压保持一段时间。
图7-8 采样―保持电路
Fra Baidu bibliotek
s(t)有效期间，开关管VT导通，uI向C充电，uO (=uc)跟随uI的变化而变化；
s(t)无效期间，开关管VT截止，uO (=uc)保持不变， 直到下次采样。（由于集成运放A具有很高的输入阻抗， 在保持阶段，电容C上所存电荷不易泄放。）
18 17 16 15 14 13 12 11
9
DB4 Vre f/2 DB5 DB6
19
m sbDB7 CL K-R INT R
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
INTR
5 1 2 3
4
CS CL K-IN RD WR
C2
RD WR
C2
WR INTR
RD DATA 2018/10/16
从数字信号到模拟信号的转换称为数/模转换 （简称D/A转换），实现数/模转换的电路称为D/A转 换器（简称DAC）。
2018/10/16
2
5.1.2 A/D转换电路在系统中的作用
典型数字控制系统框图
2018/10/16 3
5.2 A/D转换基本原理
A/D转换目标：将时间连续、幅值也连续的模
拟信号转换为时间离散、幅值也离散的数字信号。
2018/10/16 18
2018/10/16
19
②
③
线性误差为±1/2LSB。
三态锁存输出，输出电平与TTL兼容。
④
⑤ ⑥ ⑦
+5V 单电源供电，模拟电压输入范围 0 ～ 5V 。
功耗小于20mW。 不必进行零点和满度调整。 转换速度较高，可达100μS。
2018/10/16
14
（2）ADC0804各引脚功能说明如下： UIN+、UIN-：模拟信号输入。 UREF：基准电压输入端。 CLK：时钟信号输入端。
16
小结：A/D转换须经过采样、保持、量化、编 码四个步骤才能完成。采样、保持由采样－保持 电路完成；量化和编码须在转换过程中实现。。
可供我们选择使用的集成ADC和DAC芯片种类 很多，应通过查阅手册，在理解其工作原理的基 础上，重点把握这些芯片的外部特性以及与其它 电路的接口方法。
2018/10/16