數(shù)字電子技術(shù)_08數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換綜述

1、2021-10-1512021-10-152555定時(shí)器的邏輯功能？555定時(shí)器為何能實(shí)現(xiàn)脈沖波形？電容在脈沖電路中扮演怎樣的角色？2021-10-153模擬量：溫度、濕度、壓力、流量、速度等。從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換（簡稱A/D轉(zhuǎn)換），實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的電路叫做A/D轉(zhuǎn)換器（簡稱ADC）；從數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換（簡稱D/A轉(zhuǎn)換），實(shí)現(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換的電路稱為D/A轉(zhuǎn)換器（簡稱DAC）。 2021-10-154典型數(shù)字控制系統(tǒng)框圖2021-10-155數(shù)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換就是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與它成正模轉(zhuǎn)換就是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與它成正比的模擬量。比的模擬量。 數(shù)字量：數(shù)字量：

2、(D(D3 3D D2 2D D1 1D D0 0) )2 2(D(D3 32 23 3D D2 22 22 2D D1 12 21 1D D0 02 20 0) )1010 (1101) 2 (1(12 23 31 12 22 20 02 21 11 12 20 0) )1010 模擬量：模擬量：u uo oK(DK(D3 32 23 3D D2 22 22 2D D1 12 21 1D D0 02 20 0) )1010u uo oK(1K(12 23 31 12 22 20 02 21 11 12 20 0) )10 10 (K (K為比例系數(shù)為比例系數(shù)) )2021-10-156圖8-

3、1n位D/A轉(zhuǎn)換器方框圖 2021-10-1571. 電路組成電路由解碼網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、求和放大器和基準(zhǔn)電源組成。圖8-2 倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC原理圖 基準(zhǔn)參考電壓 雙向模擬開關(guān)D1時(shí)接運(yùn)放D0時(shí)接地R2R倒T形電阻解碼網(wǎng)絡(luò) 求和集成運(yùn)算放大器 2021-10-158 由于集成運(yùn)算放大器的電流求和點(diǎn)為虛地，所以每個(gè)2R電阻的上端都相當(dāng)于接地，從網(wǎng)絡(luò)的A、B、C點(diǎn)分別向右看的對(duì)地電阻都是2R。2021-10-159 因此流過四個(gè)2R電阻的電流分別為I/2、I/4、I/8、I/16。電流是流入地，還是流入運(yùn)算放大器，由輸入的數(shù)字量Di通過控制電子開關(guān)Si來決定。故流入運(yùn)算放大器的總電流為：0123

4、D16ID8ID4ID2II2021-10-1510由于從UREF向網(wǎng)絡(luò)看進(jìn)去的等效電阻是R，因此從UREF流出的電流為： RIREFU2021-10-1511故 ：)2D2D2D2(DR2UI001122334REF2021-10-1512因此輸出電壓可表示為 ：2021-10-1513由此可見，輸出模擬電壓uO與輸入數(shù)字量D成正比，實(shí)現(xiàn)了數(shù)模轉(zhuǎn)換。 對(duì)于n位的倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC，則 ：2021-10-1514電路特點(diǎn)： （1）解碼網(wǎng)絡(luò)僅有R和2R兩種規(guī)格的電阻，這對(duì)于集成工藝是相當(dāng)有利的； （2）這種倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)各支路的電流是直接加到運(yùn)算放大器的輸入端，它們之間不存在傳輸上的時(shí)間差，故

5、該電路具有較高的工作速度。 因此，這種形式的DAC目前被廣泛的采用。2021-10-15151.分辨率 分辨率是指輸出電壓的最小變化量與滿量程輸出電壓之比。 輸出電壓的最小變化量就是對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量最低位為1，其余各位均為0時(shí)的輸出電壓。 滿量程輸出電壓就是對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量全部為1時(shí)的輸出電壓。 對(duì)于n位D/A轉(zhuǎn)換器，分辨率可表示為： 分辨率 121n 位數(shù)越多，能夠分辨的最小輸出電壓變化量就越小，分辨率就越高。也可用位數(shù)n來表示分辨率。2021-10-1516 D/A轉(zhuǎn)換器從輸入數(shù)字量到轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的模擬輸出電壓所需要的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換速度。 不同的DAC其轉(zhuǎn)換速度也是不相同的，一般約在幾微秒到幾

6、十微秒的范圍內(nèi)。 2021-10-1517 轉(zhuǎn)換精度是指電路實(shí)際輸出的模擬電壓值和理論輸出的模擬電壓值之差。通常用最大誤差與滿量程輸出電壓之比的百分?jǐn)?shù)表示。通常要求D/A轉(zhuǎn)換器的誤差小于ULSB/2。 例如，某D/A轉(zhuǎn)換器滿量程輸出電壓為10V10V，如果誤差為1%，就意味著輸出電壓的最大誤差為0.1V。百分?jǐn)?shù)越小，精度越高。 轉(zhuǎn)換精度是一個(gè)綜合指標(biāo)，包括零點(diǎn)誤差、增益誤差等，它不僅與D/A轉(zhuǎn)換器中元件參數(shù)的精度有關(guān)，而且還與環(huán)境溫度、集成運(yùn)放的溫度漂移以及D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)。2021-10-1518 通常把D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓值與理想輸出電壓值之間偏差的最大值定義為非線性誤差。 D/A轉(zhuǎn)

7、換器的非線性誤差主要由模擬開關(guān)以及運(yùn)算放大器的非線性引起。 在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化而變化的量，稱為DAC的溫度系數(shù)。 一般用滿刻度的百分?jǐn)?shù)表示溫度每升高一度輸出電壓變化的值。 2021-10-1519 常用的集成DAC有有AD7520、DAC0832、DAC0808、DAC1230、MC1408、AD7524等，這里僅對(duì)AD7520作簡要介紹。 1、 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832 DAC0832DAC0832是常用的集成是常用的集成DACDAC，它是用，它是用CMOSCMOS工藝制成的工藝制成的雙列直插式單片八位雙列直插式單片八位DACDAC，可以直接與，可以直接與Z8

8、0Z80、80808080、80858085、MCS51MCS51等微處理器相連接。其結(jié)構(gòu)框圖和管腳排等微處理器相連接。其結(jié)構(gòu)框圖和管腳排列圖如圖列圖如圖7.17.1所示。所示。 2021-10-1520圖 8.5D7D6D5D4D3D2D1D0D7Q7D78位輸入鎖存器DAC寄存器Q78位DACLE1LE1ILE(a)CSWR1WR2XFERUREFIOUT2IOUT1RfbAGNDVCCDGND1234567891011121314151617181920DAC0832(b)CSWR1AGNDD3D2D1D0UREFRfbDGNDIOUT2VCCILEWR2XFERD4D5D6D7IOUT

9、12021-10-1521 DAC0832DAC0832由八位輸入寄存器、八位由八位輸入寄存器、八位DACDAC寄存器和八寄存器和八位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器三大部分組成。轉(zhuǎn)換器三大部分組成。 它有兩個(gè)分別控制的數(shù)據(jù)它有兩個(gè)分別控制的數(shù)據(jù)寄存器，可以實(shí)現(xiàn)兩次緩沖，所以使用時(shí)有較大的靈活寄存器，可以實(shí)現(xiàn)兩次緩沖，所以使用時(shí)有較大的靈活性，可根據(jù)需要接成不同的工作方式。性，可根據(jù)需要接成不同的工作方式。 DAC0832DAC0832中采用的是倒中采用的是倒T T型型R R-2-2R R電阻網(wǎng)絡(luò)，無運(yùn)算電阻網(wǎng)絡(luò)，無運(yùn)算放大器，是電流輸出，使用時(shí)需外接運(yùn)算放大器。芯放大器，是電流輸出，使用時(shí)需外接運(yùn)算放大

10、器。芯片中已經(jīng)設(shè)置了片中已經(jīng)設(shè)置了R Rfbfb, , 只要將只要將9 9號(hào)管腳接到運(yùn)算放大器號(hào)管腳接到運(yùn)算放大器輸出端即可。但若運(yùn)算放大器增益不夠，還需外接反輸出端即可。但若運(yùn)算放大器增益不夠，還需外接反饋電阻。饋電阻。DAC0832DAC0832芯片上各管腳的名稱和功能說明如芯片上各管腳的名稱和功能說明如下：下： 2021-10-1522 ： 片選信號(hào)，片選信號(hào)， 輸入低電平有效。輸入低電平有效。 ILE： 輸入鎖存允許信號(hào)，輸入鎖存允許信號(hào)， 輸入高電平有效。輸入高電平有效。 ： 輸入數(shù)據(jù)選通信號(hào)，輸入數(shù)據(jù)選通信號(hào)， 輸入低電平有效。輸入低電平有效。 ： 數(shù)據(jù)傳送選通信號(hào)，數(shù)據(jù)傳送選通信

11、號(hào)， 輸入低電平有效。輸入低電平有效。 ： 數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)，數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)， 輸入低電平有效。輸入低電平有效。 D0D7：八位輸入數(shù)據(jù)信號(hào)。：八位輸入數(shù)據(jù)信號(hào)。 IOUT1：DAC輸出電流輸出電流1。此輸出信號(hào)一般作為運(yùn)算放。此輸出信號(hào)一般作為運(yùn)算放大器的一個(gè)差分輸入信號(hào)（一般接反相端）。大器的一個(gè)差分輸入信號(hào)（一般接反相端）。 FERX1WR2WRCS2021-10-1523 V VCCCC： 數(shù)字部分的電源輸入端。數(shù)字部分的電源輸入端。 UCCUCC可在可在+5V+5V到到 +15V+15V范圍內(nèi)選取。范圍內(nèi)選取。 DGNDDGND： 數(shù)字電路地。數(shù)字電路地。 AGNDAGND： 模擬

12、電路地。模擬電路地。 結(jié)合圖結(jié)合圖7.2(a)7.2(a)可以看出轉(zhuǎn)換器進(jìn)行各項(xiàng)功能時(shí)，可以看出轉(zhuǎn)換器進(jìn)行各項(xiàng)功能時(shí)，對(duì)控制信號(hào)電平的要求如表對(duì)控制信號(hào)電平的要求如表7.17.1所示。所示。 DAC0832DAC0832的使用有三種工作方式：雙緩沖器型、的使用有三種工作方式：雙緩沖器型、單緩沖器型和直通型。如圖單緩沖器型和直通型。如圖7.27.2所示。所示。 2021-10-1524D7D6RfbIOUT1IOUT2選 通 1選 通 2W R2W R1 5 VVC CILEUR EFA G N DD G N DCSXFER(a )RFUD7D6RfbIOUT1IOUT2選 通 1選 通 2W

13、R2W R1 5 VVC CILEUR EFA G N DD G N DCSXFER(b )RFUD0D0D7D6RfbIOUT1IOUT2W R2W R1 5 VVC CILEUR EFA G N DD G N DCSXFER(c)RFUD02021-10-1525功能功能 說明說明數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)輸入D7D0到寄存器到寄存器01WR1=0時(shí)存入數(shù)據(jù)時(shí)存入數(shù)據(jù)WR2=1時(shí)鎖定時(shí)鎖定數(shù)據(jù)有寄存器數(shù)據(jù)有寄存器1轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)送寄存器送寄存器20WR2=0時(shí)存入數(shù)據(jù)時(shí)存入數(shù)據(jù)WR2=1時(shí)鎖定時(shí)鎖定從輸出端去模擬從輸出端去模擬量量無控制信號(hào)，隨時(shí)無控制信號(hào)，隨時(shí)可取可取CSILE1WRFERX2WR 雙緩沖器型如

14、圖雙緩沖器型如圖7.2(a)所示。首先所示。首先 接低電平，將輸入接低電平，將輸入數(shù)據(jù)先鎖存在輸入寄存器中。當(dāng)需要數(shù)據(jù)先鎖存在輸入寄存器中。當(dāng)需要D/A轉(zhuǎn)換時(shí)，再將轉(zhuǎn)換時(shí)，再將接低電平，接低電平， 將數(shù)據(jù)送入將數(shù)據(jù)送入DAC寄存器中并進(jìn)行轉(zhuǎn)換，工作方式寄存器中并進(jìn)行轉(zhuǎn)換，工作方式為兩級(jí)緩沖方式。為兩級(jí)緩沖方式。 CS2WR2021-10-1526 單緩沖器型如圖單緩沖器型如圖8-2(b)8-2(b)所示。所示。DACDAC寄存器處于常通寄存器處于常通狀態(tài)，當(dāng)需要狀態(tài)，當(dāng)需要D/AD/A轉(zhuǎn)換時(shí)，將轉(zhuǎn)換時(shí)，將 接低電平，使輸入接低電平，使輸入數(shù)據(jù)經(jīng)輸入寄存器直接存入數(shù)據(jù)經(jīng)輸入寄存器直接存入DACD

15、AC寄存器中并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。寄存器中并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。工作方式為單緩沖方式，即通過控制一個(gè)寄存器的鎖工作方式為單緩沖方式，即通過控制一個(gè)寄存器的鎖存，達(dá)到使兩個(gè)寄存器同時(shí)選通及鎖存。存，達(dá)到使兩個(gè)寄存器同時(shí)選通及鎖存。 直通型如圖直通型如圖8-28-2（c c）所示。兩個(gè)寄存器都處于常）所示。兩個(gè)寄存器都處于常通狀態(tài)，輸入數(shù)據(jù)直接經(jīng)兩寄存器到通狀態(tài)，輸入數(shù)據(jù)直接經(jīng)兩寄存器到DACDAC進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，故工作方式為直通型。故工作方式為直通型。 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，實(shí)際應(yīng)用時(shí)， 要根據(jù)控制系統(tǒng)的要求來選擇工作要根據(jù)控制系統(tǒng)的要求來選擇工作方式方式1WR2021-10-15272. 2. D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器AD7

16、520 AD7520是10位的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，與微處理器完全兼容。該芯片以接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易、通用性好、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。 2021-10-1528圖8-3 AD7520內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖該芯片只含倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)、電流開關(guān)和反饋電阻，不含運(yùn)算放大器，輸出端為電流輸出。具體使用時(shí)需要外接集成運(yùn)算放大器和基準(zhǔn)電壓源。2021-10-1529圖8-4 AD7520外引腳圖 D0D9：數(shù)據(jù)輸入端IOUT1：電流輸出端1IOUT2：電流輸出端2Rf：10K反饋電阻引出端Vcc：電源輸入端UREF：基準(zhǔn)電壓輸入端GND：地。2021-10-1530分辨率：10位線性誤差：(1/2)LS

17、B（LSB表示輸入數(shù)字量最低位），若用輸出電壓滿刻度范圍FSR的百分?jǐn)?shù)表示則為0.05%FSR。轉(zhuǎn)換速度：500ns溫度系數(shù)：0.001%/AD7520的主要性能參數(shù)如下：2021-10-153110位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器從全“0”加到全“1”，電路的模擬輸出電壓uo由0V增加到最大值。如果計(jì)數(shù)脈沖不斷，則可在電路的輸出端得到周期性的鋸齒波。 2. 應(yīng)用舉例 （組成鋸齒波發(fā)生器） 圖8-5AD7520組成的鋸齒波發(fā)生器 圖8-6AD7520組成的鋸齒波發(fā)生器 2021-10-1532P196P1967.27.27.5(1)7.5(1)7.77.72021-10-15332021-10-1534A/

18、D轉(zhuǎn)換目標(biāo)：將時(shí)間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散、幅值也離散的數(shù)字信號(hào)。四個(gè)步驟：采樣、保持、量化、編碼。 1. 采樣與保持 （1）將一個(gè)時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散的模擬量稱為采樣。 2021-10-1535圖7-7 采樣過程示意圖 取樣定理：設(shè)取樣脈沖s(t)的頻率為fS，輸入模擬信號(hào)x(t)的最高頻率分量的頻率為fmax，必須滿足 fs 2fmaxy(t)才可以正確的反映輸入信號(hào)(從而能不失真地恢復(fù)原模擬信號(hào))。通常取fs （2.53）fmax 。 2021-10-1536 （2）由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，在每次采樣以后，需要把采樣電壓保持一段時(shí)間。 s(t)有效

19、期間，開關(guān)管VT導(dǎo)通，uI向C充電，uO (=uc)跟隨uI的變化而變化；s(t)無效期間，開關(guān)管VT截止，uO (=uc)保持不變，直到下次采樣。（由于集成運(yùn)放A具有很高的輸入阻抗，在保持階段，電容C上所存電荷不易泄放。） 圖7-8 采樣保持電路及輸出波形2021-10-1537數(shù)字量最小單位所對(duì)應(yīng)的最小量值叫做量化單位。將采樣保持電路的輸出電壓歸化為量化單位的整數(shù)倍的過程叫做量化。用二進(jìn)制代碼來表示各個(gè)量化電平的過程，叫做編碼。一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)只能表示2n個(gè)量化電平，量化過程中不可避免會(huì)產(chǎn)生誤差，這種誤差稱為量化誤差。量化級(jí)分得越多（n越大），量化誤差越小。 2021-10-1538劃分量

20、化電平的兩種方法（a）量化誤差大；（b）量化誤差小 2021-10-1539 直接A/D轉(zhuǎn)換器：并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器 間接A/D轉(zhuǎn)換器：雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器 電壓轉(zhuǎn)換型A/D轉(zhuǎn)換器 1. 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器天平稱重過程：砝碼（從最重到最輕），依次比較，保留/移去，相加。 逐次比較思路：不同的基準(zhǔn)電壓砝碼。 2021-10-1540圖7-9 逐次逼近型ADCADC電路框圖 CPD n-1D n-2 D n-3D1D0u0 (V)uIuO？01 0 0 000.5UREF1（D n-1為1）/0（D n-1為0）1D n-1 1 0 000.75/0.25UREF1（

21、D n-2為1）/0（D n-2為0）2D n-1 D n-2 1 001（D n-3為1）/0（D n-3為0）n-1D n-1D n-2 D n-3D111（D 0為1）/0（D 0為0）基準(zhǔn)電壓UREFn位A/D轉(zhuǎn)換器 電路由啟動(dòng)脈沖啟動(dòng)后:2021-10-15418位A/D轉(zhuǎn)換器，輸入模擬量uI=6.84V，D/A轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓 UREF=10V。相對(duì)誤差僅為0.06%。轉(zhuǎn)換精度取決于位數(shù)。CPD7D6D5D4D3D2D1D0u0 (V)uIuO010000000511110000007.502101000006.2513101100006.87504101010006. 562515

22、101011006.7187516101011106.79687517101011116.83593751uIuO為1否則為0 2021-10-1542圖7-10 8位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器波形圖 2021-10-1543 基本原理：對(duì)輸入模擬電壓uI和基準(zhǔn)電壓-UREF分別進(jìn)行積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時(shí)間間隔T2，然后在這個(gè)時(shí)間間隔里對(duì)固定頻率的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果N就是正比于輸入模擬信號(hào)的數(shù)字量信號(hào)。 （1）電路組成2021-10-1544圖7-11 雙積分型ADCADC電路 積分器： Qn=0，對(duì)被測電壓uI進(jìn)行積分； Qn=1，對(duì)基準(zhǔn)電壓-UREF進(jìn)行積分。 檢零比較

23、器C：當(dāng)uO0時(shí)，uC0； 當(dāng)uO0時(shí)，uC1。 計(jì)數(shù)器：為n1位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。第一次計(jì)數(shù)，是從0開始直到2n對(duì)CP脈沖計(jì)數(shù)，形成固定時(shí)間T12nTc（Tc為CP脈沖的周期），T1時(shí)間到時(shí)Qn1，使S1從A點(diǎn)轉(zhuǎn)接到B點(diǎn)。第二次計(jì)數(shù)，是將時(shí)間間隔T2變成脈沖個(gè)數(shù)N保存下來。 時(shí)鐘脈沖控制門G1：當(dāng)uC =1時(shí)，門G1打開，CP脈沖通過門G1加到計(jì)數(shù)器輸入端。2021-10-1545積分器： Qn=0，對(duì)被測電壓uI進(jìn)行積分；Qn=1，對(duì)基準(zhǔn)電壓-UREF進(jìn)行積分。檢零比較器C：當(dāng)uO0時(shí)，uC0；當(dāng)uO0時(shí)，uC1。 計(jì)數(shù)器：為n1位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。第一次計(jì)數(shù)，是從0開始直到2n對(duì)CP脈沖

24、計(jì)數(shù)，形成固定時(shí)間T12nTc（Tc為CP脈沖的周期），T1時(shí)間到時(shí)Qn1，使S1從A點(diǎn)轉(zhuǎn)接到B點(diǎn)。第二次計(jì)數(shù)，是將時(shí)間間隔T2變成脈沖個(gè)數(shù)N保存下來。時(shí)鐘脈沖控制門G1：當(dāng)uC =1時(shí)，門G1打開，CP脈沖通過門G1加到計(jì)數(shù)器輸入端。 （1）電路組成2021-10-1546 （2）工作原理 圖7-12 雙積分型ADC的工作波形 先定時(shí)（T1）對(duì)uI正向積分，得到Up，UpuI； 再對(duì)UREF積分，積分器的輸出將從Up線性上升到零。這段積分時(shí)間是T2，T2UpuI； 在T2期間內(nèi)計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘脈沖CP計(jì)得的個(gè)數(shù)為N，NT2UpuI 。 由于這種轉(zhuǎn)換需要兩次積分才能實(shí)現(xiàn)，因此稱該電路為雙積分型AD

25、C。 2021-10-1547 準(zhǔn)備階段：轉(zhuǎn)換控制信號(hào)CR0，將計(jì)數(shù)器清0，并通過G2接通開關(guān)S2，使電容C放電；同時(shí)，Qn0使S1接通A點(diǎn)。2021-10-1548 采樣階段：當(dāng)t0時(shí)，CR變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)S2斷開，積分器從0開始對(duì)uI積分，積分器的輸出電壓從0V開始下降，即tIOdtuRCu012021-10-1549與此同時(shí)，由于uO0，故uC1，G1被打開，CP脈沖通過G1加到FF0上，計(jì)數(shù)器從0開始計(jì)數(shù)。直到當(dāng)tt1時(shí)，F(xiàn)F0FFn-1都翻轉(zhuǎn)為0態(tài)，而Qn翻轉(zhuǎn)為1態(tài)，將S1由A點(diǎn)轉(zhuǎn)接到B點(diǎn)，采樣階段到此結(jié)束。若CP脈沖的周期為Tc，則T12nTc。 2021-10-1550設(shè)UI為輸

26、入電壓在T1時(shí)間間隔內(nèi)的平均值，則第一次積分結(jié)束時(shí)積分器的輸出電壓為 ICnIIPURCTURCTdtuRCUT211012021-10-1551 比較階段：在t=t1時(shí)刻，S1接通B點(diǎn)，-UREF加到積分器的輸入端，積分器開始反向積分，uO開始從Up點(diǎn)以固定的斜率回升，若以t1算作0時(shí)刻，此時(shí)有tREFICnREFPOtRCUURCTdtURCUu02)(12021-10-1552當(dāng)tt2時(shí)，uO正好過零，uC翻轉(zhuǎn)為0，G1關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。在T2期間計(jì)數(shù)器所累計(jì)的CP脈沖的個(gè)數(shù)為N，且有T2NTC。 2021-10-1553 若以t1算作0時(shí)刻，當(dāng)tT2時(shí)，積分器的輸出uO0，此時(shí)則有

27、2021-10-1554ICnREFURCTTRCU22IREFCnUUTT22可見，T2UI。 由于T T1 12 2n nTcTc，所以有IREFUUTT122021-10-1555 結(jié)論：可見，NUIuI，實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換，N為轉(zhuǎn)換結(jié)果。 IREFnCUUTTN22 第一，如果減小uI（即圖7-12中的uI），則當(dāng)tT1時(shí)，uOUp，顯然UpUp，從而有T2T2； 第二，T1的時(shí)間長度與uI的大小無關(guān)，均為2nTc； 第三，第二次積分的斜率是固定的，與Up的大小無關(guān)。 由于T2NTc，所以 2021-10-1556 優(yōu)點(diǎn)1：抗干擾能力強(qiáng)。積分采樣對(duì)交流噪聲有很強(qiáng)的抑制能力；如果選擇采樣時(shí)

28、間T1為20ms的整數(shù)倍時(shí)，則可有效地抑制工頻干擾。 缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度較慢。完成一次A/D轉(zhuǎn)換至少需要（T1T2）時(shí)間，每秒鐘一般只能轉(zhuǎn)換幾次到十幾次。因此它多用于精度要求高、抗干擾能力強(qiáng)而轉(zhuǎn)換速度要求不高的場合。 優(yōu)點(diǎn)2：具有良好的穩(wěn)定性，可實(shí)現(xiàn)高精度。由于在轉(zhuǎn)換過程中通過兩次積分把UI和UREF之比變成了兩次計(jì)數(shù)值之比，故轉(zhuǎn)換結(jié)果和精度與R、C無關(guān)。2021-10-15571.分辨率 分辨率是指A/DA/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的最低位變化一個(gè)數(shù)碼時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入模擬量的變化量。 通常以ADCADC輸出數(shù)字量的位數(shù)表示分辨率的高低，因?yàn)槲粩?shù)越多，量化單位就越小，對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力也就越高。 例如，輸

29、入模擬電壓滿量程為10V10V，若用8 8位ADCADC轉(zhuǎn)換時(shí)，其分辨率為10V/210V/28 839mV39mV，1010位的ADCADC是9.76mV9.76mV，而1212位的ADCADC為2.44mV2.44mV。 2021-10-1558 轉(zhuǎn)換誤差表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量與理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。通常以輸出誤差的最大值形式給出。 轉(zhuǎn)換誤差也叫相對(duì)精度或相對(duì)誤差。轉(zhuǎn)換誤差常用最低有效位的倍數(shù)表示。 例如某ADC的相對(duì)精度為(1/2)LSB，這說明理論上應(yīng)輸出的數(shù)字量與實(shí)際輸出的數(shù)字量之間的誤差不大于最低位為的一半。 2021-10-15593. 轉(zhuǎn)換速度 完成一次A/D

30、A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間叫做轉(zhuǎn)換時(shí)間，轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，則轉(zhuǎn)換速度越快。 雙積分ADCADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間在幾十毫秒至幾百毫秒之間； 逐次比較型ADCADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間大都在10105050s s之間； 并行比較型ADCADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)10ns10ns。 2021-10-1560 集成A/DA/D轉(zhuǎn)換器規(guī)格品種繁多，常見的有ADC0804、ADC0809、MC14433等。 1. ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809是一種逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器。 2021-10-1561 ADC0809是常見的集成是常見的集成ADC。它是采用。它是采用CMOS工藝制成的八位八通道單片工藝制成的八位八通道單片A

31、/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，采用逐次逼近型采用逐次逼近型ADC，適用于分辨率較高而轉(zhuǎn)，適用于分辨率較高而轉(zhuǎn)換速度適中的場合。換速度適中的場合。 ADC0809的結(jié)構(gòu)框圖及管腳排列圖如圖的結(jié)構(gòu)框圖及管腳排列圖如圖7.13所示。它由八路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、所示。它由八路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、ADC、三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成。、三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成。 2021-10-1562集成集成ADC0809電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 2021-10-1563 ADC0809的管腳排列圖的管腳排列圖2021-10-1564 芯片上各引腳的名稱和功能如下：芯片上各引腳的名稱和功能如下： ININ0

32、 0ININ7 7: : 八路單端模擬輸入電壓的輸入端。八路單端模擬輸入電壓的輸入端。 URUR(+) (+) 、URUR(-)(-)：基準(zhǔn)電壓的正、負(fù)極輸入端。由此輸：基準(zhǔn)電壓的正、負(fù)極輸入端。由此輸入基準(zhǔn)電壓，其中心點(diǎn)應(yīng)在入基準(zhǔn)電壓，其中心點(diǎn)應(yīng)在UCC/2UCC/2附近，偏差不應(yīng)超過附近，偏差不應(yīng)超過0.1V0.1V。 STARTSTART: : 啟動(dòng)脈沖信號(hào)輸入端。當(dāng)需啟動(dòng)啟動(dòng)脈沖信號(hào)輸入端。當(dāng)需啟動(dòng)A/DA/D轉(zhuǎn)換過程轉(zhuǎn)換過程時(shí)，在此端加一個(gè)正脈沖，脈沖的上升沿將所有的內(nèi)部時(shí)，在此端加一個(gè)正脈沖，脈沖的上升沿將所有的內(nèi)部寄存器清零，下降沿時(shí)開始寄存器清零，下降沿時(shí)開始A/DA/D轉(zhuǎn)換過程。轉(zhuǎn)換過程。 ADDAADDA、ADDBADDB、ADDCADDC: : 模擬輸入通道的地址選擇線。模擬輸入通道的地址選擇線。 2021-10-1565 ALE: 地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)?shù)刂锋i存允許信號(hào)，高電平有效。當(dāng)ALE=1時(shí)，時(shí)，將地址信號(hào)