數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

1、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)與智能化儀表中，用數(shù)字方法處理模擬信號時(shí)，必須先將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。這是因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和智能化儀表中，被測物理量如溫度、壓力、流量、位移、速度等都是模擬量，而這些數(shù)字系統(tǒng)只能接收數(shù)字量，所以，必須首先把傳感器（有時(shí)需要通過變換器）輸出的物理量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，然后再送到數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以便實(shí)現(xiàn)控制或進(jìn)行顯示。同樣，在數(shù)字通信和遙測技術(shù)中，發(fā)送端也要把模擬量變成數(shù)字量的形式，以便發(fā)送出去。能夠把模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量的器件叫模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（簡稱A/D轉(zhuǎn)換器）。反過來，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)處理后的數(shù)字量輸出一般不能直接用以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還必須把數(shù)字量轉(zhuǎn)變成模擬量；

2、數(shù)字通信系統(tǒng)也需在接收端把數(shù)字量還原成模擬量。這些都必須由數(shù)字-模擬轉(zhuǎn)換器（簡稱D/A轉(zhuǎn)換器）來完成。可見，A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器是計(jì)算機(jī)應(yīng)用于自動化生產(chǎn)過程的必須器件，也是智能儀表和數(shù)字通信系統(tǒng)中不可少的器件。D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器中的模擬量在電路中多以電流或電壓的形式出現(xiàn)，因此轉(zhuǎn)換器的類型很多，這里只介紹典型的數(shù)字-電壓轉(zhuǎn)換器和電壓-數(shù)字轉(zhuǎn)換器。由于A/D轉(zhuǎn)換是在D/A轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的，所以先討論D/A轉(zhuǎn)換器。10.1 數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)D/A轉(zhuǎn)換器是將輸入的二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓或電流形式的模擬量輸出。因此，D/A轉(zhuǎn)換器可以看作是一個(gè)譯碼器。一般線性D/A轉(zhuǎn)換器，其輸出模擬電

3、壓u和輸入數(shù)字量D之間成正比關(guān)系，即uO=KD式中K為常數(shù)，D為二進(jìn)制數(shù)字量，D=Dn-1Dn-2D0。D/A轉(zhuǎn)換器的一般結(jié)構(gòu)如圖10-1所示。圖中數(shù)據(jù)鎖存器用來暫時(shí)存放輸入的數(shù)字信號。n位鎖存器的并行輸出分別控制n個(gè)電子開關(guān)的工作狀態(tài)。通過電子開關(guān)，將參考電壓按權(quán)關(guān)系加到電阻解碼網(wǎng)絡(luò)。并非所有的D/A轉(zhuǎn)換器都具有這幾個(gè)部分，但虛框內(nèi)的部分是必不少的。現(xiàn)在我們來討論如何把一個(gè)二進(jìn)制的數(shù)值D轉(zhuǎn)換成一個(gè)模擬電壓uO，這是D/A轉(zhuǎn)換的典型問題。一種簡單的解決方法是，用二進(jìn)制數(shù)的每一位數(shù)碼按權(quán)大小產(chǎn)生一個(gè)電壓，此電壓的值正比于對應(yīng)位碼的權(quán)值。例如，位Dn-1=1時(shí)產(chǎn)生電壓2n-1K伏、Dn-1=0時(shí)產(chǎn)

4、生電壓0伏，即位Dn-1產(chǎn)生的電壓為Dn-12n-1K伏；位Dn-2產(chǎn)生的電壓為Dn-12n-2K伏；位D0產(chǎn)生的電壓為D020K伏；以上K為定常系數(shù)。然后，把這些電壓簡單地加起來，結(jié)果就是，uO=Dn-12n-1K+Dn-22n-2K+D020K=K(Dn-12n-1+Dn-22n-2+D020)=KD圖10-2就是按這種方法實(shí)現(xiàn)的D/A轉(zhuǎn)換器，實(shí)際上，這是一個(gè)加權(quán)加法運(yùn)算電路。圖中電阻網(wǎng)絡(luò)與二進(jìn)制數(shù)的各位權(quán)相對應(yīng)，權(quán)越大對應(yīng)的電阻值越小，故稱為權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)。圖中VR為穩(wěn)恒直流電壓，是D/A轉(zhuǎn)換電路的參考電壓。n路電子開關(guān)Si由n位二進(jìn)制數(shù)D的每一位數(shù)碼Di來控制，Di=0時(shí)開關(guān)Si將該路電阻

5、接通“地端”，Di=1時(shí)Si將該路電阻接通參考電壓VR。集成運(yùn)算放大器作為求和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的緩沖，主要是為了減少輸出模擬信號負(fù)載變化的影響，并將電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出。圖10-2中，因A點(diǎn)“虛地”，VA=0，各支路電流分別為又因放大器輸入端“虛斷”，所以， 圖10-2權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器In-1+In-2+ I0= If以上各式聯(lián)立得，從上式可見，輸出模擬電壓uO的大小與輸入二進(jìn)制數(shù)的大小成正比，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器電路簡單，但該電路在實(shí)現(xiàn)上有明顯缺點(diǎn)，各電阻的阻值相差較大，尤其當(dāng)輸入的數(shù)字信號的位數(shù)較多時(shí)，阻值相差更大。這樣大范圍的阻值，要保證每個(gè)都有很高的精度是極其

6、困難的，不利于集成電路的制造。為了克服這一缺點(diǎn)，D/A轉(zhuǎn)換器廣泛采用T型和倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器。10.1.1 倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器圖10-3為T型電阻網(wǎng)絡(luò)4位D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖。圖中電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)是由R和2R兩種阻值的電阻組成T型電阻網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)算放大器構(gòu)成電壓跟隨器，圖中略去了數(shù)據(jù)鎖存器，電子開關(guān)S3、S2、S1、S0在二進(jìn)制數(shù)D相應(yīng)位的控制下或者接參考電壓VR（相應(yīng)位為1）或者接地（相應(yīng)位為0）。當(dāng)電子開關(guān)S3、S2、S1、S0全部接地時(shí)，從任一節(jié)點(diǎn)a、b、c、d向其左下看的等效電阻都等于R。下面利用疊加原理和戴維蘭定理來求轉(zhuǎn)換器的輸出uO。當(dāng)D0單獨(dú)作用時(shí)，T型電阻網(wǎng)絡(luò)如圖10-

7、4a）所示。把a(bǔ)點(diǎn)左下等效成戴維蘭電源，如圖10-4b）所示；然后依次把b點(diǎn)、c點(diǎn)、d點(diǎn)它們的左下電路等效成戴維蘭電源時(shí)分別如圖10-4 c）、d）、e）所示。由于電壓跟隨器的輸入電阻很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于R，所以，D0單獨(dú)作用時(shí)d點(diǎn)電位幾乎就是戴維蘭電源的開路電壓D0VR/16，此時(shí)轉(zhuǎn)換器的輸出uO（0）=D0VR/16當(dāng)D1單獨(dú)作用時(shí)，T型電阻網(wǎng)絡(luò)如圖10-5(a)所示，其d點(diǎn)左下電路的戴維蘭等效如圖7-5(b)所示。同理，D2單獨(dú)作用時(shí)d點(diǎn)左下電路的戴維蘭等效電源如圖10-5(c）所示；D3單獨(dú)作用時(shí)d點(diǎn)左下電路的戴維蘭等效電源如圖7-5d）所示。故D1、D2、D3單獨(dú)作用時(shí)轉(zhuǎn)換器的輸出分別為u

8、O（1）=D1VR/8uO（2）=D2VR/4uO（3）=D3VR/2利用疊加原理可得到轉(zhuǎn)換器的總輸出為uO=uO（0）+uO（1）+uO（2）+uO（3）=（D020+D121+D222+D323）可見，輸出模擬電壓正比于數(shù)字量的輸入。推廣到n位，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出為uO=T型電阻網(wǎng)絡(luò)由于只用了R和2R兩種阻值的電阻，其精度易于提高，也便于制造集成電路。但也存在以下缺點(diǎn)：在工作過程中，T型網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)于一根傳輸線，從電阻開始到運(yùn)放輸入端建立起穩(wěn)定的電流電壓為止需要一定的傳輸時(shí)間，當(dāng)輸入數(shù)字信號位數(shù)較多時(shí)，將會影響D/A轉(zhuǎn)換器的工作速度。另外，電阻網(wǎng)絡(luò)作為轉(zhuǎn)換器參考電壓VR的負(fù)載電阻將會隨二進(jìn)制數(shù)

9、D的不同有所波動，參考電壓的穩(wěn)定性可能因此受到影響。所以實(shí)際中，常用下面的倒T型D/A轉(zhuǎn)換器。10.1.2 倒T型網(wǎng)絡(luò)DAC圖10-6為倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器原理圖。由于P點(diǎn)接地、N點(diǎn)虛地，所以不論數(shù)碼D0、D1、D2、D3是0還是1，電子開關(guān)S0、S1、S2、S3都相當(dāng)于接地，因此，圖中各支路電流I0、I1、I2、I3和IR大小不會因二進(jìn)制數(shù)的不同而改變。并且，從任一節(jié)點(diǎn)a、b、c、d向左上看的等效電阻都等于R，所以流出VR的總電流為IR=VR/R，而流入各2R支路的電流依次為I3=IR /2I2=I3 /2=IR /4I1=I2 /2=IR /8I0=I1 /2=IR /16流入運(yùn)算放

10、大器反相端的電流為Iout1=D0I0+D1I1+D2I2+D3I3=(D020+D121+D222+D323)IR /16運(yùn)算放大器的輸出電壓為uO=-Iout1Rf= -(D020+D121+D222+D323)IR Rf /16若Rf=R，并將IR=VR/R代入上式，則有uO=-（D020+D121+D222+D323）可見，輸出模擬電壓正比于數(shù)字量的輸入。推廣到n位，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出為uO=-倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)也只用了R和2R兩種阻值的電阻，但和T型電阻網(wǎng)絡(luò)相比較，由于各支路電流始終存在且恒定不變，所以各支路電流到運(yùn)放的反相輸入端不存在傳輸時(shí)間，因此具有較高的轉(zhuǎn)換速度。10.1.3 DA

11、C的主要技術(shù)指標(biāo)1滿量程滿量程是輸入數(shù)字量全為1時(shí)再在最低位加1時(shí)的模擬量輸出。它是個(gè)理論值，可以趨近，但永遠(yuǎn)達(dá)不到。如果輸出模擬量是電壓量，則滿量程電壓用uFs表示；如果輸出模擬量是電流量，則滿量程電流用IFs表示。2分辨率D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率是指單位數(shù)字量的變化所引起的模擬量的變化，通常定義為滿量程電壓與2n之比值，也可用滿量程的百分?jǐn)?shù)來表示。當(dāng)輸入數(shù)字量最低有效位變化1時(shí)，對應(yīng)輸出可分辨的電壓u與滿量程電壓uFs之比，就是分辨率，即分辨率=可見，分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)n有關(guān)，故常用位數(shù)來表示D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率，如8位D/A轉(zhuǎn)換器、10位D/A轉(zhuǎn)換器等。D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)

12、對輸入量的微小變化反應(yīng)越靈敏。3轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度是實(shí)際輸出值與理論計(jì)算值之差。這種差值越小，轉(zhuǎn)換精度越高。轉(zhuǎn)換過程中存在各種誤差，包括靜態(tài)誤差和溫度誤差。靜態(tài)誤差主要由以下幾種誤差構(gòu)成：非線性誤差。 D/A轉(zhuǎn)換器每相鄰數(shù)碼對應(yīng)的模擬量之差應(yīng)該都是相同的，即理想轉(zhuǎn)換特性應(yīng)為直線。如圖10-8實(shí)線所示，實(shí)際轉(zhuǎn)換時(shí)特性可能如圖10-8(a）中虛線所示，我們把在滿量程范圍內(nèi)偏離轉(zhuǎn)換特性的最大誤差叫非線性誤差，它與最大量程的比值稱為非線性度。漂移誤差，又叫零位誤差。 它是由運(yùn)算放大器零點(diǎn)漂移產(chǎn)生的誤差。當(dāng)輸入數(shù)字量為0時(shí)，由于運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移，輸出模擬電壓并不為0。這使輸出電壓特性與理想電壓特性產(chǎn)生

13、一個(gè)相對位移，如圖10-8(b）中的虛線所示。零位誤差將以相同的偏移量影響所有的碼。比例系數(shù)誤差，又叫增益誤差。 它是轉(zhuǎn)換特性的斜率誤差。一般地，由于VR是D/A轉(zhuǎn)換器的比例系數(shù)，所以，比例系數(shù)誤差一般是由參考電壓VR的偏離而引起的。比例系數(shù)誤差如圖7-8(c)中的虛線所示，它將以相同的百分?jǐn)?shù)影響所有的碼。溫度誤差通常是指上述各靜態(tài)誤差隨溫度的變化。 4. 建立時(shí)間從數(shù)字信號輸入DAC起，到輸出電流（或電壓）達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間為建立時(shí)間。建立時(shí)間的大小決定了轉(zhuǎn)換速度。除上述各參數(shù)外，在使用D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)還應(yīng)注意它的輸出電壓特性。由于輸出電壓事實(shí)上是一串離散的瞬時(shí)信號，要恢復(fù)信號原來的時(shí)域連續(xù)

14、波形，還必須采用保持電路對離散輸出進(jìn)行波形復(fù)原。此外還應(yīng)注意D/A的工作電壓、輸出方式、輸出范圍和邏輯電平等等。7.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)10.2.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換的一般步驟A/D轉(zhuǎn)換是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換過程須通過取樣、保持、量化和編碼四個(gè)步驟完成。1采樣和保持 采樣（也稱取樣）是將時(shí)間上連續(xù)變化的信號轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的信號，即將時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為一系列等間隔的脈沖，脈沖的幅度取決于輸入模擬量,其過程如圖圖10-9所示。圖中ui(t)為輸入模擬信號，S(t)為采樣脈沖，uO(t)為取樣輸出信號。在取樣脈沖作用期內(nèi)，取樣開關(guān)接通，使輸出uO(t) = ui(t)，在其它時(shí)間內(nèi)

15、，輸出輸出uO(t) = 0。因此，每經(jīng)過一個(gè)取樣周期TS，對輸入信號取樣一次，在輸出端便得到輸入信號的一個(gè)取樣值。為了不失真地恢復(fù)原來的輸入信號，根據(jù)取樣定理，一個(gè)頻率有限的模擬信號，其取樣頻率fS=1/TS必須大于等于輸入模擬信號包含的最高頻率fmax的兩倍，即取樣頻率必須滿足：fS2 fmax模擬信號經(jīng)采樣后，得到一系列樣值脈沖。采樣脈沖寬度一般是很短暫的，而要把每一個(gè)采樣的窄脈沖信號數(shù)字化，應(yīng)在下一個(gè)采樣脈沖到來之前暫時(shí)保持所取得的樣值脈沖幅度，以便A/D轉(zhuǎn)換器有足夠的時(shí)間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。把每次采樣的模擬信號存儲到下一個(gè)采樣脈沖到來之前的過程,稱為保持。因此，在取樣電路之后須加保持電路。圖1

16、0-10（a）是一種常見的采樣保持電路，場效應(yīng)管V為采樣門，電容C為保持電容，運(yùn)算放大器為跟隨器，起緩沖隔離作用。在取樣脈沖S(t)到來的時(shí)間內(nèi)，場效應(yīng)管V導(dǎo)通，輸入模擬量ui(t)向電容C充電；假定充電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于，那么電容C上的充電電壓能及時(shí)跟上ui(t)的采樣值。采樣結(jié)束，場效應(yīng)管V迅速截止，電容C上的充電電壓就保持了前一取樣時(shí)間內(nèi)的輸入ui(t)的值，一直保持到下一個(gè)取樣脈沖到來為止。當(dāng)下一個(gè)取樣脈沖到來，電容C上的電壓再按輸入ui(t)變化。在輸入一連串取樣脈沖序列后，取樣保持電路的緩沖放大器輸出電壓uO(t)便得到如圖10-10b）所示的波形。2量化和編碼輸入的模擬電壓經(jīng)過采樣保

17、持后，得到的是階梯波。一方面，由于階梯的幅度是任意的，將會有無限個(gè)數(shù)值，而另一方面，由于數(shù)字量的位數(shù)有限，只能表示有限個(gè)數(shù)值(n位數(shù)字量只能表示2n個(gè)數(shù)值)，因此，必須將采樣后的樣值電平歸化到與之接近的離散電平上，這個(gè)過程稱為量化。量化后，需用二進(jìn)制數(shù)碼來表示各個(gè)量化電平，這個(gè)過程稱為編碼。量化與編碼電路是A/D轉(zhuǎn)換器的核心組成部分。量化過程中，這個(gè)指定的離散電平稱為量化電平。相鄰兩個(gè)量化電平之間的差值稱為量化間隔S，位數(shù)越多，量化等級越細(xì)，S就越小。取樣保持后未量化的uO(t)值與量化電平Uq值的差值稱為量化誤差，即= uO(t)-Uq。量化的方法一般有兩種：只舍不入法和有舍有入法。只舍不入

18、法是將取樣保持信號uO(t)不足一個(gè)S的尾數(shù)舍去，取其原整數(shù)。這種方法總為正值，且maxS。有舍有入法是，當(dāng)uO(t)的尾數(shù)S/2時(shí)用舍尾取整法得其量化值；當(dāng)uO(t)的尾數(shù)S/2時(shí)，用舍尾入整法得其量化值。這種方法可正可負(fù)，但是|max|=S/2?？梢?，它要比第一種方法誤差要小。A/D轉(zhuǎn)換器的類型有多種，可以分為直接A/D轉(zhuǎn)換器和間接A/D轉(zhuǎn)換器兩大類。在直接A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入的模擬信號直接被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號；而在間接A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入的模擬信號先被轉(zhuǎn)換成某種中間變量（如時(shí)間t、頻率f等），然后再將中間變量轉(zhuǎn)換為最后的數(shù)字量。10.2.2 并行比較型ADC并行A/D轉(zhuǎn)換器是一種直接型

19、A/D轉(zhuǎn)換器，圖10-11所示為三位的并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖。它由電壓比較器，寄存器和編碼器三部分構(gòu)成。圖中電阻分壓器把參考電壓VR分壓，得到七個(gè)量化電平（VRVR），這七個(gè)量化電平分別作為七個(gè)電壓比較器C7C1的比較基準(zhǔn)。模擬量輸入vI同時(shí)接到七個(gè)電壓比較器的同相輸入端，與這七個(gè)量化電平同時(shí)進(jìn)行比較。若vI大于比較器的比較基準(zhǔn)，則比較器的輸出COi=1，否則COi=0。比較器表10-1 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的輸入與輸出關(guān)系模 擬 量 輸 入比較器的輸出狀態(tài)C07 C06 C05 C04 C03 C02 C01數(shù)字量輸出D2 D1 D00vIVR0 0 0 0 0 0 00 0 0V

20、RvIVR00000010 0 1VRvIVR00000110 1 0VRvIVR00001110 1 1VRvIVR00011111 0 0VRvIVR00111111 0 1VRvIVR01111111 1 0VRvIVR11111111 1 1的輸出結(jié)果由七個(gè)D觸發(fā)器暫時(shí)寄存（在時(shí)鐘脈沖CP的作用下）以供編碼用。最后由編碼器輸出數(shù)字量。模擬量輸入與比較器的狀態(tài)及輸出數(shù)字量的關(guān)系如表7-2所示。在上述A/D轉(zhuǎn)換中，輸入模擬量同時(shí)加到所有比較器的同相輸入端，從模擬量輸入到數(shù)字量穩(wěn)定輸出的經(jīng)歷的時(shí)間為比較器、D觸發(fā)器和編碼器的延遲時(shí)間之和。在不考慮各器件延遲時(shí)間的誤差，可認(rèn)為三位數(shù)字量輸出是同

21、時(shí)獲得的，因此，稱上述A/D轉(zhuǎn)換器為并行A/D轉(zhuǎn)換器。并行A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間僅取決于各器件的延遲時(shí)間和時(shí)鐘脈沖寬度。所以，并行A/D轉(zhuǎn)換器是轉(zhuǎn)換速度最快的一種A/D轉(zhuǎn)換器。但該電路的所需元件數(shù)目會隨轉(zhuǎn)換器輸出位數(shù)的增多呈幾何級數(shù)增加。例如，一個(gè)8位并行A/D轉(zhuǎn)換器需要28-1=255個(gè)比較器、255個(gè)觸發(fā)器、256個(gè)電阻等等，編碼電路也隨轉(zhuǎn)換器的輸出位數(shù)增多而變得相當(dāng)復(fù)雜。因此，制造高分辨率的集成并行A/D轉(zhuǎn)換器比較困難。故這種A/D轉(zhuǎn)換器適用于要求高速轉(zhuǎn)換且對精度要求較低的場合。10.2.3 逐位逼近型ADC1轉(zhuǎn)換原理逐位逼近型A/D轉(zhuǎn)換器也是一種直接型A/D轉(zhuǎn)換器，這種轉(zhuǎn)換器的原理圖如

22、圖10-12所示，其內(nèi)部包含一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器。這種轉(zhuǎn)換器是將模擬量輸入vI與一系列由D/A轉(zhuǎn)換器輸出的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較而獲得的。比較是從高位到低位逐位進(jìn)行的，并依次確定各位數(shù)碼是1還是0。轉(zhuǎn)換開始前，先將逐位逼近寄存器（SAR）清0，開始轉(zhuǎn)換后，控制邏輯將寄存器（SAR）的最高位置1，使其輸出為100000的形式，這個(gè)數(shù)碼被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓uO送至電壓比較器作為比較基準(zhǔn)、與模擬量輸入vI進(jìn)行比較。若uOvI，說明寄存器輸出的數(shù)碼大了，應(yīng)將最高位改為0（去碼），同時(shí)將次高位置1，使其輸出為010000的形式；若uOvI，說明寄存器輸出的數(shù)碼還不夠大，因此，除了將最高位設(shè)置的1保留

23、（加碼）外，還需將次高位也設(shè)置為1，使其輸出為110000的形式。然后，再按上面同樣的方法繼續(xù)進(jìn)行比較，確定次高位的1是去碼還是加碼。這樣逐位比較下去，直到最低位止，比較完畢后，寄存器中的狀態(tài)就是轉(zhuǎn)化后的數(shù)字輸出。2轉(zhuǎn)換電路圖10-13就是一個(gè)四位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯原理圖。圖中四個(gè)觸發(fā)器FF3FF0組成逐次逼近寄存器（SAR），兼作輸出寄存器；五位移位寄存器既可進(jìn)行并入/并出操作，也可作進(jìn)行串入/串出操作。移位寄存器的并入/并出操作是在其使能端G由0變1時(shí)進(jìn)行的（使QAQBQCQDQCQE=ABCDE），串入/串出操作是在其時(shí)鐘脈沖CP上升沿作用下按SINQAQBQCQDQCQE順序右

24、移進(jìn)行的。注意，圖中SIN接高電平，始終為1。開始轉(zhuǎn)換時(shí)，啟動信號一路經(jīng)門G1反相后首先使觸發(fā)器FF2、FF1、FF0、FF-1均復(fù)位為0，同時(shí)，另一路直接加到移位寄存器的使能端G使G由0變1、QAQBQCQDQCQE=01111，QA=0又使觸發(fā)器FF3置位為1，這樣在啟動信號到來時(shí)輸出寄存器被設(shè)成Q3Q2Q1Q0=1000。緊接著，一方面，D/A轉(zhuǎn)換器把數(shù)字量1000轉(zhuǎn)換成模擬電壓量uO，比較器把該電壓量與輸入模擬量vI進(jìn)行比較，若vIuO，則比較器輸出CO=1，否則CO=0，比較結(jié)果CO被同時(shí)送至逐次逼近寄存器（SAR）的各個(gè)輸入端。另一方面，由于在啟動信號下降沿Q4置1，G2打開，這樣

25、在下一個(gè)脈沖到來時(shí)，移位寄存器輸出QAQBQCQDQCQE=10111，QB=0又使觸發(fā)器FF2置位，Q2由0變1，為觸發(fā)器FF3接收數(shù)據(jù)提供了時(shí)鐘脈沖，從而將CO的結(jié)果保存在Q3中，實(shí)現(xiàn)了Q3的去碼或加碼；此時(shí)其它觸發(fā)器FF1、FF0由于沒有時(shí)鐘脈沖，狀態(tài)不會發(fā)生變化。經(jīng)過這一輪循環(huán)后Q3Q2Q1Q0=1100（CO=1）或Q3Q2Q1Q0=0100（CO=0）。在下一輪循環(huán)中，D/A轉(zhuǎn)換器再一次把Q3Q2Q1Q0=1100（CO=1）或Q3Q2Q1Q0=0100（CO=0）這個(gè)數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓量，以便再次比較，。如此反復(fù)進(jìn)行，直到QE=0時(shí)才將最低位Q0的狀態(tài)確定，同時(shí)，觸發(fā)器FF4復(fù)位，Q4由1變0，封鎖了G2，標(biāo)志著轉(zhuǎn)換結(jié)束。注意，圖中每一位觸發(fā)器的CP端都是和低一位的輸出端相連，這樣，每一位都只是在低一位由0置1時(shí)，才有一次接收數(shù)據(jù)的機(jī)會（去碼或加碼）。逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度高，速度快，轉(zhuǎn)換時(shí)間固定，易與微機(jī)接口，應(yīng)用較廣。常見的ADC0809就屬于這種A/D轉(zhuǎn)換器。以上討論了直接型A/D轉(zhuǎn)換器，它們的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，但轉(zhuǎn)換精度受分壓電阻、基準(zhǔn)電壓及比