单片机第9章课件详解.ppt

第9章 数模转换器与模数转换器 本章学习目标 了解数模转换器的工作原理及性能指标 掌握模数转换器的应用 了解数模转换器的工作原理及性能指标 掌握数模转换器的应用 ;随着数字电子技术及计算机技术的广泛普及与应用，数字信号的传输与处理日趋普遍。 自然形态下的物理量多以模拟量的形式存在的，如温度、湿度、压力、流量、速度等，实际生产、生活和科学实验中还会遇到化学量、生物量（包括医学）等。 从信号工程的角度来看，要进行信号的计算机处理，上述所有的物理量、化学量和生物量等都需要使用相应的传感器，将其转换成电信号（称之为模拟量） 将模拟量转换为计算机能够识别处理的数字量，而后再进行信号的传输、处理、存储、显示和控制。;同样，计算机控制外部设备时，如电动调节阀、调速系统等，需要将计算机输出的数字信号变换成外设能够接受的模拟信号。 将模拟量转换成数字量的器件称为模数转换器（Analog to Digital Converter，ADC），也称为A/D转换器或者ADC器件； 将数字量转换成模拟量的器件称为数模转换器（Digital to Analog Converter，DAC），也称为D/A转换器。;以单片机为核心，具有模拟量输入和输出的应用系统结构如图所示。 ;传感器和变送器的区别 检测仪表在模拟电子技术条件下，一般是包括传感器、检测点取样设备及放大器（进行抗干扰处理及信号传输），当然还有电源及现场显示部分（可选择）。 传感器是一种把非电量转变成电信号的器件。 电信号一般分为连续量、离散量两种，实际上还可分成模拟量、开关量、脉冲量等。 ;模拟信号一般采用4-20mA DC的标准信号传输。数字化过程中，常常把传感器和微处理器及通信网络接口封装在一个器件（称为检测仪表）中，完成信息获取、处理、传输、存贮等功能。 在自动化仪表中经常把检测仪表称为变送器，如温度变送器、压力变送器等。;本章内容安排 本章首先介绍模数转换器的工作原理及性能指标； 然后介绍模数转换器ADS7852与单片机的接口方法及编程应用，介绍STC15F2K60S2单片机片内集成模数转换模块的使用； 最后介绍数模转换器TLV5616与单片机的接口方法及编??应用。;§9.1模数转换器的工作原理及性能指标;1、逐次逼近式模数转换器的工作原理 逐次逼近式模数转换器电路框图如图所示。;逐次逼近式模数转换器主要由逐次逼近寄存器SAR、数字/电压转换器、比较器、时序及控制逻辑等部分组成。;工作过程 当模数转换器收到“转换命令”并清除SAR寄存器后，控制电路先设定SAR中的最高位为“1”，其余位为“0”，此预测数据被送至D/A转换器，转换成电压Vc。 然后将Vc与输入模拟电压Vx在高增益的比较器中进行比较，比较器的的输出为逻辑0或逻辑1。 如果Vx≥Vc，说明此位置“1”是对的，应予保留；如果VxVc，说明此位置“1”不合适，应予清除。 按该方法继续对次高位进行转换、比较和判断，决定次高位应取“1”还是取“0”。 重复上述过程，直至确定SAR最低位为止。 该过程完成后，状态线改变状态，表示已完成一次完整的转换，SAR中的内容就是与输入的模拟电压对应的二进制数字代码。 ;2、双积分式模数转换器的工作原理 双积分式模数转换器转换方法的抗干扰能力比逐次逼近式模数转换器强。 该方法的基础是测量两个时间： 一个是模拟输入电压向电容充电的固定时间 另一个是在已知参考电压下放电所需的时间 模拟输入电压与参考电压的比值就等于上述两个时间值之比。;双积分模数转换器的组成框图如图所示。;双积分式模数转换器优点 具有精度高、抗干扰能力强的特点，在实际工程中得到了使用。 由于逐次逼近式模数转换技术能很好的兼顾速度和精度，故在16位以下的模数转换器中得到了广泛应用。;二、模数转换器的性能指标 A/D转换器是实现单片机数据采集的常用外围器件。A/D转换器的品种繁多，性能各异，在设计数据采集系统时，首先碰到的问题就是如何选择合适的A/D转换器以满足系统设计的要求。 选择A/D转换器需要综合考虑多项因素，如系统技术指标、成本、功耗、安装等。;1、分辨率 分辨率是A/D转换器能够分辨最小信号的能力，表示数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。 分辨率越高，转换时对输入模拟信号变化的反应就越灵敏。;例如，8位A/D转换器能够分辨出满刻度的1/256，若满刻度输入电压为5V，则该8位A/D转换器能够分辨出输入电压变化的最小值为19.5mV。 分辨率常用A/D转换器输出的二进制位数表示。常见的A/D转换器有8位、10位、12位、14位和16位等。 ;一般把8位以下的ADC器件归为低分辨率ADC器件； 9~12位的ADC器件称为中分辨率ADC器件； 13位以上的ADC器件称为高分辨率ADC器件。 如何选择