《常见ADC转换器及应用.ppt

第8章 A/D扩展 学习指南 一个实际的单片机应用系统，要控制和监视被控对象就不可避免的要和被测对象进行信息交换。信息的格式主要有两种：模拟量和数字量。由于单片机只能处理数字量，所以必须首先将模拟量经过A/D转换变成数字量，才能处理。单片机应用系统如何扩展A/D实现这一功能，这就是本章所讨论的主要问题。 8.1 A/D的原理、分类、及特性 一个实际的单片机应用系统，一般都采用单片机来控制和监视被控对象，不可避免的要和被测对象进行信息交换。信息的格式主要有两种：即模拟量和数字量。由于单片机只能处理数字量，所以必须首先将模拟量经过一定电路转换成数字量，单片机才能处理，这种电路被称为A/D转换电路。 A/D转换的常用方法有：积分式A/D转换、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及V-F型。 8.1.1 积分式A/D 积分式A/D转换的工作原理是将对输入电压的测量转换成对基准源积分时间的测量,再测量时间（脉冲宽度信号）或频率（脉冲频率），然后由定时器/计数器获得数字值。其原理类似于中国古代沙漏计时的原理，先在沙漏里放一定重量的沙，让其按一定速度流走，计算流出沙的重量，就可以估计时间。这种方法的主要优点是用简单电路就能获得高分辨率，所以成本低、精度高，抗干扰能力强；主要缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。 8.1.2 逐次比较型A/D 逐次比较型A/D由一个比较器和D/A转换器通过逐次比较逻辑构成，顺序的增加内部D/A的输入值，并将其输出电压与A/D测量输入电压比较，当二者相等时，内部D/A的输入值就是A/D转换的结果。其原理类似于天平称重，不断增加砝码，当天平平衡时，砝码的重量就是被测物体的重量。这种方法的优点是速度较高、功耗低；缺点是抗干扰能力差。 8.1.3 并行比较型/串并行比较型A/D 并行比较型A/D采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称Flash（快速）型。由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频A/D转换器等速度特别高的领域。 串并行比较型A/D结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型A/D转换器配合D/A转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Half?flash（半快速）型。还有分成三步或多步实现A/D转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型A/D，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型A/D，现代的分级型A/D中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类A/D速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。 8.1.4 Σ-Δ调制型A/D Σ-Δ型A/D由积分器、比较器、1位D/A转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换成时间（脉冲宽度）信号，用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做到高分辨率，主要用于音频和测量。 8.1.5 电容阵列逐次比较型A/D 电容阵列逐次比较型A/D在内置D/A转换器中采用电容矩阵方式，也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列D/A转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片A/D转换器。最近的逐次比较型A/D转换器大多为电容阵列式的。 8.1.6 V-F型A/D V-F型（Voltage-Frequency?Converter）是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种A/D的分辨率几乎可以无限增加，只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。其优点是分辨率高、功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成A/D转换。 8.2 并行A/D的扩展 并行A/D的扩展是本章最重要的内容，并行A/D的扩展涉及单片机应用系统三总线结构的扩展，其实质是将A/D作为输入外设进行扩展。特别是ADC0809的扩展，常作为本章的重点考试内容，理解和掌握它，也就理解和掌握A/D扩展的实质。 单片机并行A/D扩展须注意的问题主要有：地址的确定、结果输入方式的确定。 单片机并行A/D扩展地址的确定，将再在具体的芯片扩展中给出，主要方法和I/O口扩展一章所述相同。 ? 1．ADC0809的主要特性 ADC0809的主要特性如下： l??????? 分辨率为8位； l??????? 最大不可调误差小于±1LSB； l??????? 转换时间为当CLK＝500kHz时，128uS l??????? 不必进行零点和满刻度调整； l??????? 功耗为15mw； l??????? 单一+5V供电，模拟输入范围