将模拟电压成正比地转换成数字量 (2).ppt

* 10.2 A/D 转换器 (1)A/D功能: 将模拟电压成正比地转换成数字量 A/D UI 输入模拟电压 D7~D0 输出数字量 0 ~ 5V~分辨率:5V/255=0.0196V/ 每1个最低有效位 A/D功能及分类 ① 并联比较型 特点: 转换速度快,转换时间 10ns ~1?s ② 逐次逼近型 特点: 转换速度中,转换时间 几?s ~100 ?s ③ 双积分型 特点: 转换速度慢,转换时间 几百?s ~几ms 根据内部电路不同,分为以下三类: (2)A/D转换器分类 10.2.1 A/D转换器的一般工作过程 1、A/D转换器的工作原理 模拟电子开关S在采样脉冲CPS的控制下重复接通、 断开的过程。S接通时，ui(t)对C充电，为采样过程； S断开时，C上的电压保持不变，为保持过程。在 保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路 转换成一组n位的二进制数输出。 t0时刻S闭合，CH被迅速充电，电路处于采样阶段。由于两个放大器的增益都为1，因此这一阶段uo跟随ui变化，即uo＝ui。t1时刻采样阶段结束，S断开，电路处于保持阶段。若A2的输入阻抗为无穷大，S为理想开关，则CH没有放电回路，两端保持充电时的最终电压值不变，从而保证电路输出端的电压uo维持不变。 2、采样与保持 2、采样与保持 3、量化与编码 将取样－保持电路的输出电压，按某种近 似方式归化到与之相应的离散电平上，这一转 化过程称为数值量化，简称量化。 量化后的数值最后还须通过编码过程用 一个代码表示出来，这一过程称为编码。 10.2.2 并行比较型A/D转换器 0≤ui＜VREF/15时，7个比 较器输出全为0，CP到来 后，7个触发器都置0。经 编码器编码后输出的二进 制代码为d2d1d0＝000。 VREF/15≤ui＜3VREF/15时， 7个比较器中只有C1输出 为1，CP到来后，只有触 发器FF1置1，其余触发器 仍为0。经编码器编码后 输出的二进制代码为 d2d1d0=001。 3VREF/15≤ui＜5VREF/15 时，比较器C1、C2输出为1，CP到来后，触发器FF1、FF2置1。经编码器编码后输出的二进制代码为d2d1d0＝010。 5VREF/15≤ui＜7VREF/15时，比较器C1、 C2、 C3输出为1，CP到来后，触发器FF1、 FF2、 FF3置1。经编码器编码后输出的二进制代码为d2d1d0=011。 依此类推，可以列出ui为不同等级时寄存器的状态及相应的输出二进制数。 其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量： 砝码重 第一次 第二次 第三次 第四次 加4克 加2克 加1克 8 克 砝码总重 待测重量Wx ，故保留 砝码总重仍 待测重量Wx ，故保留 砝码总重 待测重量Wx ，故撤除 砝码总重 ＝ 待测重量Wx ，故保留 暂时结果 8 克 12 克 12 克 13 克 结 论 10.2.3 逐次比较型A/D转换器 原理框图 10.2.3 逐次比较型A/D转换器 － ＋ ＋ 1 0 0 0 1 0 0 0 D / A ux (待转换的模拟电压) uo uc 控 制 逻 辑 数码寄存器 移位寄存器 时钟 清 0、置数 清 0、置数 CP、(移位命令) “1”状态是否保留 控制端 原理框图 转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为100…0。这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与ui进行比较。若ui＜uo，说明数字过大了，故将最高位的1清除；若ui ＞ uo，说明数字还不够大，应将这一位保留。然后，再按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。 基本原理 3位逐次逼近型A/D转换器 　　转换开始前，先使Q1=Q2=Q3=Q4=0，Q5=1，第一个CP到来后，Q1=1，Q2=Q3=Q4=Q5=0，于是FFA被置1，FFB和FFC被置0。这时加到D/A转换器输入端的代码为100，并在D/A转换器的输出端得到相应的模拟电压输出uo。uo和ui在比较器中比较，当若ui＞uo时，比较器输出uc=1；当ui≤uo时，uc=0。 　　第二个CP到来后，环形计数器右移一位，变成Q2=1，Q1=Q3=Q4=Q5=0