《单片机原理及应用》课件1第9章.pptVIP

图9-7逐次逼近型A/D转换器的工作原理将一待测信号Ua与一个D/A产生的信号Ud相比较，根据Ud大于还是小于输入电压Ua来决定是增大还是减小D/A输入的数字量，以便向模拟输入信号Ua逼近。当Ud与模拟输入信号Ua相等时，向D/A转换器输入的数字量就是对应模拟输入信号的数字量。其比对的过程是：使二进制计数器中(输出锁存器)的每一位从最高位(MSB)起依次置1，每接一位时，都要进行对比测试。若Ua??Ud，则比较器输出为0，并使该位为0；若Ua??Ud，则比较器输出为1，并使该位保持为1。无论哪种情况，均继续比较下一位，直到完成LSB的转换，此时所产生的DAC输出逼近输入电压的±LSB/2。当每一位都确定后，转换结果将被锁存到SAR并作为ADC输出。这一类型A/D的优点如下：?高速，采样速率可达1MSPS(MillionSamplesPerSecond，每秒百万采样率)；与其它ADC相比，功耗相当低。?在分辨率低于12位时，价格较低。其缺点如下：?在高于12位分辨率的情况下，价格较高。?传感器产生的信号在进行模/数转换之前需进行调理，包括增益和滤波，这样会明显增加成本。9.3.2双积分型A/D转换原理双积分型A/D也是应用比较广泛的一类转换器。它的基本原理是，通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔；同时，在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数，从而实现A/D转换。其原理图如图9-8所示。图9-8双积分型A/D转换器的工作原理双积分型A/D转换器由电子开关、积分器、比较器、计数器和逻辑门等组成。其工作分为两个阶段：第一阶段为采样期；第二阶段为比较期。通过两次积分和计数器的计数，可以得到模拟信号的数字值，积分示意如图9-9所示。首先，启动信号启动电路运行，逻辑控制门将电子开关打到被测模拟输入电压Ua端，积分器从0V开始在固定时间T1内对Ua积分(称为定时积分)，积分输出终值与Ua成正比；然后，逻辑控制门又将电子开关切换到极性与Ua相反的标准电压Ub上，反相积分，因为标准电压Ub是恒定值，所以积分输出将以T1期间积分的值为基准，以恒定的斜率下降(称为定值积分)。同时，在逻辑控制单元的作用下，计数器清零并重新开始对时钟脉冲计数，直至积分器输出到达零，使计数器停止计数。此时，逻辑控制电路输出“数据有效”的状态信号，从而从计数器的输出端得到转换结果。图9-9双积分型A/D转换器工作原理此外，由于电路的输入端采用了积分器，因而对交流噪声的干扰有很强的抑制能力。若把积分器定时积分的时间取为工频信号的整数倍，则可把由工频噪声引起的误差减到最小，从而有效地抑制电网的工频干扰。这类A/D主要应用于低速、精密测量等领域，如数字电压表。其优点是：?分辨率高，可达22位。?功耗低、成本低。其缺点是：?转换速率低，转换速率在12位时为100～300sps(samplespersecond，每秒采样率)。9.3.3A/D转换器的主要性能1.分辨率A/D转换器的分辨率表示输出数字量变化一个数码所需要输入模拟信号的变化量，常以A/D转换结果的二进制位数表示。例如，分辨率为8位的A/D转换器，表示该转换器的输入数据可以用28个二进制数进行量化。如果输入的电压满量程为5V，则该A/D转换器可以分辨的输入电压变化的最小值为2.量化误差量化误差是指由A/D转换器的有限分辨率引起的误差。在不计其它误差的情况下，一个分辨率有限的A/D转换器的阶梯曲线与具有无限分辨率的A/D转换器的特性曲线(直线)之间的最大偏差，称为量化误差，理论上为单位数字量的一半，即LSB/2。提高分辨率可以减小量化误差。3.转换精度A/D转换器的转换精度反映了一个实际A/D转换器在量化值上与理想A/D转换器的差值，可以用绝对误差或者相对误差来表示。4.转换速率A/D转换器的转换速率是指每秒可以进行A/D转换的次数。一次转换时间就是转换速率的倒数。9.4A/D转换器常用芯片及应用实例这里选用ADC0809为例进行A/D转换的实例设计。9.4.1ADC0809概述ADC0809是一种8位逐次逼近型A/D转换器，包括8位的模/数转换器，8通道多路转换器和与微处理器兼容的控制逻辑。8通道多路转换器能直接连通8个单端模拟信号中的任何一个。ADC0809的内部结构图如图9-10所示。片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可对8路0～5V的输入模拟电压信号分时进行转换。片内具有多路开关的地址锁存器和译码器，有8位A/D