第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換-資料下載頁
2025-07-20 13:31本頁面
【正文】 0Q0FF1Q1FF1?nQ1?nFFnQnFF+ + + + amp。 CPDRCVBVDVRCIV?REFV☆ 過零比較器： 當(dāng)積分器輸出； VB0時， VC=0 封鎖與門， CP 不能加給計數(shù)器。 當(dāng)積分器輸出； VB≤0時， VC=1 與門開放， CP加到計數(shù)器，計數(shù)器開始計數(shù)。 ☆ 時鐘控制與門： ☆ 計數(shù)器和定時器 其中 FF0~FFn1為 M=2n典型異步加法計數(shù)器。 CP接前級輸出。 FFn為定時觸發(fā)器。 Qn Qn1 ┅ Q1 Q0 0 0 ┅ 0 0 0 0 ┅ 0 1 ┇ ┇ ┅ ┇ ┇ 0 1 ┅ 1 1 1 0 ┅ 0 0 1 0 ┅ 0 1 ┇ ┇ ┅ ┇ ┇ 1 1 1 1 1 n級計數(shù)器 定時 S接 VI S接 VREF=VR ☆ 工作過程： 在清零信號 /RD的作用下 ， 所有觸發(fā)器置0,Qn=0,開關(guān) S接輸入 VI,積分器對輸入進(jìn)行積分 。n位計數(shù)器開始計數(shù) ， 當(dāng)計數(shù)器計到 2n+1個脈沖Qn由 0→ 控制開關(guān) S接－ VR， 積分器對基準(zhǔn)電壓進(jìn)行二次積分 。 計數(shù)器又從 0開始計數(shù) 。 VA S RV?0 0 1REFIVV?011 DDD n ???=0 53 采樣階段 以正極性 VI為例，定量說明雙積分 A/D工作過程。工作過程分為兩個階段。 一、采樣階段： ★ 在啟動脈沖的作用下，全部觸發(fā)器置 0，由于 Qn=0, 開關(guān) S接 VI，積分器對 VI進(jìn)行積分，積分輸出為： dtVRCV t IB ??? 01★ 由于 VB0，零值比較器輸出VC=1,CP通過與門加到計數(shù)器，n位二進(jìn)制計數(shù)器從 0開始計數(shù)，一直計到 2n個脈沖后： CPn TTt 21 ??TCP:標(biāo)準(zhǔn)時鐘周期 dtvRC t I??011 2n CPTT?★ n位計數(shù)器又全部返回到 0，定時觸發(fā)器 Qn由 0→1 ，使開關(guān) S接基準(zhǔn)電壓VREF， VREF=VR，采樣結(jié)束。 ★ 采樣結(jié)束時的積分電壓為： ICPnITIBOB VRCTVRCTdtVRCVV21 101 ??????? ?ICPn VRCT2?采樣結(jié)束時：積分器輸出電壓 VB和輸入模擬電壓 VI成正比關(guān)系。 VI VR tnQtAVtBVCVtDVt054 二、比較階段 ICPn VRCT2?dtvRC t I??01★ 由于采樣結(jié)束時： Qn=1，開關(guān) S接－ VR，積分器對 VR進(jìn)行積分。（積分器負(fù)向積分）積分電壓為： ? ?dtVRCVV tT RBOB ? ???11? ?12 TtRCVVRCT RICPn ?? ＋＝22 TRCVVRCT RICPn ＋＝ ?★ 當(dāng) VB積分電壓逐步上升至： VB≥0，過零比較器 VC=0，與門封鎖，計數(shù)器停止計數(shù)。 ★ 假設(shè)二次積分時，計數(shù)器記錄了 M個脈沖： CPMTT ?2★ 二次積分結(jié)束時， VB=0,代入二次積分電壓表達(dá)式： 02 2 ??? TRCVVRCTV RICPnB ＋02 ??? CPRICPn MTRCVVRCT ＋ IRn VVM2?可見 M個脈沖和 VI成正比， M所對應(yīng)的二進(jìn)制碼即為數(shù)字量輸出，這樣通過二次積分實現(xiàn)了對輸入信號的 A/D轉(zhuǎn)換。 比較階段 采樣階段 nQAVBVCVDVtttttVI VR 1 2n CPTT? 2T55 RC無關(guān)，從而消除了積分非線性帶來的誤差。 A/D轉(zhuǎn)換器在 T1時間內(nèi)采的是輸入電壓的平均值，因此具有很強(qiáng)的抗工頻干擾的能力。 3. 只要求時鐘源在一個轉(zhuǎn)換周期時間內(nèi)保持穩(wěn)定即可。 電路特點 56 （ 1） 分辨率 A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示 。 它說明A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力 。 位數(shù)越多 ， 誤差越小 ， 轉(zhuǎn)換精度越高 。 例如 ， 輸入模擬電壓的變化范圍為 0～ 5V， 輸出 8位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為 5V 2－ 8＝ 20mV；而輸出 12位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為 5V 2－ 12≈。 （ 2） 轉(zhuǎn)換誤差 A/D轉(zhuǎn)換器實際輸出數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別 。 常用最低有效位的倍數(shù)表示 。 （ 3） 轉(zhuǎn)換時間 轉(zhuǎn)換時間是指從接到轉(zhuǎn)換控制信號開始 ， 到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出信號所經(jīng)過的這段時間 。 它與轉(zhuǎn)換電路的類型有關(guān) 。 并行比較 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最快 ， 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器次之 ， 間接 A/D轉(zhuǎn)換器的速度最慢 （ 如雙積分 A/D轉(zhuǎn)換器 ） 。 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 57 集成 A/D轉(zhuǎn)換器及應(yīng)用 58 ★ 引腳功能 ◆ IN0~IN7:模擬輸入。 ◆ VR(+)和 VR():外輸入基準(zhǔn)電壓的正端和負(fù)端，基準(zhǔn)電壓的中心點應(yīng)在 VCC/2附近，其偏差不應(yīng)超過 177。 。 59 ◆ ADDC、 ADDB、 ADDA：模擬輸入端選通地址輸入。 ◆ ALE:地址鎖存允許信號輸入端。高有效。 ◆ D7~D0:數(shù)碼輸出。 ◆ OE:輸出允許信號 ， 高有效 。 即當(dāng) OE=1時 ， 打開輸出鎖存器的三態(tài)門 ， 將數(shù)據(jù)送出 。 ◆ CLK:時鐘脈沖輸入端。一般在此端加 500KHZ的時鐘信號。 ◆ START:啟動信號。 為了啟動 A/D轉(zhuǎn)換過程，在此端加一個正脈沖，脈沖的上升沿將內(nèi)部的寄存器全部清零，在其下降沿開始 A/D轉(zhuǎn)換過程。 ◆ EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號。 在 START信號上升沿之后 1~8個時鐘周期內(nèi)， EOC信號變?yōu)榈碗娖?。?dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)可以讀出時，EOC變?yōu)楦唠娖健? 60 ADDA L ES T A RTE O CDOE★ 主要技術(shù)指標(biāo) 分辨率：八位。 轉(zhuǎn)換時間： 100μ S。 功耗： 15mW。 電源： 5V。 ★ 工作時序 ALE:地址鎖存允許信號輸入端。高有效。 START:啟動信號。 脈沖的上升沿將內(nèi)部的寄存器全部清零，在其下降沿開始 A/D轉(zhuǎn)換過程。 EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號。 在 START信號上升沿之后 1~8個時鐘周期內(nèi)， EOC信號變?yōu)榈碗娖?。?dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)可以讀出時， EOC變?yōu)楦唠娖健? OE:輸出允許信號 數(shù)據(jù)信號 61 ? 使用 A/D轉(zhuǎn)換器時應(yīng)注意以下幾點： (1) 轉(zhuǎn)換過程各信號的時序配合 集成 A/D轉(zhuǎn)換器及應(yīng)用 (2) 接地 模擬電路電源 模擬電路 A/D 轉(zhuǎn)換器 數(shù)字電路電源 數(shù)字電路 A ?A/D、 D/A及采樣保持芯片上都提供了獨立的模擬地 (AGND)和數(shù)字地 (DGND)的引腳。 ?模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中要特別注意到地線的正確連接，否則干擾很嚴(yán)重，以致影響轉(zhuǎn)換結(jié)果的準(zhǔn)確性。 ?在線路設(shè)計中，必須將所有器件的模擬地和數(shù)字地分別相連，然后將模擬地與數(shù)字地僅在一點上相連接。 62 ADC的典型應(yīng)用 集成 A/D轉(zhuǎn)換器及應(yīng)用 63 A/D轉(zhuǎn)換器的功能是將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成一組多位的二進(jìn)制數(shù)字輸出。不同的 A/D轉(zhuǎn)換方式具有各自的特點。并聯(lián)比較型 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，主要缺點是要使用的比較器和觸發(fā)器很多，隨著分辨率的提高，所需元件數(shù)目按幾何級數(shù)增加。雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器的性能比較穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高，具有很高的抗干擾能力，電路結(jié)構(gòu)簡單，其缺點是工作速度較低，在對轉(zhuǎn)換精度要求較高，而對轉(zhuǎn)換速度要求較低的場合，如數(shù)字萬用表等檢測儀器中，得到了廣泛的應(yīng)用逐次逼近型 A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率較高、誤差較低、轉(zhuǎn)換速度較快，在一定程度上兼顧了以上兩種轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點，因此得到普遍應(yīng)用。 本節(jié)小結(jié)
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