電子技術(shù)與數(shù)字電路（第二版）13 模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器

第13章模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器

本章主要內(nèi)容(1)D/A和A/D轉(zhuǎn)換的基本知識(shí)

(2)D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)(3)A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)

13.1概述計(jì)算機(jī)能夠處理的是數(shù)字量信息。然而在現(xiàn)實(shí)世界中有很多信息并不都是數(shù)字量的，例如聲音、電壓、電流、流量、壓力、溫度、位移和速度等，它們都是連續(xù)變化的物理量。這些連續(xù)變化的物理量稱為模擬量。計(jì)算機(jī)是處理數(shù)字量信息的設(shè)備，要處理這些模擬量信息就必須有一個(gè)模擬接口，通過這個(gè)模擬接口，將模擬量信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信息，以供計(jì)算機(jī)運(yùn)算和處理；然后，再把計(jì)算機(jī)處理過的數(shù)字量信息轉(zhuǎn)換為模擬量信息，以實(shí)現(xiàn)對(duì)被控制量的控制。將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)模擬量的過程稱為數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)稱數(shù)/模轉(zhuǎn)換，或D/A轉(zhuǎn)換，完成這種轉(zhuǎn)換的裝置叫做D/A轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱DAC）；將模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)數(shù)字量的過程稱為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)稱模/數(shù)轉(zhuǎn)換，或A/D轉(zhuǎn)換,完成這種轉(zhuǎn)換的裝置叫做A/D轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱ADC）。A/D轉(zhuǎn)換和D/A轉(zhuǎn)換在控制系統(tǒng)和測(cè)量系統(tǒng)中有非常廣泛的用途，如圖13.1是一個(gè)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的方塊圖。圖13.1計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)在生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)的現(xiàn)場(chǎng)，有多種物理量，如生產(chǎn)過程中的各種參數(shù)，如溫度、壓力、流量等，它們先通過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)過濾波放大后送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器去，在那里模擬量被轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，再送給微型計(jì)算機(jī)。微型計(jì)算機(jī)對(duì)這些數(shù)字量進(jìn)行處理加工后，再由數(shù)/模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，在對(duì)這些模擬信號(hào)進(jìn)行一定的調(diào)理后，由執(zhí)行部件產(chǎn)生相關(guān)的控制信號(hào)去控制生產(chǎn)過程或?qū)嶒?yàn)裝置中的各種參數(shù)，這就形成了一個(gè)計(jì)算機(jī)閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。

14.2D/A轉(zhuǎn)換器14.2.1D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理D/A轉(zhuǎn)換器(DAC)一般由基準(zhǔn)電壓源、電阻解碼網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器和數(shù)據(jù)緩沖寄存器等部件組成。各種DAC都可用圖13.2所示的結(jié)構(gòu)框圖來概括，其中電阻解碼網(wǎng)絡(luò)是其核心部件，是任何一種DAC都必須具備的組成部分。圖13.2DAC結(jié)構(gòu)框圖1.權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器 （1）電路的構(gòu)成及各部分的作用權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器的電路原理圖如圖13.3所示，它由雙向電子開關(guān)、基準(zhǔn)電壓源、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器等部分組成。①雙向電子開關(guān)Sn-1,Sn-2,…,S1S0雙向電子開關(guān)通常由場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成，每位開關(guān)分別受對(duì)應(yīng)的輸入二進(jìn)制數(shù)碼bn-1,bn-2,…,b1b0的控制。每一位二進(jìn)制數(shù)碼bi(0或1)控制一個(gè)相應(yīng)的開關(guān)Si

(i=0,1,…,n-1)。當(dāng)bi=1時(shí)，開關(guān)上合，對(duì)應(yīng)的權(quán)電阻與基準(zhǔn)電壓源UR相接；當(dāng)bi=0時(shí)，開關(guān)下合，對(duì)應(yīng)的權(quán)電阻接“地”。數(shù)字量bn-1,bn-2,…,b1b0

來自一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖寄存器。圖13.3權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器電路原理圖②

基準(zhǔn)電壓源URUR是一個(gè)穩(wěn)定性很高的恒壓源。③

權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)R,2R,22R,23R,…流過權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)電阻的電流與對(duì)應(yīng)位的“權(quán)”成正比，這些分電流在權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出端∑處匯總加至運(yùn)算放大器的反相端，總電流I與輸入數(shù)字量成正比。

對(duì)應(yīng)的位越高，相應(yīng)的電阻值越?。╞n－1為最高位，電阻值20R最小）。由于電阻值和每一位的“權(quán)”相對(duì)應(yīng)，所以稱為權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)。④

運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成反相加法運(yùn)算電路。輸出電壓UO與I成正比，亦即與輸入數(shù)字量成正比。運(yùn)算放大器還能起緩沖作用，使UO輸出端負(fù)載變化時(shí)不影響I。調(diào)節(jié)反饋電阻Rf的大小，可以很方便地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換系數(shù)，使UO的數(shù)值符合實(shí)際需要。（2）定量分析(詳見教材P334)

例13.1設(shè)UR=－10V，試分別求出與二進(jìn)制數(shù)碼0001、0010、0100相對(duì)應(yīng)的模擬輸出量UO。

解

（1）與0001相對(duì)應(yīng)的模擬輸出量為

UO=10（0/21＋0/22＋0/23＋1/24）=0.625V（2）與0010相對(duì)應(yīng)的模擬輸出量為

UO=

10（0/21＋0/22＋1/23＋0/24）=1.25V（3）與0100相對(duì)應(yīng)的模擬輸出量為

UO=

10（0/21＋1/22＋0/23＋0/24）=2.5V

可見，輸出模擬量與輸入數(shù)字量成正比。2.倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器這種電路只用R和2R

兩種電阻來接成倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)。4位倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器如圖13.4所示。圖13.4倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器該電路的特點(diǎn)是：①

當(dāng)輸入數(shù)字量的任何一位為1時(shí)，對(duì)應(yīng)的開關(guān)將2R電阻支路接到運(yùn)算放大器的反相端；而當(dāng)該位為0時(shí)，對(duì)應(yīng)開關(guān)將2R電阻支路接地。因此，無論輸入數(shù)字信號(hào)每一位是“1”還是“0”，2R電阻要么接地，要么虛地，其中流過的電流保持恒定，這就從根本上消除了在動(dòng)態(tài)過程中產(chǎn)生尖峰脈沖的可能性。②

從每一節(jié)點(diǎn)向左看的等效電阻都是R。如從節(jié)點(diǎn)1向左看的等效電阻R1＝2R//2R＝R；從節(jié)點(diǎn)2向左看的等效電阻R2＝（R＋R）//2R＝R，…

。利用分壓原理，求得各節(jié)點(diǎn)電壓為：

U4＝URU3＝1/2URU2＝1/4UR

U1＝1/8UR各支路電流為：

I3＝U4/2R＝UR/2R

I2＝U3/2R＝UR/4R

I1＝U2/2R＝UR/8R

I0＝U1/2R＝UR/16R

流到∑點(diǎn)的總電流為：

I∑＝I3＋I(xiàn)2＋I(xiàn)1＋I(xiàn)0

＝UR/24R（23b3＋22b2＋21b1＋20b0）

若取Rf＝R，則輸出電壓為：

UO＝－I∑Rf＝－UR/24（23b3＋22b2＋21b1＋20b0）

＝－（UR/24）N

其中N＝23b3＋22b2＋21b1＋20b0為數(shù)字量的按權(quán)展開式。對(duì)于n位倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，則可寫出：

UO＝－UR/2n－1（2n－1b

n－1＋2n－2b

n－2＋…＋21b1＋20b0）

倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器是各種D/A轉(zhuǎn)換器中速度最快的一種，使用最為廣泛。

13.2.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

1.分辨率分辨率是指D/A轉(zhuǎn)換器的輸出模擬量對(duì)輸入數(shù)字量的敏感程度。一般有兩種表示法，一種是用輸入二進(jìn)制位數(shù)來表示，如分辨率為n位的D/A轉(zhuǎn)換器就是輸入的二進(jìn)制代碼為n位；另一種方法是以最低有效位(LSB)所對(duì)應(yīng)的模擬電壓值來表示。如果輸入為n位，則最低有效位所對(duì)應(yīng)的模擬電壓值是滿量程電壓的1/2n。若n=12，則分辨率為12位，或稱分辨率為滿量程電壓的1/4096，即12位D/A轉(zhuǎn)換器，其輸出分辨率為：1/212＝1/4096=0.0244%。2.精度(1)絕對(duì)精度：絕對(duì)精度是指輸入給定數(shù)字量時(shí)，其理論輸出模擬值與實(shí)際所測(cè)得輸出模擬值之差。它是由D/A轉(zhuǎn)換器的增益誤差、零點(diǎn)誤差、線性誤差和噪聲等綜合因數(shù)引起的。(2)相對(duì)精度：相對(duì)精度是指滿量程值校準(zhǔn)以后，任一數(shù)字輸入的模擬量輸出與它的理論值之差相對(duì)于滿量程的百分?jǐn)?shù)情況，有時(shí)也以最低有效位（LSB）的分?jǐn)?shù)形式給出。注意，精度和分辨率是兩個(gè)截然不同的參數(shù)。分辨率是指其輸出模擬量對(duì)輸入數(shù)字量的敏感程度，它取決于轉(zhuǎn)換器的位數(shù)；而精度是表明D/A轉(zhuǎn)換器工作的準(zhǔn)確程度，它取決于構(gòu)成轉(zhuǎn)換器的各個(gè)部件的精度和穩(wěn)定性。3.建立時(shí)間DAC的建立時(shí)間是指從輸入數(shù)字信號(hào)起到輸出電壓（或電流）達(dá)到穩(wěn)定輸出值所需要的時(shí)間。當(dāng)輸出形式是電流時(shí)，這個(gè)時(shí)間很短；當(dāng)輸出形式是電壓時(shí)，則建立時(shí)間取決于運(yùn)算放大器所需要的時(shí)間。建立時(shí)間一般為幾十納秒至幾微秒。除以上幾個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)外，還有溫度系數(shù)、功率消耗、零點(diǎn)誤差、標(biāo)度誤差等，使用時(shí)可查閱有關(guān)資料。13.2.3D/A轉(zhuǎn)換器芯片1.D/A轉(zhuǎn)換器芯片的基本組成D/A轉(zhuǎn)換器芯片是由集成在單一芯片上的解碼網(wǎng)絡(luò)及其他一些附加電路組成的，圖13.5給出了其簡(jiǎn)化功能結(jié)構(gòu)圖。圖13.5D/A芯片的簡(jiǎn)化功能結(jié)構(gòu)圖圖中數(shù)字緩沖寄存器接收CPU送來的數(shù)字量，由它們產(chǎn)生一組D/A轉(zhuǎn)換電路內(nèi)部的開關(guān)控制電平。D/A轉(zhuǎn)換電路是由電阻網(wǎng)絡(luò)和由二進(jìn)制碼控制的雙向開關(guān)組成的，數(shù)字量在這里進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。對(duì)于輸出電路，有些D/A轉(zhuǎn)換芯片是電流輸出，有些是把電流經(jīng)運(yùn)算放大器OA轉(zhuǎn)變成電壓輸出。精密基準(zhǔn)電壓部分產(chǎn)生D/A轉(zhuǎn)換電路所需要的基準(zhǔn)電壓，可以由外部提供，也有的做在芯片內(nèi)部。2.DAC0832(1)芯片簡(jiǎn)介DAC0832是一種常用的8位D/A轉(zhuǎn)換芯片，圖13.6是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳圖，它采用了二次緩沖輸入數(shù)據(jù)方式（輸入寄存器及DAC寄存器）。這樣可以在輸出的同時(shí)，采集下一個(gè)數(shù)字量，以提高轉(zhuǎn)換速度。能夠用于需要同時(shí)輸出多個(gè)參數(shù)的模擬量系統(tǒng)中。此時(shí)對(duì)應(yīng)于每一種參數(shù)需要一片DAC0832，因而可構(gòu)成多片DAC0832同時(shí)輸出模擬量的系統(tǒng)。

圖13.6DAC0832內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)和引腳圖DAC0832的主要特性如下：

分辨率：8位

建立時(shí)間：1μs

增益溫度系數(shù)：20ppm/℃

輸入：TTL電平功耗：20mW(2)引腳功能(詳見教材P338)(3)DAC0832的工作原理圖13.6中有兩個(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)寄存器，即“8位輸入寄存器”和“8位DAC寄存器”。８位輸入寄存器直接與數(shù)據(jù)總線連接，當(dāng)ILE、CS*和WR1*有效時(shí)，8位輸入寄存器的LE1*為高電平，此時(shí)該寄存器的輸出狀態(tài)隨輸入狀態(tài)變化；當(dāng)LE1*

=0時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存在寄存器中，但此時(shí)還沒有轉(zhuǎn)換。當(dāng)XFER*和WR2*有效時(shí)，8位DAC寄存器的LE2*為高電平，輸入寄存器中的數(shù)據(jù)送到DAC寄存器并輸出；當(dāng)LE2*

=0時(shí)，則將這個(gè)數(shù)據(jù)鎖存在DAC寄存器中，并開始轉(zhuǎn)換。(4)DAC0832的模擬輸出DAC0832的輸出是電流型的，如果需要電壓輸出，只要使用運(yùn)算放大器即可實(shí)現(xiàn)，如圖13.7所示。其中VREF是穩(wěn)定的直流電壓，也可以是從－10V到＋10V之間的可變電壓。當(dāng)為可變電壓時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)四象限乘。VOUT的極性與VREF相反，其數(shù)值由數(shù)字輸入和VREF決定。由于芯片內(nèi)部有反饋電阻Rf

，所以運(yùn)算放大器外部不必再接另外的反饋電阻。圖13.7DAC0832的電壓輸出電路

13.2.4D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口

D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器接口時(shí)要考慮如下問題:(1)數(shù)據(jù)鎖存問題D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口相對(duì)比較簡(jiǎn)單，它不需要應(yīng)答，微處理器可直接把數(shù)據(jù)輸出給D/A轉(zhuǎn)換器。若D/A轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)有數(shù)據(jù)鎖存器，則微處理器就把D/A轉(zhuǎn)換器芯片當(dāng)作一個(gè)并行輸出端口；若D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)沒有數(shù)據(jù)鎖存器，則微處理器把D/A轉(zhuǎn)換器芯片當(dāng)作一個(gè)并行輸出的外設(shè)，在兩者之間還需增加并行輸出的接口，該接口實(shí)際上就是一個(gè)數(shù)據(jù)鎖存器。

(2)其他問題D/A轉(zhuǎn)換器還需要考慮地址譯碼和信號(hào)組合等問題，個(gè)別的D/A轉(zhuǎn)換器還要考慮電平匹配問題。13.3A/D轉(zhuǎn)換器13.3.1基本概念A(yù)/D轉(zhuǎn)換器是把模擬量轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)字量的電路，這種轉(zhuǎn)換過程通常分四步進(jìn)行，即采樣、保持、量化和編碼。前兩步通常在采樣保持電路中完成，后兩步通常在A/D轉(zhuǎn)換電路中完成。1.采樣所謂采樣(Sampling)是每隔一定的時(shí)間間隔，把模擬信號(hào)的值取出來作為樣本，并讓其代表原信號(hào)?；蛘哒f，采樣就是把一個(gè)時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為一系列脈沖信號(hào)，每個(gè)脈沖的幅度取決于輸入模擬量，如圖13.8所示。圖13.8采樣器的輸入輸出波形圖13.8（a）中采樣器相當(dāng)于一個(gè)受控的理想開關(guān)，S(t)是采樣脈沖，如圖13.8(b)所示。當(dāng)S（t）=1時(shí)，開關(guān)合上，fS（t）=f（t）；S（t）=0時(shí)，開關(guān)斷開，fS（t）=0，即

fS(t)=f(t)·S(t)，S(t)=1

0采樣定理：當(dāng)采樣器的采樣頻率fs大于或等于輸入信號(hào)最高頻率fmax的兩倍時(shí)，采樣后的離散序列就能無失真地恢復(fù)出原始連續(xù)模擬信號(hào)。即采樣頻率fs和輸入信號(hào)最高頻率fmax

須滿足如下關(guān)系：

fs

≥2fmax實(shí)際工程上常采用:

fs=(3～5)fmax

。2.保持所謂保持就是把采樣結(jié)束前瞬間的輸入信號(hào)保持下來，使輸出和保持的信號(hào)一致。由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定時(shí)間，在轉(zhuǎn)換期間，要求模擬信號(hào)保持穩(wěn)定，所以當(dāng)輸入信號(hào)變化速率較快時(shí)，應(yīng)采用采樣—保持電路。最基本的采樣-保持電路如圖13.9所示。

13.9采樣—保持器原理圖它由MOS管采樣開關(guān)K、保持電容C和運(yùn)算放大器OA三部分組成。S（t）=1時(shí)，MOS管K導(dǎo)通，VIN向電容C充電，C上的電壓VC和VOUT跟蹤VIN變化，即對(duì)VIN采樣。S（t）=0時(shí)，K截止，VOUT將保持前一瞬間采樣的數(shù)值不變。只要C的漏電電阻、運(yùn)放的輸入電阻和MOS管K的截止電阻足夠大，則C的放電電流可以忽略，VOUT就能保持到下次采樣脈沖到來之前而基本不變。3.量化量化就是決定樣本屬于哪個(gè)量化級(jí)，并將樣本幅度按量化級(jí)取整，經(jīng)量化后的樣本幅度為離散的整數(shù)值，而不是連續(xù)值了。量化之前要規(guī)定將信號(hào)分為若干個(gè)量化級(jí)，例如可分為8級(jí)、16級(jí)等。規(guī)定好每一級(jí)對(duì)應(yīng)的幅值范圍，然后將采樣所得樣本的幅值與上述量化級(jí)幅值范圍相比較，并且取整定級(jí)。圖13.10就是量化的示意圖。3位A/D轉(zhuǎn)換器把模擬范圍分割成8（23=8）個(gè)離散區(qū)間，可把0V~7V的采樣信號(hào)量化為數(shù)字量，如輸入5V被量化為數(shù)字代碼101。從圖中可以看出，量化過程會(huì)產(chǎn)生1/2LSB(即0.5V)的誤差，要減少這種量化誤差，可采取位數(shù)更多的A/D轉(zhuǎn)換器。圖13.10量化示意圖4.編碼編碼就是用相應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制碼表示已經(jīng)量化的采樣樣本的量級(jí)，如果有N個(gè)量化級(jí)，二進(jìn)制位的位數(shù)應(yīng)為㏒2N。如量化級(jí)有8個(gè)，就需要3位編碼。例如在語(yǔ)音數(shù)字化系統(tǒng)中，常分為128個(gè)量級(jí)，故需用7位編碼。

13.3.2A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，常見的有并行比較式、雙積分式和逐次逼近式等。并行比較式A/D轉(zhuǎn)換器具有較高的轉(zhuǎn)換速度，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的精度較高，而逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器在一定程度上兼顧了以上兩種轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的工作特點(diǎn)為：二分搜索，反饋比較，逐次逼近。其工作過程與天平稱重物重量的過程十分相似。例如被稱重物重量為195g，把標(biāo)準(zhǔn)砝碼設(shè)置為與8位二進(jìn)制數(shù)碼相對(duì)應(yīng)的權(quán)碼值。砝碼重量依次為128g、64g、32g、16g、8g、4g、2g、1g，相當(dāng)于數(shù)碼最高位（D7）的權(quán)值為27＝128，次高位(D6)為26＝64，……，最低位（D0）為20＝1。稱重過程如下：①

先在砝碼盤上加128g砝碼，經(jīng)天平比較結(jié)果，重物195g＞128g，此砝碼保留，即相當(dāng)于最高位數(shù)碼D7記為1。②

再加64g砝碼，經(jīng)天平比較，重物195g＞（128＋64）g，則繼續(xù)留下64g砝碼，即相當(dāng)于數(shù)碼D6記為1。接著不斷用上述方法，由大到小砝碼逐一添加比較，凡砝碼總重量小于物體重量的砝碼保留，否則拿下所添加的砝碼。這樣可得保留的砝碼為128g＋64g＋2g＋1g＝195g，與重物重量相等，相當(dāng)于轉(zhuǎn)換的數(shù)碼為D7～D0＝11000011。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理框圖如圖13.11所示，它由電壓比較器C、D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器（SAR）、控制邏輯和輸出緩沖器等部分組成。圖13.11逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理框圖其工作原理如下：一個(gè)待轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號(hào)VIN與一個(gè)“推測(cè)”信號(hào)VO相比較，根據(jù)VO大于還是小于VIN來決定減小還是增大該推測(cè)信號(hào)VO，以便向模擬輸入信號(hào)逐漸逼近。推測(cè)信號(hào)VO由D/A輸出得到，當(dāng)推測(cè)信號(hào)VO與VIN相等時(shí)，則D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字即為VIN對(duì)應(yīng)的數(shù)字量?！巴茰y(cè)”的算法如下：使逐次逼近寄存器SAR中的二進(jìn)制數(shù)從最高位開始依次置1，每一位置1后都要進(jìn)行測(cè)試，若VIN＜VO，則比較器輸出為0，并使該位置0；否則VIN＞VO，比較器輸出為1，則使該位保持1。無論那種情況，均應(yīng)比較下一位，直到SAR的最末位為止。此時(shí)在D/A輸入的數(shù)字量即為對(duì)應(yīng)VIN的數(shù)字量，本次A/D轉(zhuǎn)換完成，給出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換時(shí)間固定，它取決于A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)和時(shí)鐘周期，適用于變化過程較快的控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換精度取決于D/A轉(zhuǎn)換器和比較器的精度，可達(dá)0.01%。轉(zhuǎn)換的結(jié)果可以并行輸出，也可以串行輸出，是目前應(yīng)用很廣泛的一種A/D轉(zhuǎn)換器。13.3.3A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率對(duì)于ADC來說，分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需要輸入模擬電壓的變化量。通常定義為滿刻度電壓與2n的比值，其中n為ADC的位數(shù)。例如具有12位分辨率的ADC能夠分辨出滿刻度的1/212（0.0244%）。有時(shí)分辨率也用A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)來表示，如ADC0809的分辨率為8位，AD574的分辨率為12位等。2.量化誤差量化誤差是由于ADC的有限分辨率引起的誤差，這是連續(xù)的模擬信號(hào)在整數(shù)量化后的固有誤差。對(duì)于四舍五入的量化法，量化誤差在±1/2LSB之間。3.絕對(duì)精度絕對(duì)精度是指在輸出端產(chǎn)生給定的數(shù)字代碼，實(shí)際需要的模擬輸入值與理論上要求的模擬輸入值之差。4.相對(duì)精度它與絕對(duì)精度相似，所不同的是把這個(gè)偏差表示為滿刻度模擬電壓的百分?jǐn)?shù)。

5.轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間是ADC完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，即從啟動(dòng)信號(hào)開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束并得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出量所需要的時(shí)間，通常為微秒級(jí)。6．量程量程是指能轉(zhuǎn)換的輸入電壓范圍。

13.3.4A/D轉(zhuǎn)換器芯片1.ADC0809的結(jié)構(gòu)和指標(biāo)ADC0809的結(jié)構(gòu)如圖13.12（a）所示，它是CMOS集成器件，內(nèi)部包括一個(gè)逐次逼近型的A/D部分、一個(gè)8通道的模擬開關(guān)和地址鎖存及譯碼邏輯等。它的主要技術(shù)指標(biāo)如下：分辨率：8位。

轉(zhuǎn)換時(shí)間：100μs。

時(shí)鐘頻率：典型值640kHz（10kHz～1280kHz）。8路模擬輸入通道，通道地址鎖存。

未經(jīng)調(diào)整誤差：±1LSB。

模擬輸入范圍：0～5V。

功耗：15mW。

工作溫度：－40~＋85℃