模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換-A-D轉(zhuǎn)換器（電子技術(shù)課件）

A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理A/D轉(zhuǎn)換器：將輸入的模擬電壓（或電流）轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。n位二進制輸出模擬輸入信號A/D轉(zhuǎn)換四個步驟：取樣、保持、量化、編碼。在實際電路中，這些步驟可以合并進行，如取樣和保持、量化和編碼經(jīng)常同步實現(xiàn)。1.取樣保持（1）取樣：將時間連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時間離散的模擬量。取樣過程示意圖取樣過程如右圖。x(t)：輸入模擬信號，s(t)：取樣脈沖，y(t)：取樣后的輸出信號在取樣脈沖作用期τ內(nèi)，取樣開關(guān)接通，y(t)=x(t)。其它時間開關(guān)斷開，y(t)=0。每經(jīng)過一個取樣周期，對輸入信號取樣一次，在輸出端便得到輸入信號的一個取樣值。取樣過程示意圖取樣脈沖頻率越高，得到的取樣信號越逼近輸入信號。合理的取樣頻率由取樣定理確定。取樣定理：若取樣脈沖s(t)的頻率為fS，輸入模擬信號x(t)的最高頻率分量的頻率為fmax，必須滿足fs≥2fmax，通常取fs=（3~5）fmax。1.取樣保持（2）保持：保持取樣信號，使有充分時間將其變?yōu)閿?shù)字信號。取樣時間τ一般是很短暫的，在下一個取樣脈沖到來前，應(yīng)暫時保持所取得的樣值，以便進行轉(zhuǎn)換。因此，在取樣電路之后須加保持電路。S(t)＝1：VT導(dǎo)通，uI對C充電，u0=uC=ui（取樣期）S(t)＝0：VT截止，u0=uC保持不變，直到下次取樣（保持期）取樣保持2.量化編碼

（2）編碼：把量化結(jié)果用代碼（二進制或其他進制）表示出來。（3）量化方法：舍尾取整法、四舍五入法

Um：輸入模擬信號的最大值n：輸出二進制的位數(shù)（a）舍尾取整法（b）四舍五入法

總結(jié)A/D轉(zhuǎn)換的步驟：取樣、保持、量化、編碼雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器是一種間接A/D轉(zhuǎn)換器。它采用對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓信號轉(zhuǎn)換成與之成正比的時間寬度信號，然后在這個時間寬度里對固定頻率的時鐘脈沖計數(shù)，計數(shù)結(jié)果就是正比于輸入模擬電壓的數(shù)字信號。因此，雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器也稱電壓-時間變換型（V-T變換型）A/D轉(zhuǎn)換器。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電路組成：積分器、比較器、計數(shù)器、控制邏輯和時鐘信號源。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖

雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖

雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖

雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點：工作性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，價格低廉。缺點：工作速度低，轉(zhuǎn)換時間通常在幾到幾十毫秒。應(yīng)用：對轉(zhuǎn)換速度要求不高的場合（如數(shù)字式電壓表等）總結(jié)雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器：對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分。優(yōu)點：工作性能穩(wěn)定，抗干擾能力強，價格低廉。缺點：工作速度低，轉(zhuǎn)換時間通常在幾到幾十毫秒。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路組成：比較器C、D/A轉(zhuǎn)換器、寄存器、時鐘脈沖源、控制邏輯等。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖工作原理：a.轉(zhuǎn)換前寄存器清零；b.開始轉(zhuǎn)換時，先設(shè)寄存器輸出為10┈0，得出對應(yīng)的vO；

c.若vo<vI，則1保留，反之1置0。然后再將次高位設(shè)置成1，再進行比較。逐位比較下去，直到最低位為止。最后所取得數(shù)

字量即為所求的轉(zhuǎn)換結(jié)果。3位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路原理圖轉(zhuǎn)換過程：FF1~FF5構(gòu)成順序脈沖發(fā)生器FFA～FFC構(gòu)成3位數(shù)碼寄存器G1~G9組成控制邏輯電路運算放大器構(gòu)成電壓比較器設(shè)D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓VREF＝8V，輸入輸入的模擬電壓為vI＝5.86V。3位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路原理圖轉(zhuǎn)換開始前，將FFA~FFC置0，同時將環(huán)形計數(shù)器FF1~FF5置成Q1-Q5=

10000。5.8600010000100101當(dāng)vL為高電平時，轉(zhuǎn)換開始。3位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路原理圖5.861000100000100040

3位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路原理圖5.861100010000011061

3位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路原理圖5.861010001000000050

3位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路原理圖5.8610100001150（4）第4個脈沖到達后，F(xiàn)FA、FFB、FFC均保持原態(tài)，即QAQBQC＝101。同時，Q1-Q5=00001，門G6、G7、G8打開，QAQBQC通過G6、G7、G8送到輸出端。110000003位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路原理圖5.8610110000050（5）第5個脈沖到達后，Q