電子技術與應用項目化教程 課件 項目15 第2講 模數(shù)（ADC）轉換器

項目十五——模數(shù)（A/D）轉換器項目15

模數(shù)（A/D）轉換器

內容：

模數(shù)（A/D）轉換器的原理及方法。學習要求：

目的：了解

模數(shù)（A/D）轉換器的原理及方法。重點：

模數(shù)（A/D）轉換器的原理及方法。難點：

模數(shù)（A/D）轉換器的原理及方法。逐次逼近型模數(shù)轉換器轉換開始前先將所有寄存器清零。開始轉換以后，時鐘脈沖首先將寄存器最高位置成1，使輸出數(shù)字為100…0。這個數(shù)碼被D/A轉換器轉換成相應的模擬電壓uo，送到比較器中與ui進行比較。若ui＞uo，說明數(shù)字過大了，故將最高位的1清除；若ui＜uo，說明數(shù)字還不夠大，應將這一位保留。然后，再按同樣的方式將次高位置成1，并且經(jīng)過比較以后確定這個1是否應該保留。這樣逐位比較下去，一直到最低位為止。比較完畢后，寄存器中的狀態(tài)就是所要求的數(shù)字量輸出。原理框圖基本原理模數(shù)轉換器4位逐次逼近型A/D轉換器工作原理為了分析方便，設D/A轉換器的參考電壓為UR=8V，輸入的模擬電壓為ui=4.52V。轉換開始前，先將逐次逼近寄存器的4個觸發(fā)器FA～FD清0，并把環(huán)形計數(shù)器的狀態(tài)置為Q1Q2Q3Q4Q5=00001。第1個時鐘脈沖C的上升沿到來時，環(huán)形計數(shù)器右移一位，其狀態(tài)變?yōu)?0000。由于Q1=1，Q2、Q3、Q4、Q5均為0，于是觸發(fā)器FA被置1，F(xiàn)B、FC和FD被置0。所以，這時加到D/A轉換器輸入端的代碼為d3d2d1d0=1000，D/A轉換器的輸出電壓為：uo和ui在比較器中比較，由于uo<ui，所以比較器的輸出電壓為uA=0。第2個時鐘脈沖C的上升沿到來時，環(huán)形計數(shù)器又右移一位，其狀態(tài)變?yōu)?1000。這時由于uA=0，Q2=1，Q1、Q3、Q4、Q5均為0，于是觸發(fā)器FA的1保留。與此同時，Q2的高電平將觸發(fā)器FB置1。所以，這時加到D/A轉換器輸入端的代碼為d3d2d1d0=1100，D/A轉換器的輸出電壓為：uo和ui在比較器中比較，由于uo>ui，所以比較器的輸出電壓為uA=1。第3個時鐘脈沖C的上升沿到來時，環(huán)形計數(shù)器又右移一位，其狀態(tài)變?yōu)?0100。這時由于uA=1，Q3=1，Q1、Q2、Q4、Q5均為0，于是觸發(fā)器FA的1保留，而FB被置0。與此同時，Q3的高電平將觸發(fā)器FC置1。所以，這時加到D/A轉換器輸入端的代碼為d3d2d1d0=1010，D/A轉換器的輸出電壓為：uo和ui在比較器中比較，由于uo>ui，所以比較器的輸出電壓為uA=1。第4個時鐘脈沖C的上升沿到來時，環(huán)形計數(shù)器又右移一位，其狀態(tài)變?yōu)?0010。這時由于uA=1，Q4=1，Q1、Q2、Q3、Q5均為0，于是觸發(fā)器FA、FB的狀態(tài)保持不變，而觸發(fā)器FC被置0。與此同時，Q4的高電平將觸發(fā)器FD置1。所以，這時加到D/A轉換器輸入端的代碼為d3d2d1d0=1001，D/A轉換器的輸出電壓為：uo和ui在比較器中比較，由于uo<ui，所以比較器的輸出電壓為uA=0。第5個時鐘脈沖C的上升沿到來時，環(huán)形計數(shù)器又右移一位，其狀態(tài)變?yōu)?0001。這時由于uA=0，Q5=1，Q1、Q2、Q3、Q4均為0，于是觸發(fā)器FA、FB、FC、FD的狀態(tài)均保持不變，即加到D/A轉換器輸入端的代碼為d3d2d1d0=1001。同時，Q5的高電平將門G8～G11打開，使作為轉換結果通過門G8～G11送出。這樣就完成了一次轉換。轉換過程如表所示。集成模數(shù)轉換器及其應用（1）分辨率A/D轉換器的分辨率用輸出二進制數(shù)的位數(shù)表示，位數(shù)越多，誤差越小，轉換精度越高。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位二進制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V×2－12≈1.22mV。（2）相對精度在理想情況下，所有的轉換點應當在一條直線上。相對精度是指實際的