數(shù)字電路制作與調(diào)試項目化教程（活頁式） 課件 193 AD轉(zhuǎn)換器

A/D轉(zhuǎn)換器由于輸入的模擬信號在時間上是連續(xù)的，輸出的數(shù)字信號在時間和幅值都是是離散的，因此轉(zhuǎn)換時一般要經(jīng)過取樣、保持、量化和編碼四個過程。實際中有時取樣和保持、量化和編碼會同時實現(xiàn)。D111101…A/DA(電壓或電流)A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量

所以A/D轉(zhuǎn)換過程是首先對輸入模擬電壓信號進(jìn)行取樣，然后保持并將取樣電壓量化為數(shù)字量，并按一定的編碼形式給出轉(zhuǎn)換結(jié)果。

1.

A/D轉(zhuǎn)換的原理1.

取樣定理取樣是將隨時間連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時間離散的模擬量。

為了使得取樣信號能逼近輸入模擬信號，則取樣信號應(yīng)該有足夠高的頻率。為了保證取樣信號將被取樣信號恢復(fù)，其頻率關(guān)系必須滿足取樣定理。下圖為對某個輸入信號進(jìn)行采樣的波形。其中vs為取樣信號，vI

表示輸入的模擬信號。

1.

A/D轉(zhuǎn)換的原理取樣定理為：一般取注：在取樣電路每次取得的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號時都需要一定的時間,而且為了給后續(xù)的量化編碼提供一個穩(wěn)定值，則每次取得的模擬信號必須通過保持電路保持一段時間。一般取樣和保持過程往往是通過取樣－保持電路同時完成的。若fs為取樣信號的頻率，fi（max）為輸入模擬信號的最高頻率分量的頻率，則它們必須滿足:

1.

A/D轉(zhuǎn)換的原理2.量化和編碼1）量化

數(shù)字量不僅時間上是離散的，而且數(shù)值上也是離散的，所以任何一個數(shù)字量的大小只能是某個規(guī)定的最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。將采樣電壓表示為最小數(shù)量單位（Δ）的整數(shù)倍，稱為量化。所取得最小數(shù)量單位叫做量化單位，用△表示，它是數(shù)字信號最低位（LSB）為1,其它位為0時所對應(yīng)的模擬量，即1LSB。

10.3.1

A/D轉(zhuǎn)換的原理2）量化方式：a.只舍不入量化方式以3位A/D轉(zhuǎn)換器為例設(shè)輸入電壓vI為0~1V，取量化單位△＝1/8V，量化中把不足量化單位部分舍棄，如0~1/8V都當(dāng)成0V處理，用000表示；在1/8~2/8V都當(dāng)成1△處理，即當(dāng)成1/8V處理，用001表示，依此類推，如右圖（a）所示，其最大量化誤差為△。

1.

A/D轉(zhuǎn)換的原理注：由于后者的量化誤差比前者小，所以大多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器采用四舍五入的量化方式。

取量化單位為△＝2/15V，量化中將不足半個量化單位部分舍去，對于等于或大于半個量化單位的部分按一個量化單位處理。如0~1/15V當(dāng)0V處理，用000表示；在1/15～3/15V當(dāng)成1△處理，即2/15V，用001表示，依此類推，如圖11.3.2(b）所示，其最大量化誤差為1/2△。b.四舍五入量化方式當(dāng)輸入的模擬電壓為正負(fù)范圍內(nèi)變化時，一般采用二進(jìn)制補碼的形式編碼。

1.

A/D轉(zhuǎn)換的原理A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度：1、A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度在單片集成的A/D轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換精度也采用分辨率（又稱為分解度）和轉(zhuǎn)換誤差來描述。a.分辨率：A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率是輸出二進(jìn)制數(shù)或十進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示。它表示A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力。

2.

A/D轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)指標(biāo)*從理論上講，n位二進(jìn)制數(shù)字輸出的A/D轉(zhuǎn)換器能區(qū)分2n不同等級的輸入模擬電壓，能區(qū)分輸入電壓的最小值為滿量程輸入的1/2n（FSR/2n,FSR－輸入電壓滿量程刻度）。分辨率所描述的為A/D轉(zhuǎn)換器的固有誤差－量化誤差△，在最大輸入電壓一定時，其輸出位數(shù)越多，量化誤差越小，分辨率越高。如10位二進(jìn)制A/D轉(zhuǎn)換器，若最大輸入信號為5V，則應(yīng)能區(qū)分輸入信號的最小電壓為5V/210=4.88mV.

2.

A/D轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)指標(biāo)

一般是以輸出誤差的最大值形式給出。它表示A/D轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)有的輸出數(shù)字量之間的差別。通常以最低有效位的倍數(shù)給出，如若轉(zhuǎn)換誤差為<±LSB/2，則說明實際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得的輸出數(shù)字量之間的最小誤差小于最低有效位的半個字。b.轉(zhuǎn)換誤差：2、A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度是用轉(zhuǎn)