微型计算机控制技术_第二章3.pptVIP

第2章 输入/输出接口与过程通道 2.6 A/D转换器及接口技术 2.6.1 逐次逼近式A/D转换原理 2.6.2 如何选择A/D转换器件 2.6.3 常用A/D转换器 2.6.4 A/D转换器的接口技术 2.6 A/D转换器及接口技术 A/D转换器是把模拟电压或电流转换成数字量的集成电路器件，是模拟量输入通道中的关键器件，其性能对通道的设计和计算机控制系统性能的影响很大。 按位数来分：有4位、8位、12位、16位等 按结构来分：有单一功能A/D转换器，有多功能的A/D转换器，如AD363，其内部含有16路多路开关、数据放大器、采样保持器及12位A/D转换器。 按工作原理来分：有双积分型、逐次逼近型、∑-△调制型及电压频率变换型等。 2.6.1 逐次逼近式A/D转换原理 逐次逼近式种类多、应用广。 主要由逐次逼近寄存器SAR、D/A转换器、比较器、时钟及控制逻辑等组成。 2.6.1 逐次逼近式A/D转换原理 转换原理： 逐位设定 SAR 寄存器中的数字量，该数字量经过D/A转换后得到电压Uo，将Uo与待转换的输入模拟电压Ui进行比较。根据比较结果，修正SAR中的数字量，逐次逼近输入模拟量。 2.6.1 逐次逼近式A/D转换原理 比较时，先从SAR的最高位开 始，逐次确定各位的数码是“1”还是“0” 工作过程如下： 如果Ui≥Uo，该位的“1” 保留； 如果UiUo，该位应予清零。 2.6.1 逐次逼近式A/D转换原理 其逐次逼近类似于对分，一个N位的A/D转换器，只需要比较N次即可，因而转换速度快。 举例：有一个4位A/D转换器，满刻度值5V，若输入 3.5V模拟电压，试分析其逐次逼近的转换过程 UO=0.3125V×D* Ui=3.5V 2.6.2 如何选择A/D转换器件 1．A/D转换器的位数 对于测量或测控系统，模拟信号都是先经过测量装置再经过A/D转换器转换后采进行处理的，也就是说，总的误差是由测量误差和量化误差共同构成的。因此A/D转换器的精度应与测量装置的精度相匹配。 量化误差与A/D转换器位数有关。 A/D转换器的分辨率通常用位数n来表示，如8位、12位等。 一般把8位以下的A/D转换器称为低分辨率A/D转换器，9~12位的称为中分辨率的A/D转换器，13位以上的称为高分辨率A/D转换器。 分辨率定义为满刻度电压与2n的比值，即分辨率是A/D转换器对微小输入量变化的敏感程度。 假设A/D转换器的位数为n，满量程电压为FSR，则分辨率定义为： 2．A/D转换器的转换速率 A/D转换器从启动转换到结束转换，需要一定的转换时间。转换时间的倒数就是转换速率，它是每秒钟完成的转换次数。 3．采样/保持器 对于一般频率较高的模拟信号都要加采样/保持器。如果信号频率不高，A/D转换的时间短，即采用高速A/D器件时，可不使用采样/保持器。采集直流或者变化非常缓慢的信号时，也可以不使用采样/保持器。 4．A/D转换器量程 表示A/D转换器所能转换的输入电压范围，如-5V~+5V，0~10V，0~5V等。有些A/D转换器件提供了不同量程的引脚，只有正确使用，才能保证转换精度。 5．偏置极性 有些A/D器件提供了双极性偏置控制。当此引脚接地时，信号为单极性输入方式，当此引脚接基准电压时，信号为双极性输入方式。 6．数据输出方式 A/D转换器件输出的逻辑电平多数为TTL电平，有并行和串行两种输出形式。 7．工作温度范围 由于温度会对运算放大器和电阻网络产生影响，故只有在一定的温度范围内才能保证额定的精度指标。 8．线性度 线性度指的是实际A/D器件的转移函数与理想直线的最大偏移。 9．A/D转换对电源电路的要求 A/D转换器对电源的要求较高。这是因为在A/D转换电路中，电源除了完成对A/D转换芯片供电外，还需提供A/D转换的基准电压。基准电源的精度将影响A/D转换结果精度。如何选择合适的电压基准源呢？简单来说，需要电压基准源简单、基准电压稳定。 2.6.3 常用A/D转换器 1. ADC0808/0809 ADC0808/0809是采用CMOS工艺的多路8位逐次逼近型A/D转换器，芯片内包括一个8通道多路模拟开关、8位A/D转换器和一个8位数据输出锁存器。 （1）ADC0809主要技术指标。 线性误差为±1LSB； 转换时间为100μs； 单一电源+5V供电，模拟量输入范围0~+5V； 功耗15mW； 输出具有TTL三态锁存缓冲器； 无需进行零位及满量程调整； 温度范围-40℃~+85℃。 价格（6~30元，与厂家和封装形式有关） （2）ADC0809的内部结构引脚功能 ADC0809的逻辑结构框图如下图所示，其结构可分为： ①多路模拟开关； ②逐次逼近型A/D转换器； ③输出锁存器 ADC0808/0809原理框