教学课件PPT模数和数模转换器.ppt

第5章??模/数和数/模转换器 模拟量 随时间连续变化的量 可以是电量，如模拟电压、电流，也可以是非电量，如温度、湿度、压力、气体浓度等 数字量 离散变化的量 A/D转换器（ADC：Analog to Digital Converter）是一种能把模拟量转换成相应的数字量的电子器件。 一般先用传感器或变送器采集非电模拟量转换成电模拟量 D/A转换器（DAC：Digital to Analog Converter）则相反，它能把数字量转换成相应的模拟量。 单片机实时闭环控制系统示意图 第5章?? 模/数和数/模转换器 5.1 模/数转换器 5.2 数/模转换器 5.3 电压基准 5.4 比较器 5.1 模/数转换器 5.1.1 模数转换原理和性能指标 5.1.2 C8051F020的ADC0功能结构 5.1.3 模拟多路选择器和PGA 5.1.4 ADC的工作方式 5.1.5 ADC0 可编程窗口检测器 5.1.6 ADC1（8位ADC） 5.1.7 模数转换举例 5.1 模/数转换器 A/D是将模拟量转换成数字量的器件。 模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是声、光、压力、湿度、温度等随时间连续变化的非电的物理量。 非电的模拟量可通过合适的传感器（如光电传感器、压力传感器、温度传感器）转换成电信号。 C8051F020片内包含一个9通道的12位的模数转换器ADC0和一个8通道8位的模数转换器ADC1。 5.1.1 模数转换原理即性能指标 1.转换原理 种类（按转换原理分） 计数式 简单、速度慢，很少使用 并行式 速度最快、结构复杂、价格高，用于速度要求极高场合 双积分式 抗干扰能力强、精度高、速度较慢，用于仪器仪表 逐次逼近式 结构简单、速度较高，计算机测控中常用 转换原理—计数式 转换原理—逐次逼近式 （１）逐次逼近式A/D转换器 控制逻辑先将结果寄存器的最高位Dn-1置1 若Vx＞Vs则保留此位Dn-1（为1），否则将Dn-1清0。 然后控制逻辑将结果寄存器的次高位Dn-2置1 Vs再和Vx比较，以决定Dn-2位保留为1还是清成“0”，依次类推到最低位D0。 结果寄存器的状态便是与输入的模拟量Vx对应的数字量。 转换原理—双积分式 也称二重积分式，其实质是测量和比较两个积分的时间。 一个是对输入模拟电压积分的时间T0，此时间往往是固定的；另一个是以充电后的电压Vi为初值，对参考电源Vref反向积分，积分电容被放电至零所需的时间Ti(Vref 与Vi符号相反)。模拟输入电压Vi与参考电压Vref之比，等于上述两个时间之比。由于Vref 、T0 固定，而放电时间Ti可以测出，因而可计算出模拟输入电压的大小。 双积分式A/D转换器工作原理图 2．性能指标(1) 衡量A/D性能的主要参数是： （1） 分辨率（resolution） 分辨率是指输出的数字量变化一个相邻的值所对应的输入模拟量的变化值；取决于输出数字量的二进制位数。 2．性能指标(2) （2）满刻度误差（full scale error） 满刻度误差也称增益误差，即输出全1时输入电压与理想输入量之差。 （3）转换速率（conversion rate） 转换速率是指完成一次A/D转换所需时间的倒数，A/D转换器型号不同，转换速度差别很大。 （4）转换精度（conversion accuracy） 转换精度由模拟误差和数字误差组成。模拟误差属于非固定误差，由器件质量决定，数字误差和A/D输出数字量的位数有关，位数越多，误差越小。 5.1.2 C8051F020的ADC0功能结构 (1) C8051F020的ADC0子系统是一个100ksps、12 位分辨率的逐次逼近型ADC。 一个9通道的可编程模拟多路选择器（AMUX0） 一个可编程增益放大器（PGA0） 一个100ksps、12 位分辨率的逐次逼近型ADC，ADC中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器。 ADC0子系统功能框图 5.1.3 模拟多路选择器和PGA (1) 模拟多路选择器AMUX（Analog Multiplexer）中的8个通道用于外部测量，而第9通道在内部被接到片内温度传感器。 9个通道通过通道选择寄存器AMX0SL和配置寄存器AMX0CF进行选择和配置。可以将AMUX 输入对编程为差分或单端方式。 5.1.3 模拟多路选择器和PGA(2) 配置寄存器AMX0CF的格式如下： 5.1.3 模拟多路选择器和PGA(3) 通道选择寄存器AMX0SL的格式如下： 模拟通道配置 5.1.3 模拟多路选择器和PGA(4) PGA (programmable gain amplifier)，可编程增益放大器。 对AMUX