AD-DA模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路

第6章模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路掌握T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器(DAC)、集成D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理及應(yīng)用。掌握并行比較、逐次比較、雙積分A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)的工作原理及其特點(diǎn)。正確理解D/A、A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。教學(xué)基本要求

隨著大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字技術(shù)滲透到各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，各種以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)核心的裝置和系統(tǒng)層出不窮，如數(shù)字儀表、數(shù)字控制、數(shù)字通信、數(shù)字電視等。但是自然界中大多數(shù)物理信號(hào)和需要處理的信息卻以模擬信號(hào)的形式出現(xiàn)，如語(yǔ)音、溫度、位移、壓力等。所以，要想用數(shù)字技術(shù)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理和加工，就必須首先把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這就是模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC）；另一方面，在許多情況下為了顯示直觀或便于控制，必須將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，這就是數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）。概述模擬量與數(shù)字量模擬量——連續(xù)變化的物理量數(shù)字量——時(shí)間和數(shù)值上都離散的量模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADCDAC數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器模擬輸入輸出系統(tǒng)示意圖數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)1現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)2現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)n微型計(jì)算機(jī)放大器放大器放大器多路開(kāi)關(guān)低通濾波傳感器低通濾波傳感器低通濾波傳感器A/D轉(zhuǎn)換器采樣保持器數(shù)字信號(hào)受控對(duì)象控制信號(hào)模擬信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換器放大驅(qū)動(dòng)電路…傳感器將各種現(xiàn)場(chǎng)的物理量測(cè)量出來(lái)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（模擬電壓或電流）

放大器把傳感器輸出的信號(hào)放大到ADC所需的量程范圍低通濾波器用于降低噪聲、濾去高頻干擾，以增加信噪比多路開(kāi)關(guān)把多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)分時(shí)地接通到A/D轉(zhuǎn)換器采樣保持器周期性地采樣連續(xù)信號(hào)，并在A/D轉(zhuǎn)換期間保持不變利用D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)想一想：你身邊有哪些電子產(chǎn)品內(nèi)需要A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器？

檢測(cè)電路模擬電信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字電路或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)D/A轉(zhuǎn)換喇叭、顯像管等聲音、圖像等利用D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)

模擬信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)

數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的重要接口,也是數(shù)字測(cè)量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，對(duì)數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的要求也越來(lái)越高，新型的數(shù)/模與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器也不斷地涌現(xiàn)。模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)：A/D轉(zhuǎn)換器(ADC－AnalogDigitalConverter)數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)：D/A轉(zhuǎn)換器(DAC－DigitalAnalogConverter)6.1

D/A轉(zhuǎn)換器工作原理DAC數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器模擬量數(shù)字量一、D/A功能:將數(shù)字量成正比地轉(zhuǎn)換成模擬量D/An=4位8位10位12位16位n位數(shù)字量模擬量0~5V或0~10V6.1D/A轉(zhuǎn)換器

D/A功能(續(xù))4位數(shù)據(jù):00000V11115V分辨率:5V/15=0.333V/每1個(gè)最低有效位8位數(shù)據(jù):000000000V111111115V分辨率:5V/255=0.0196V/每1個(gè)最低有效位二、D/A轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換特性數(shù)字量→按權(quán)相加→模擬量1101B＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＝13Vout＝－（D/2n）×VREF三、D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)及工作原理由三部分電路組成電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電子開(kāi)關(guān)求和運(yùn)算放大器1加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A變換器

這種變換器由“電子模擬開(kāi)關(guān)”、“權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)”、“運(yùn)算放大器”和“基準(zhǔn)電源”等部分組成。

電子模擬開(kāi)關(guān)(S0-S3)動(dòng)作受二進(jìn)制數(shù)d0-d3

控制。當(dāng)dK

＝1時(shí)，則相應(yīng)的開(kāi)關(guān)SK

接到位置1上，將基準(zhǔn)電源UR經(jīng)電阻Rk引起的電流接到運(yùn)算放大器的虛地點(diǎn)（如圖中S0、S1）；當(dāng)dk＝0時(shí)，開(kāi)關(guān)Sk接到位置0，將相應(yīng)電流直接接地而不進(jìn)運(yùn)放。根據(jù)反相比例運(yùn)算公式可得：顯然，輸出模擬電壓的大小直接與輸入二進(jìn)制數(shù)的大小成正比，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換器用到的權(quán)電阻規(guī)格太多，不易采用集成技術(shù)制造。2、T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)電路Iout2Iout1RfbRfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF電阻網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)電壓電子開(kāi)關(guān)D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖（2）Iout2Iout1RfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF阻抗＝2R運(yùn)算放大器虛地D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖（3）Va＝VREFVb＝VREF/2Vc＝VREF/4Vd＝VREF/8I0＝Vd/2R＝VREF/（8×2R）I1＝Vc/2R＝VREF/（4×2R）I2＝Vb/2R＝VREF/（2×2R）I3＝Va/2R＝VREF/（1×2R）D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖（4）Iout1＝I0＋I(xiàn)1＋I(xiàn)2＋I(xiàn)3

＝VREF/2R×（1/8＋1/4＋1/2＋1）Rfb＝RVout＝－Iout1×Rfb

＝－VREF×[（20＋21＋22＋23）/24]Vout＝－（D/2n）×VREF三、DAC的主要性能參數(shù)及選用方法

指輸入數(shù)字量的最低有效位（LSB）變化1個(gè)字所引起的輸出電壓變化值相對(duì)于滿(mǎn)刻度值（最大輸出電壓）的百分比。實(shí)際使用時(shí)，常用輸入數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示分辨率高低。一、轉(zhuǎn)換精度1、分辨率分辨率的表示：

分辨率用輸入二進(jìn)制數(shù)的有效位數(shù)表示。如10位二進(jìn)制D/A轉(zhuǎn)換器，其分辨率為10位。分辨率也可以用D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓的比值來(lái)表示。10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為：位數(shù)越高，分辨率越高。2、轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差有絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差兩種表示方法。對(duì)于某個(gè)輸入數(shù)字，實(shí)測(cè)輸出值與理論輸出值之差稱(chēng)為絕對(duì)誤差。對(duì)于某個(gè)輸入數(shù)字，實(shí)測(cè)輸出值與理論輸出值之差同滿(mǎn)刻度之比稱(chēng)為相對(duì)誤差。3、線(xiàn)性誤差通常用線(xiàn)性誤差的大小表示D/A變換器的線(xiàn)性度。把偏離理想的輸入－輸出特性的偏差與滿(mǎn)刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)定義為非線(xiàn)性誤差（FSR）。

建立時(shí)間定義為：從輸入數(shù)字量發(fā)生變化開(kāi)始到輸出進(jìn)入穩(wěn)態(tài)值±0.5LSB范圍之內(nèi)所需要的時(shí)間。電流輸出DAC建立時(shí)間較短，電壓輸出DAC建立時(shí)間較長(zhǎng)。

DAC的轉(zhuǎn)換速度也稱(chēng)轉(zhuǎn)換時(shí)間或建立時(shí)間，主要由DAC轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的延遲時(shí)間和運(yùn)算放大器的電壓變化率SR來(lái)決定。4、轉(zhuǎn)換速度

5.D/A轉(zhuǎn)換器輸入/輸出特性

輸入特性

（1）輸入緩沖能力（2）輸入數(shù)據(jù)寬度：8位、10位、12位（3）輸入碼制：DAC能接收哪些碼制的數(shù)字量輸入。單極性輸出接收二進(jìn)制或BCD碼；雙極性輸出接收補(bǔ)碼。

輸出特性（4）輸出電流型、電壓型（5）單極性還是雙極性輸出四、集成電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器接口設(shè)計(jì)方法

接口任務(wù)：解決數(shù)據(jù)緩沖及數(shù)據(jù)寬度匹配。

接口形式：直接與主機(jī)相連；

通過(guò)三態(tài)門(mén)或寄存器與主機(jī)相連；

利用可編程并行接口；

通過(guò)可編程邏輯器件PAL/GAL、CPLD、EPLD。

D/A轉(zhuǎn)換器在實(shí)際電路中應(yīng)用很廣，它不僅常作為接口電路用于微機(jī)系統(tǒng)，而且還可利用其電路結(jié)構(gòu)特征和輸入、輸出電量之間的關(guān)系構(gòu)成數(shù)控電流源、電壓源、數(shù)字式可編程增益控制電路和波形產(chǎn)生電路等。

1、8位集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832帶有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)緩沖寄存器，是一種單電源（+5~+15V）的CMOS型器件。其參考電壓VREF可在-9V~+9V范圍內(nèi)選擇，轉(zhuǎn)換速度約為1μs。（1）DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF輸入寄存器DGNDDI0～DI7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout2Iout1CSWR1WR2XFER直通鎖存器的工作方式兩級(jí)緩沖寄存器都是直通鎖存器LE＝1，直通（輸出等于輸入）LE＝0，鎖存（輸出保持不變）LE2LE1DAC0832輸入寄存器DI0～DI7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout1DAC0832的工作方式：直通方式LE1＝LE2＝1輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)直接進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器LE2LE1DAC0832輸入寄存器DI0～DI7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout1DAC0832的工作方式：?jiǎn)尉彌_方式LE1＝1，或者LE2＝1兩個(gè)寄存器之一始終處于直通狀態(tài)另一個(gè)寄存器處于受控狀態(tài)（緩沖狀態(tài)）LE2LE1DAC0832輸入寄存器DI0～DI7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout1DAC0832的工作方式：雙緩沖方式兩個(gè)寄存器都處于受控（緩沖）狀態(tài)能夠?qū)σ粋€(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的同時(shí)；輸入另一個(gè)數(shù)據(jù)LE2LE1DAC0832輸入寄存器DI0～DI7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout1（2）單極性電壓輸出Vout＝－Iout1×Rfb＝－（D/28）×VREFRfbIout2Iout1Vout+_AGNDADIVREF

（3）D/A轉(zhuǎn)換器的接口電路設(shè)計(jì)要求：采用DAC0832設(shè)計(jì)一個(gè)能產(chǎn)生任意波形（如正弦波、三角波等）的函數(shù)波形發(fā)生器。分析：DAC0832是分辨率為8位、芯片內(nèi)部帶有兩級(jí)緩沖器的D/A轉(zhuǎn)換器。輸入無(wú)三態(tài)鎖存器，接口中要加三態(tài)鎖存器或并行接口。設(shè)計(jì)（1）硬件連接。采用8255A作為DAC與CPU之間的接口芯片，A端口用來(lái)數(shù)據(jù)輸出，B端口用來(lái)輸出控制信號(hào)。（2）軟件編程。

片內(nèi)有輸入鎖存器（DAC0832與CPU接口）DAC0832的應(yīng)用電路思考：要求輸出電壓的最大值為10V，分辨率為10mV，則最少應(yīng)選用多少位的DAC？

2、12位D/A轉(zhuǎn)換器要求：對(duì)片內(nèi)有輸入緩沖器的12位D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)接口，要求轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)按“左對(duì)齊“格式傳送。分析：由于該D/A分辨率為12位（數(shù)據(jù)線(xiàn)有12條），且片內(nèi)有兩級(jí)鎖存器，所以不必外加鎖存器，可與CPU直接相連，但CPU的字長(zhǎng)為８位，因此需傳送兩次。設(shè)計(jì)

片內(nèi)有輸入鎖存器（DAC1210與CPU接口）D/A轉(zhuǎn)換器的接口電路設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換器的接口電路設(shè)計(jì)硬件連接：

DAC1210高8位DI11~DI4連到數(shù)據(jù)線(xiàn)D7~D0，低4位DI3~DI0連到數(shù)據(jù)線(xiàn)的D7~D4，實(shí)現(xiàn)左對(duì)齊。高低字節(jié)鎖存過(guò)程：高低字節(jié)控制端口地址分別為340H（Y0=0）、341H（Y1=0），第二級(jí)鎖存地址為342H（Y2=0）。當(dāng)Y0=0時(shí)，BYTE1/BYTE2=1，此時(shí)若IOW有效（WR1=0），其上升沿鎖存高8位數(shù)據(jù)。當(dāng)Y1=0時(shí)，BYTE1/BYTE2=0，此時(shí)若IOW有效（WR1=0），其上升沿鎖存低4位數(shù)據(jù)。當(dāng)Y2=0時(shí)，此時(shí)若IOW有效（WR1=0），其上升沿將12位數(shù)據(jù)鎖存到12為DAC寄存器，開(kāi)始D/A轉(zhuǎn)換。

MOVDX，340HMOVAL，DATALMOVAL，DATAH OUTDX，ALOUTDX，AL MOVDX，342HINCDXOUTDX，AL

本節(jié)小結(jié)

D/A轉(zhuǎn)換器的功能是將輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)輸出。D/A轉(zhuǎn)換器根據(jù)工作原理基本上可分為二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器和T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器兩大類(lèi)。由于T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器只要求兩種阻值的電阻，因此最適合于集成工藝，集成D/A轉(zhuǎn)換器普遍采用這種電路結(jié)構(gòu)。

如果輸入的是n位二進(jìn)制數(shù)，則D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓為：6.2A/D轉(zhuǎn)換器模擬電子開(kāi)關(guān)S在采樣脈沖CPS的控制下重復(fù)接通、斷開(kāi)的過(guò)程。S接通時(shí)，ui(t)對(duì)C充電，為采樣過(guò)程；S斷開(kāi)時(shí)，C上的電壓保持不變，為保持過(guò)程。在保持過(guò)程中，采樣的模擬電壓經(jīng)數(shù)字化編碼電路轉(zhuǎn)換成一組n位的二進(jìn)制數(shù)輸出。一、A/D轉(zhuǎn)換的基本原理A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)處理過(guò)程

二、A/D轉(zhuǎn)換的基本概念A(yù)/D轉(zhuǎn)換過(guò)程包括取樣、保持、量化和編碼四個(gè)步驟，前兩步在取樣-保持電路（S/H）中完成，后兩步在A/D轉(zhuǎn)換電路中完成。采樣定理：fs>=2fmax（理論計(jì)算）

fs>=（4~5）fmax（實(shí)際應(yīng)用）采樣-保持：將采樣后的值保存下來(lái)，并在采樣脈沖結(jié)束之后到下一個(gè)采樣脈沖到來(lái)之前保持不變，保證ADC在此期間將樣值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其原理與峰值檢測(cè)電路相同，電路有LF198等。量化與編碼1、采樣保持原理（1）采樣和保持

采樣：把在時(shí)間上是連續(xù)的輸入模擬信號(hào)ui轉(zhuǎn)換成在時(shí)間上是斷續(xù)的信號(hào)，輸出脈沖波的包絡(luò)仍反映輸入信號(hào)幅度的大小。

取樣定理，采樣信號(hào)的頻率fs和輸入模擬信號(hào)的最高頻率fimax之間必須滿(mǎn)足下述條件:fs≥2fimax

因?yàn)槊看伟讶与妷恨D(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量都需要一定的時(shí)間，所以在每次取樣以后，必須把取樣電壓保持一段時(shí)間。采樣保持電路采樣保持電路的組成：模擬開(kāi)關(guān)模擬信號(hào)存儲(chǔ)電容緩沖放大器A/D轉(zhuǎn)換——將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)若參考量為R，則D≈A/R?2、

量化和編碼量化：將A/D轉(zhuǎn)換器中取樣—保持輸出的階梯離散電平都統(tǒng)一歸并到最臨近的指定電平上的過(guò)程。量化單位

量化誤差——因mmin不能是無(wú)窮小而帶來(lái)的誤差。量化誤差是不可消除的。劃分量化電平的兩種方法●量化誤差問(wèn)題：采用了A/D轉(zhuǎn)換器，會(huì)不會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的精度降低？三、A/D轉(zhuǎn)換器的分類(lèi)與原理可分成并行比較型、逐次逼近型和積分型分類(lèi)特點(diǎn)應(yīng)用并行比較型速度最快(轉(zhuǎn)換時(shí)間10ns~1us)，但設(shè)備成本較高，精度也不易做高數(shù)字通信技術(shù)和高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)逐次逼近型工作速度中等(轉(zhuǎn)換時(shí)間幾u(yù)s~100us)，精度也較高，成本較低中高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、在線(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)測(cè)控系統(tǒng)積分型精度可以做得很高，抗干擾性能很強(qiáng)，速度很慢(轉(zhuǎn)換時(shí)間幾百u(mài)s~幾ms)數(shù)字儀表（數(shù)字萬(wàn)用表、高精度電壓表）和低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1、并聯(lián)比較型ADC

電路由三部分組成:分壓器、比較器和編碼器。

這種A/D變換器的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，但其電路規(guī)模隨著分辨率的提高呈指數(shù)增長(zhǎng)（2n-1）,且多個(gè)比較器的亞穩(wěn)態(tài)和失配引起的閃爍碼造成輸出不穩(wěn)定，功耗和體積較大，價(jià)格昂貴比較器輸入E>ux

>7E/87E/8>ux

>6E/86E/8>ux>5E/85E/8>ux

>4E/84E/8>ux

>3E/83E/8>ux

>2E/82E/8>ux

>1E/81E/8>ux

>0ABCDEFGD2D0D1編碼器輸出輸入電壓ux11111111111111110000111110000000000000000000000000000000001111111111111111111000邏輯狀態(tài)關(guān)系表2、逐次逼近型ADC

其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四個(gè)砝碼共重15克，每個(gè)重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量Wx=13克，可以用下表步驟來(lái)秤量：G≈d3g3+d2g2+d1g1+d0g0砝碼重第一次第二次第三次第四次加4克加2克加1克8克砝碼總重<待測(cè)重量Wx

，故保留砝碼總重仍<待測(cè)重量Wx

，故保留砝碼總重>待測(cè)重量Wx

，故撤除砝碼總重＝待測(cè)重量Wx

，故保留暫時(shí)結(jié)果8克12克12克13克

結(jié)論di1有效0無(wú)效逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)框圖－＋＋10001000D/Aux(待轉(zhuǎn)換的模擬電壓)uouc控制邏輯數(shù)碼寄存器移位寄存器時(shí)鐘清0、置數(shù)清0、置數(shù)CP、(移位命令)“1”狀態(tài)是否保留控制端原理框圖電壓值和過(guò)程分析假設(shè)該A/D轉(zhuǎn)換器所用D/A轉(zhuǎn)換最大輸出電壓為1.0V，設(shè)輸入電壓為0.625V。3位數(shù)碼從左到右排列分別為高位、次高位、低位，若為1時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓值如表:二進(jìn)制代碼“1”所在位置高位次高位低位相對(duì)應(yīng)電壓值（V）0．50.250.125逐次逼近過(guò)程發(fā)析如表:

即當(dāng)0.625V電壓輸入該D/A轉(zhuǎn)換器，相應(yīng)輸出的數(shù)字信號(hào)從最高位到最低位排列是101。

順序順序脈沖發(fā)生器數(shù)碼逐次逼近寄存器數(shù)碼uA（V）與輸入電壓比較結(jié)果比較后逐次逼近寄存器鎖存結(jié)果（啟動(dòng)脈沖）000000

時(shí)鐘脈沖11001000．50．625>0.5100時(shí)鐘脈沖21101100.750.625<0.75100時(shí)鐘脈沖31111010.6250.625=0.625101時(shí)鐘脈沖4輸出EOC

輸出鎖存結(jié)果1013位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器

逐次逼近輸出示意圖3、

雙積分型ADC雙積分型ADC是一種電壓-時(shí)間間接型模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其轉(zhuǎn)換原理如下圖所示，主要有積分器、比較器、計(jì)數(shù)器和控制電路組成，其工作過(guò)程由對(duì)基準(zhǔn)源和樣值兩次積分完成。

雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖采樣階段結(jié)束時(shí)，積分器輸出電壓為

比較階段結(jié)束時(shí)，積分器輸出電壓為

計(jì)數(shù)器記錄的脈沖數(shù)N2便表示了被測(cè)電壓ui在T1時(shí)間內(nèi)的平均值，從而實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換前，控制電路使計(jì)數(shù)器清零，積分器輸入端接地，使電容C放電至零。

采樣脈沖到來(lái)時(shí)，轉(zhuǎn)換開(kāi)始，模擬開(kāi)關(guān)使輸入信號(hào)ui被采樣加到反相積分器輸入端，以u(píng)i

/RC速率在固定時(shí)間T1內(nèi)向電容器C充電，使積分器輸出端電壓uC從0開(kāi)始增加（極性與ui相反），同時(shí)啟動(dòng)計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)鐘脈沖從零開(kāi)始計(jì)數(shù)。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定時(shí)間T1時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值表示為N1，采樣階段結(jié)束。

計(jì)數(shù)器發(fā)出溢出脈沖使計(jì)數(shù)器復(fù)零，控制電路根據(jù)ui的極性，將與ui極性相反的基準(zhǔn)電壓uref（或-uref

）加到反相積分器輸入端，積分器對(duì)uref（或-uref

）以固定速率反向積分，其輸出端電壓從uC向零電平方向斜變，與此同時(shí)計(jì)數(shù)器重新開(kāi)始計(jì)數(shù)，進(jìn)入比較階段。當(dāng)uC下降到零，過(guò)零比較器輸出端發(fā)出關(guān)門(mén)信號(hào)，關(guān)閉計(jì)數(shù)門(mén)停止計(jì)數(shù)，此時(shí)計(jì)數(shù)器值為N2，對(duì)應(yīng)時(shí)間間隔為T(mén)2。至此一次轉(zhuǎn)換過(guò)程結(jié)束。四、A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用1.A/D轉(zhuǎn)換器主要參數(shù)（1）分辨率

A/D轉(zhuǎn)換器可轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制位數(shù)。（2）轉(zhuǎn)換時(shí)間輸入啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)到轉(zhuǎn)換結(jié)束，最后得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出所需的時(shí)間。

2.A/D轉(zhuǎn)換器外部特性

(1)啟動(dòng)線(xiàn)：由系統(tǒng)控制器或通過(guò)接口發(fā)出的一種控制信號(hào)，此信號(hào)一到，A/D轉(zhuǎn)換器立即開(kāi)始。

(2)轉(zhuǎn)換結(jié)束線(xiàn)：轉(zhuǎn)換完畢由A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出的一種狀態(tài)信號(hào)，由它申請(qǐng)中斷、DMA傳送和中斷查詢(xún)用。

(3)模擬信號(hào)輸入線(xiàn)：來(lái)自被轉(zhuǎn)換的對(duì)象，有單通道、多通道。3、A/D轉(zhuǎn)換器接口基本原理與方法

(4）數(shù)字量輸出線(xiàn)：由ADC將數(shù)字量送給CPU。

連接特性：（1）啟動(dòng)信號(hào)是電平還是脈沖；（2）芯片內(nèi)是否有三態(tài)門(mén)輸出鎖存器，若有可直接與CPU數(shù)據(jù)線(xiàn)相連，否則要外加鎖存器；（3）輸出數(shù)字量的形式，是二進(jìn)制還是BCD碼。五、A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器接口方法

1.A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的連接（1）A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率與CPU的數(shù)據(jù)總線(xiàn)的位數(shù)關(guān)系；轉(zhuǎn)換結(jié)束后存放數(shù)據(jù)時(shí)有“左對(duì)齊”和“右對(duì)齊”之分，左對(duì)齊就是一個(gè)數(shù)據(jù)的最高位放在最左邊，缺位在右邊，并以0補(bǔ)齊。右對(duì)齊就是一個(gè)數(shù)據(jù)的最低位放在最右邊，缺位在左邊，并以0補(bǔ)齊。（2）A/D轉(zhuǎn)換器的輸出鎖存器；若A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)無(wú)數(shù)據(jù)鎖存器，則A/D接口電路中應(yīng)設(shè)有數(shù)據(jù)鎖存器方可與數(shù)據(jù)總線(xiàn)相連。

A/D轉(zhuǎn)換器接口基本原理與方法

(3）A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)信號(hào)。有電平啟動(dòng)和脈沖啟動(dòng)之分，如AD570是低平啟動(dòng)，AD574、