模塊七 AD轉(zhuǎn)換器 課件

模塊七——AD與DAA/D轉(zhuǎn)換器7.2A/D轉(zhuǎn)換器在A/D轉(zhuǎn)換中，因為輸入的模擬信號在時間上是連續(xù)不斷的，而輸出的數(shù)字信號是離散的，所以在進行A/D轉(zhuǎn)換時，必須在一系列選定的瞬間對模擬信號采樣，然后再把這些采樣值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。一般的A/D轉(zhuǎn)換過程通常由采樣、保持、量化和編碼四個步驟完成。A/D轉(zhuǎn)換器是指通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量，通常簡稱為ADC。A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號有8位、10位、12位和14位等。1.A/D接口的組成A/D接口通常包括多路模擬開關(guān)、采樣保持電路和A/D轉(zhuǎn)換器等。7.2A/D轉(zhuǎn)換器2.采樣、量化和編碼通過采樣可以將連續(xù)的模擬信號變換成不連續(xù)的離散信號。這個過程是通過多路模擬開關(guān)來實現(xiàn)的。（1）采樣和保持模擬開關(guān)每隔一定的時間間隔閉合一次，當(dāng)一個連續(xù)的信號通過這個開關(guān)時，就形成了一系列的脈沖信號了，稱為采樣信號。

通過采樣定理可以知道，如果采樣的頻率大于或等于原始信號最大頻率的2倍，那么所采集的信號就包含了原始信號的全部信息。7.2A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)字信號不僅在時間上是離散的，而且數(shù)值上的變化也不是連續(xù)的。任何一個數(shù)字量的大小，都是以某個最小數(shù)量的整數(shù)倍來表示的。①因此在用數(shù)字量表示采樣信號時，也必須把它化成最小數(shù)量單位的整數(shù)倍，這個轉(zhuǎn)化過程，就叫做量化。②

把量化后的數(shù)值用二進制代碼表示，就是編碼。這個二進制編碼就是A/D轉(zhuǎn)換的輸出信號。③當(dāng)然在量化過程中不可避免地會出現(xiàn)誤差，這個誤差叫量化誤差，主要是由于對最小的數(shù)量單位不能整除需要舍入而引起的。④7.2A/D轉(zhuǎn)換器2.采樣、量化和編碼采樣后的信號雖然在時間上不連續(xù)了，但幅度仍然是連續(xù)的，仍是一種模擬信號，必須經(jīng)過量化才能真正轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。（2）量化與編碼3.A/D轉(zhuǎn)換的類型計數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器、逐次逼近型、雙積分型、并行A/D轉(zhuǎn)換器等。按照工作原理分為直接A/D轉(zhuǎn)換器（將模擬量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量）、間接A/D轉(zhuǎn)換器（將模擬量轉(zhuǎn)換成中間量，再將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量）。按轉(zhuǎn)換方法分為二進制的4位、6位、8位、10位、12位、14位、16位和BCD碼的3位半、4位半、5位半等。按分辨率分為低速（轉(zhuǎn)換時間≥1s）、中速（轉(zhuǎn)換時間≥1ms）、高速（轉(zhuǎn)換時間≥1us）和超高速（轉(zhuǎn)換時間≥1ns。按轉(zhuǎn)換速度分為并行、串行、串并行等。按輸出方式分為7.2A/D轉(zhuǎn)換器逼近型AD轉(zhuǎn)換器原理7.2A/D轉(zhuǎn)換器3.A/D轉(zhuǎn)換的類型

分辨率是指A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力。通常用能轉(zhuǎn)換成的數(shù)字量（二進制）的位數(shù)來表示。在最大輸入電壓一定的情況下，輸出位數(shù)越多，量化的單位就越小，分辨率就越高。①分辨率如用一個分辨率為10位A/D轉(zhuǎn)換器（最大輸入模擬電壓為－10V~+10V）能分辨的最小模擬電壓為20mv（10V×1/210=20mv）。7.2A/D轉(zhuǎn)換器4.主要性能指標(biāo)[課堂練習(xí)]某信號采集系統(tǒng)要求用一片A/D轉(zhuǎn)換集成芯片在1秒內(nèi)對16個熱電偶的輸出電壓分時進行A/D轉(zhuǎn)換。已知熱電偶輸出電壓為0~0.025V（對應(yīng)于0℃~450℃溫度范圍），需要分辨的溫度為0.1℃，試問應(yīng)當(dāng)選擇多少位的A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時間為多少？7.2A/D轉(zhuǎn)換器4.主要性能指標(biāo)對于從0℃~450℃溫度范圍，分辨溫度為0.1℃，這相當(dāng)于0.1/450即1/4500的分辨率。而12位A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率為=1/4096>1/4500，因此至少要選用13位的A/D轉(zhuǎn)換器，才能達到預(yù)期的分辨率。[分析]系統(tǒng)的采樣速率為每秒16次，則采樣時間為62.5ms。

對于這樣慢速的采樣速度，任何一個A/D轉(zhuǎn)換器都可以達到。7.2A/D轉(zhuǎn)換器4.主要性能指標(biāo)指A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始，到輸出端輸出穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)歷的時間。轉(zhuǎn)換時間越短，則轉(zhuǎn)換速度就越快。指A/D轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量與理論輸出數(shù)字量之間的差別。轉(zhuǎn)換誤差是指實際的轉(zhuǎn)換點偏離理想特性的誤差，一般用最低有效位來表示。如給出相對誤差≤1/2LSB，這就表明實際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字之間的誤差小于最低位的一半。7.2A/D轉(zhuǎn)換器4.主要性能指標(biāo)②轉(zhuǎn)換時間③轉(zhuǎn)換誤差絕對精度是指在輸出端產(chǎn)生給定信號的數(shù)字值，實際需要的模擬輸入