計算機電路基礎 第3版 課件 第11章 數(shù)模和模數(shù)轉換電路

第11章數(shù)模、模數(shù)轉換電路11.1D/A轉換器11.2A/D轉換器第11章數(shù)模、模數(shù)轉換電路

應用領域：數(shù)字系統(tǒng)，特別是計算機的應用范圍越來越廣，它們處理的都是不連續(xù)的0、1數(shù)字信號，處理后的結果也是數(shù)字信號。然而實際所遇到的許多物理量，如語音、溫度、壓力、流量、亮度、速度等都是在數(shù)值和時間上連續(xù)變化的模擬量，這些物理量經(jīng)傳感器轉換后的電壓或電流也是連續(xù)變化的模擬信號，這些模擬信號不能直接送入數(shù)字系統(tǒng)處理，需要把它們先轉換成相應的數(shù)字信號，然后才能輸入數(shù)字系統(tǒng)進行處理。處理后的數(shù)字信息也必須先轉換成電模擬量，送到執(zhí)行元件中才能對控制對象實行實時控制，進行必要的調整。這一過程如圖11-1所示。

圖中，A/D轉換器簡稱ADC（AnalogtoDigitalConverter），就是把輸入的模擬量轉換成數(shù)字量的接口電路，而D/A轉換器簡稱DAC（DigitaltoAnalogConverter），就是把輸入的數(shù)字量轉換成模擬量（電壓或電流）輸出的接口電路。它們都是數(shù)字系統(tǒng)中必不可少的組成部分。

圖11-1典型的數(shù)字控制系統(tǒng)框圖

DAC是先把輸入二進制碼的每一位轉換成與其成正比的電壓或電流模擬量，然后將這些模擬量相加，即得與輸入的數(shù)字信息成正比的模擬量。輸入到DAC的數(shù)字信息可以是原碼，也可以是反碼或補碼。下圖所示是原碼輸入的三位二進制DAC的轉換特性，它具體而形象地反映了對DAC的基本要求。11.1D/A轉換器

11.1.1權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器

3位二進制輸入時DAC的轉換特性

圖11-2所示是4位權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器的原理圖，它由權電阻網(wǎng)絡、電子開關、求和放大器組成。

S3、S2、S1、S0是4個電子開關（參見圖12-4），它們的狀態(tài)分別受輸入的數(shù)字信號代碼d3、d2、d1、d0的取值控制，這里d3是代碼的最高位（MostSignificantBit，MSB），d0是代碼的最低位（LeastSignificantBit，LSB）。代碼為1時開關接到參考電壓（也稱為基準電壓）UREF上，代碼為0時開關接地。故di=1時有支路電流Ii流向求和放大器，di=0時支路電流為零。

求和放大器是一個接成負反饋的運算放大器，為了簡化分析計算，可以把運算放大器近似看成是理想放大器，因此該運放工作在線性狀態(tài)，滿足虛短和虛斷的特點。

圖11-2權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器

電路組成：S3、S2、S1、S0是4個電子開關，它們的狀態(tài)分別受輸入的數(shù)字信號代碼d3、d2、d1、d0的取值控制，這里，d3是代碼的最高位（MostSignificantBit，簡寫為MSB），d0是代碼的最低位（LeastSignificantBit，簡寫為LSB）。代碼為1時開關接到參考電壓UREF上，代碼為0時開關接地。故di=1時有支路電流Ii流向求和放大器，di=0時支路電流為零。求和放大器是一個接成負反饋的運算放大器。當同相輸入端的電位u+高于反相輸入端的電位u-時，輸出端對地的電壓uo為正；當u-高于u+時，uo為負。

工作原理：當參考電壓UREF經(jīng)電阻網(wǎng)絡加到u-時，只要u-稍高于u+

，便在uo產生很負的輸出電壓。uo經(jīng)反饋電阻RF反饋到u-端使u-降低，其結果必然使u-≈u+=0。在認為運算放大器輸入電流為零的條件下可以得到：（11-1）

由于u-≈0，因而各支路電流分別為：

將它們代入式（11-1）并取RF=R/2，則得到：（11-2）

對于n位的權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器，當反饋電阻取R/2時，輸出電壓的計算公式可寫成:

式（11-3）表明，輸出的模擬電壓正比于輸入的數(shù)字量Dn，從而實現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉換。

當Dn=0時，uo=0，當Dn=11…11時，，故uo的最大變化范圍是0～。

從式（11-3）中還可以看到，在UREF為正電壓時輸出電壓uo始終為負值。要想得到正的輸出電壓，可以將UREF取為負值。（11-3）權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器小結：優(yōu)點：圖12-3所示權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器的優(yōu)點是結構比較簡單，所用的電阻元件數(shù)很少。

缺點：是各個電阻的阻值相差較大，尤其在輸入信號的位數(shù)較多時，這個問題就更加突出。要想在極為寬廣的阻值范圍內保證每個電阻都有很高的精度是十分困難的，尤其對制作集成電路更加不利。

改進措施：為了克服權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器中電阻阻值相差太大的缺點，提出一種倒T形電阻網(wǎng)絡D/A轉換器。1.電路組成

圖11-3所示是一個3位二進制倒T型電阻網(wǎng)絡D/A轉換器的原理電路圖。由圖可見，電阻網(wǎng)絡中只有R、2R兩種阻值的電阻，這就給集成電路的設計和制作帶來了很大的方便。

11.1.2倒T型電阻網(wǎng)絡D/A轉換器

圖11-3倒T型電阻網(wǎng)絡D/A轉換器

電路組成：圖中，d2d1d0是輸入的3位二進制數(shù)，它們控制著由N溝道增強型MOS管組成的3個電子開關S2、S1、S0，R、2R組成倒T型電阻轉換網(wǎng)絡，運放完成求和運算，uo是輸出模擬電壓，UREF是參考電壓（也叫作基準電壓）。

S2、S1、S0與d2、d1、d0的對應關系是：當d2=1，即為高電平時，=0為低電平，S2右邊的MOS導通，左邊MOS管截止，將相應的2R電阻接到運放的反相輸入端，反之若d2=0，=1，S2右邊MOS管截止，左邊MOS管導通，2R電阻接地。d1、d0對S1、S0的控制作用與d2對S2的控制作用相同。一般地說，輸入n位二進制數(shù)中第i位di=1時，Si就把網(wǎng)絡中相應的2R電阻接到求和運放的反相輸入端，反之di=0時，Si則將2R電阻接地。2.工作原理（1）當d2d1d0=100時

倒T型電阻網(wǎng)絡中，無論是從AA端、BB端還是CC端向左看進去，其等效電阻均為R，因此，由參考電壓提供的電流I=UREF/R。圖11-4d2d1d0=100時的等效電路

（2）當d2d1d0=110時圖11-5所示是d2d1d0=110時的等效電路，顯然，流入求和電路的電流是I/2+I/4，輸出電壓為：圖11-5d2d1d0=110時的等效電路

（3）當d2d1d0=111時利用類似方法可求得輸出電壓為：（4）表達式的一般形式根據(jù)d2d1d0為100、110、111時的分析結果，可推論得到uO的一般表達形式為:

式（11-4）表明，圖11-3所示電路可以將輸入的3位二進制數(shù)d2d1d0轉換成相應的模擬輸出電壓uo。（11-4）

當輸入D=dn-1dn-2…d1d0，即為n位二進制數(shù)時，由式（11-4）不難推論出：

式（11-5）中Ku是將二進制數(shù)Dn轉換成模擬電壓uo的轉換比例系數(shù)，也可以看成是D/A轉換器中的單位電壓：

單位電壓Ku乘上二進制數(shù)D的數(shù)值，所得到的便是輸出模擬電壓uo。

（11-5）（11-6）

衡量D/A轉換器性能的參數(shù)主要有分辨率、轉換精度和轉換速度等。1.分辨率分辨率用于描述D/A轉換器對輸入量微小變化的敏感程度。它是輸入數(shù)字量在只有最低有效位（LSB，LeastSignificantBit）為1（即為00…01）時的輸出電壓ULSB與輸入數(shù)字量全為1（即為11…11）時的輸出電壓UM之比。將00…01和11…11代入式（10-5），可得ULSB和UM，因此對于n位的DAC，其分辨率為分辨率=ULSB/UM=1/（2n–1）例如10位D/A轉換器的分辨率為1/（210–1）。如果輸出模擬電壓滿量程為10V，那么10位DAC能夠分辨的最小電壓為10/1023≈0.009775V；而8位D/A轉換器能夠分辨的最小電壓為10/255≈0.039215V?？梢娢粩?shù)越高，DAC分辨輸出電壓的能力越強。分辨率表示D/A轉換器在理論上可以達到的精度。

11.1.3D/A轉換器的主要技術指標

2.轉換精度

通常，轉換精度用轉換誤差和相對精度來描述。轉換誤差是在對應給定的滿刻度數(shù)字量情況下，D/A轉換器實際輸出與理論值之間的誤差。該誤差是由于D/A轉換器的增益誤差、零點誤差、線性誤差和噪聲等共同引起的。相對精度指在滿刻度已校準的情況下，整個刻度范圍內，對于任一數(shù)碼的模擬量輸出與其理論值之差。對于線性的D/A轉換器，相對精度就是非線性度。相對精度有兩種方法表示，一種是用數(shù)字量最低有效位的位數(shù)LSB表示，另一種是用該偏差的相對滿刻度值的百分比表示。某DAC精度為±0.1%，滿量程UFS=10V，則該DAC的最大線性誤差電壓：

UE=±0.1%×10V=±10mV對于n位DAC，精度為±LSB，其最大可能的線性誤差電壓：3.轉換速度轉換速度由轉換時間決定，轉換時間是指數(shù)據(jù)變化量是滿度值（輸入由全0變?yōu)槿?或全1變?yōu)槿?）時，達到終值±2LSB時所需的時間。

集成DAC0832是用CMOS工藝制成的8位DAC轉換芯片。數(shù)字輸入端具有雙重緩沖功能，可根據(jù)需要接成不同的工作方式，特別適用于要求幾個模擬量同時輸出的場合。它與微處理器接口很方便。1.DAC0832的主要技術指標分辨率：8位轉換時間：≤1μs單電源：5～15V線性誤差：≤±0.2%LSB溫度靈敏度：20ppm/oC功耗：20mW

11.1.4集成DAC

*DAC0832的內部結構

DAC0832的內部結構如下圖所示。DAC0832內部結構框圖

2.DAC0832的引腳功能

DAC0832的引腳排列圖如圖11-6所示。各引腳的功能如下：

圖11-6DAC0832的引腳排列圖ILE：輸入鎖存允許信號，輸入高電平有效。：片選信號，輸入低電平有效。它與ILE結合起來可以控制是否起作用。：寫信號1，低電平有效。在和ILE為有效電平時，用它將數(shù)據(jù)輸入并鎖存于輸入寄存器中。：寫信號2，輸入低電平有效。在為有效電平時，用它將輸入寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到8位DAC寄存器中。：傳輸控制信號，輸入低電平有效。用它來控制是否起作用。在控制多個DAC0832同時輸出時特別有用。

DI7～DI0：8位數(shù)字量輸入端。

VREF：基準（參考）電壓輸入端。一般此端外接一個精確、穩(wěn)定的電壓基準源。VREF可在-10V～+10V范圍內選擇。

RFB：反饋電阻。反饋電阻被制作在芯片內，用作外接運算放大器的反饋電阻，它與內部的R-2R電阻相匹配。

IOUT1：模擬電流輸出1，接運算放大器反相輸入端。其大小與輸入的數(shù)字量DI7～DI0成正比。

IOUT2：模擬電流輸出2，接地。其大小與輸入數(shù)字取反后的數(shù)字量DI7～DI0成正比，IOUT1+IOUT2=常數(shù)。

VCC：電源輸入端（一般為+5V～+15V）。

DGND：數(shù)字地。

AGND：模擬地。3.DAC0832與微機的連接

圖11-7所示為DAC0832與80X86計算機系統(tǒng)連接的典型電路，它屬于單緩沖方式。圖中的電位器用于滿量程調整。圖11-7DAC0832與80x86計算機系統(tǒng)連接的典型電路

DAC0832在輸入數(shù)字量為單極性數(shù)字時，輸出電路可接成單極性工作方式；在輸入數(shù)字量為雙極性數(shù)字時，輸出電路可接成雙極性工作方式。所謂單極性輸出是指微處理機輸出到D/A轉換器的代碼為00H～FFH，經(jīng)D/A轉換器輸出的模擬電壓要么全為負值，要么全為正值。輸出極性總與基準電壓的極性相反。所謂雙極性輸出是指微處理機輸出到DAC的數(shù)字量有正負之分，經(jīng)D/A轉換器輸出的模擬電壓也有正負極性之分。如控制系統(tǒng)中對電動機的控制，正轉和反轉對應正電壓和負電壓。

功能：A/D轉換器的功能是將輸入的模擬電壓量ui轉換成相應的數(shù)字量D輸出，D為n位二進制代碼dn-1dn-2…d1d0

。

分類：A/D轉換器的種類很多，按工作原理可分為直接型和間接型兩大類。前者直接將模擬電壓轉換成輸出的數(shù)字代碼，而后者是將模擬電壓量轉換成一個中間量（如時間或頻率），然后將中間量轉換成數(shù)字量。下面首先說明A/D轉換的一般原理和步驟，再分別介紹直接型中的逐次漸近比較型A/D轉換器和間接型中的雙積分型A/D轉換器。11.2A/D轉換器

11.2.1A/D轉換的一般步驟

因為ADC的輸入電壓信號ui在時間上是連續(xù)量，而輸出的數(shù)字量D是離散的，所以進行轉換時必須按一定的頻率對輸入的信號ui進行取樣，得到取樣信號us，并在兩次取樣之間使us保持不變，從而保證將取樣值轉化成穩(wěn)定的數(shù)字量。因此，A/D轉換過程是通過取樣、保持、量化、編碼4個步驟完成的。1.取樣與保持

取樣是將在時間上連續(xù)變化的模擬量轉換成時間上離散的模擬量，如圖11-8所示。可以看到，為了用取樣信號uS準確地表示輸入信號ui，必須有足夠高的取樣頻率fS，取樣頻率fS越高就越能準確地反映ui的變化。那么如何來確定取樣頻率呢？

對任何模擬信號進行諧波分析時，均可以表示為若干正弦信號之和，若諧波中最高頻率為fi

max，則根據(jù)取樣定理，取樣頻率應滿足：

fS≥2fimax

此時，取樣信號uS就能準確地反映輸入信號ui。由于取樣時間極短，取樣輸出uS為一串斷續(xù)的窄脈沖。而要把一個取樣信號數(shù)字化需要一定時間，因此在兩次取樣之間應將取樣的模擬信號存儲起來以便進行數(shù)字化，這一過程稱為保持。圖11-8對輸入模擬信號的取樣2.量化與編碼在用數(shù)字量表示取樣電壓時，也必須把它化成這個最小數(shù)量單位的整數(shù)倍，所規(guī)定的最小數(shù)量單位稱為量化單位，用△表示。將量化的結果用二進制代碼表示稱為編碼。這個二進制代碼就是A/D轉換的輸出信號。輸入模擬電壓通過取樣保持后轉換成階梯波，其階梯幅值仍然是連續(xù)可變的，所以它就不一定能被量化單位△整除，因而不可避免地會引起量化誤差。對于一定的輸入電壓范圍，輸出的數(shù)字量的位數(shù)越高，△就越小，因此量化誤差也越小。而對于一定的輸入電壓范圍、一定位數(shù)的數(shù)字量輸出，不同的量化方法，量化誤差的大小也不同。量化的方法有兩種，下面將分別說明。設輸入電壓ui的輸入電壓范圍為0～UM，輸出為n位的二進制代碼?，F(xiàn)取UM=1V，n=3。第一種量化方法：取△=UM/2n=（1/23）V=（1/8）V，規(guī)定0△表示0V＜ui

＜（1/8）V，對應的輸出二進制代碼為000；1△表示（1/8）V＜ui＜（2/8）V，對應的輸出二進制代碼為001；…；7△表示（7/8）V＜ui

＜1V，對應的輸出二進制代碼為111，如圖11-9（a）所示。顯然，這種量化方法的最大量化誤差為△。

第二種量化方法：取△=2UM/（2n+1–1）=（2/15）V，并規(guī)定0△表示0V＜ui

＜（1/15）V，對應的輸出二進制代碼為000；1△表示（1/15）V＜ui

＜（3/15）V，對應的輸出二進制代碼為001；…；7△表示（13/15）V＜ui

＜1V，對應的輸出二進制代碼為111，如圖11-9（b）所示。顯然，這種量化方法的最大量化誤差為△/2。實際電路中多采用這種量化方法。

圖11-9兩種量化方法11.2.2并聯(lián)比較型A/D轉換器

電路組成：并聯(lián)比較型A/D轉換器屬于直接型A/D轉換器，它能將輸入的模擬電壓直接轉換為輸出的數(shù)字量而不需要經(jīng)過中間變量。圖11-10所示為3位的并聯(lián)比較型A/D轉換器的邏輯結構圖，它由電阻分壓器、電壓比較器、寄存器、編碼器4部分組成。輸入為0～UREF間的模擬電壓，輸出為3位數(shù)字代碼d2d1d0，此處略去了取樣保持電路，假定輸入的模擬電壓ui已經(jīng)是取樣保持電路的輸出電壓。

工作原理：電阻分壓器由8個電阻串聯(lián)組成，通過串聯(lián)分壓將基準電壓UREF分成~

之間7個等級，并將這7個等級的電壓分別作為7個電壓比較器C1～C7的參考電壓。

電壓比較器中量化電平的劃分采用如圖11-9（b）所示的方式，量化單位為

電壓比較器的一個輸入端分別接7個等級的參考電壓，另一個輸入端接輸入的模擬電壓ui，并與這7個參考電壓進行比較。圖11-103位并聯(lián)比較型A/D轉換器

若ui＜，則所有比較器的輸出均為低電平0，待CP上升沿到來時，寄存器中所有的觸發(fā)器均被置成0狀態(tài)。若

＜ui＜

則只有比較器C1輸出為高電平1，其他比較器均輸出0，待CP上升沿到來時，只有觸發(fā)器FF1被置1，其余觸發(fā)器被置0。

以此類推，便可列出ui為不同電壓時寄存器的狀態(tài)，如表11-1所列。至此，寄存器輸出的還只是一組7位的高、低電平信號，不是所要求的3位二進制代碼，為此必須進行代碼轉換。

代碼轉換是由組合邏輯電路編碼器完成的，如圖11-10所示。根據(jù)表11-1可以寫出編碼器輸出與輸入間的邏輯表達式為

根據(jù)以上表達式，即可得到如圖11-10中所示的編碼器電路。表11-1圖11-9電路的A/D轉換真值表

逐次漸近型A/D轉換器是直接型A/D轉換器，也是目前集成A/D轉換器產品中用得最多的一種電路。其轉換過程類似于天平稱物的過程，天平的一端放物M，一端放砝碼。用天平將各種質量的砝碼按一定規(guī)律與M進行比較、取舍，直到天平基本平衡，這時天平托盤中砝碼的質量之和就表示M的質量。

電路組成：圖11-11所示是逐次漸近型A/D轉換器的原理框圖。它由比較器、n位D/A轉換器、n位寄存器、控制電路、輸出電路、時鐘信號CP以及參考電壓源等組成。輸入為ui，輸出為n位二進制代碼。

11.2.3逐次漸近型A/D轉換器

圖11-11逐次漸近型A/D轉換器的原理框圖

工作原理：轉換開始之前將寄存器清零（dn-1dn-2…d1d0=00…00）。開始轉換時，控制電路先將寄存器的最高位置1（dn-1=1），其余位全為0，使寄存器輸出為（dn-1dn-2…d1d0=1…00），這組數(shù)碼被D/A轉換器轉換成相應的模擬電壓uX后通過電壓比較器與ui進行比較。

若ui＞uX，說明寄存器中的數(shù)字不夠大，則將這一位的1保留；若ui＜uX，說明寄存器中的數(shù)字太，則將這一位的1清除，從而決定了dn-1的值。

然后將次高位置1（dn-2=1），再通過D/A轉換器將此時寄存器的輸出（dn-1dn-2…d1d0=dn-1

1…00）轉換成相應的模擬電壓uX，通過uX與ui比較決定dn-2的取值。依此類推，逐位比較，一直到最低位為止。

下面以3位逐次漸近型A/D轉換器的電路為例，如圖11-12所示，具體說明轉換過程和轉換時間。

圖11-123位逐次漸近型A/D電路原理圖

圖中FF2、FF1和FF0組成3位數(shù)碼寄存器；觸發(fā)器FFa～FFe和門G1～G5構成控制電路，其中FFa～FFe接成環(huán)形計數(shù)器，門G6～G8為輸出電路。在轉換開始前使QaQbQcQdQe=10000，且Q2=Q1=Q0=0。第一個CP信號到達后，環(huán)形計數(shù)器右移一位，使Qb=1、Qa=Qc=Qd=Qe=0，并且將數(shù)碼寄存器的最高位FF2置1，F(xiàn)F1和FF0置0。這時D/A轉換器的輸入代碼為d2d1d0=100，由此可在D/A轉換器的輸出端得到相應的模擬電壓uX。通過比較器C對ui與uX進行比較，若ui＜uX，比較器輸出uC為高電平；若ui≥uX，則uC為低電平。第二個CP信號到達時，環(huán)形計數(shù)器右移一位，使Qc=1、Qa=Qb=Qd=Qe=0。若uC為高電平（ui＜uX），說明寄存器中的數(shù)字太大，則將這一位的1清除，即將FF2置0；若uC=0（ui≥uX），說明寄存器中的數(shù)字不夠大，則將這一位的1保留，即FF2保持1，從而確定了數(shù)碼寄存器中“Q2”的值。與此同時，Qc的高電平將次高位FF1置1。這時D/A轉換器的輸入代碼為d2d1d0=Q210，輸出為這個代碼相應的模擬電壓uX。通過對ui與uX進行比較決定比較器C的輸出uC

。

第三個CP信號到達時，環(huán)形計數(shù)器再右移一位，使Qd=1、Qa=Qb=Qc=Qe=0。根據(jù)比較器的輸出uC確定FF1的值，也就是確定了數(shù)碼寄存器中“Q1”的值，同時將寄存器FF0置1。這時D/A轉換器的輸入代碼為d2d1d0=Q2Q11，輸出為這個代碼相應的模擬電壓uX。通過對ui與uX進行比較決定比較器C的輸出uC。第四個CP信號到達時，環(huán)形計數(shù)器再右移一位，使Qe=1、Qa=Qb=Qc=Qd=0。根據(jù)比較器的輸出uC確定FF0的值，也就是確定了數(shù)碼寄存器中“Q0”的值。Qe=1將門G6～G8打開，寄存器FF2、FF1和FF0的狀態(tài)“Q2Q1Q0”作為轉換結果輸出。第五個CP信號到達時，Qa=1、Qb=Qc=Qd=Qe=0且Q2=Q1=Q0=0，電路回到初態(tài)準備下一次轉換?？梢?，3位逐次漸近型A/D轉換器完成1次轉換需要5個時鐘CP周期。依此類推，n位A/D轉換器需要（n+2）個CP周期。

雙積分型A/D轉換器是間接型A/D轉換器中最常用的一種。它與直接型A/D轉換器相比具有精度高、抗干擾能力強等特點。雙積分型A/D轉換器首先將輸入的模擬電壓ui轉換成與之成正比的時間量T，再在時間間隔T內對固定頻率的時鐘脈沖計數(shù)，則計數(shù)的結果就是一個正比于ui的數(shù)字量。

圖11-13所示為雙積分型A/D轉換器的原理圖，它由積分器、比較器、n位計數(shù)器、控制電路、固定頻率時鐘源CP、開關S2～S0以及基準電壓等組成。輸入為模擬電壓ui，輸出為n位二進制代碼。下面結合工作波形說明它的轉換過程。

11.2.4雙積分型A/D轉換器圖11-13雙積分型A/D轉換器的原理圖

電路的工作分為兩個積分階段。轉換開始前開關S0閉合使電容C完全放電，計數(shù)器清零。第一階段為定時積分，積分時間為T1?？刂齐娐穼㈤_關S1閉合，開關S2和S0斷開。積分器對輸入模擬電壓ui積分，其輸出

式中T1、R和C均為常數(shù)，因此uo與ui成正比。若ui1＞ui2，則定時積分的終值|uo1|＞|uo2|，如圖11-14所示。第二階段為反向積分，并在積分的同時進行計數(shù)?？刂齐娐穼㈤_關S2閉合，開關S1斷開，開關S0保持斷開狀態(tài)。積分器對基準電壓（-UREF）進行積分，與此同時計數(shù)器開始對固定頻率的時鐘脈沖計數(shù)。由于基準電壓（-UREF）與ui極性相反，因此積分器的積分方向與定時積分時相反，|uo|逐漸減小。當uo=0時，比較器的輸出uC產生躍變，且通過控制電路停止積分和計數(shù)。該過程所需時間為T2，因此

可見，第二階段的積分時間T2是一個與輸入電壓ui成正比的量。若時鐘脈沖的固定頻率為fCP，則第二階段結束時計數(shù)器的輸出為：

D=T2·fCP=T2/TCP

TCP為CP的周期。將式（11-10）代入式（11-11），可得

可見，數(shù)字量D與輸入模擬電壓ui成正比，如圖11-14所示波形。圖11-14雙積分型A/D轉換器的波形圖1.分辨率

分辨率用于描述A/D轉換器對輸入量微小變化的敏感程度。A/D轉換器的輸出是n位二進制代碼，因此在輸入電壓范圍一定時，位數(shù)越多，量化誤差也就越小，轉換精度也越高，分辨能力也越強。但分辨率僅僅表示A/D轉換器在理論上可以達到的精度。2.轉換精度

轉換精度常用轉換誤差來描述。它表示A/D轉換器實際輸出的數(shù)字量與理想輸出數(shù)字量的差別，通常用最低位的位數(shù)表示。轉換誤差是綜合性誤差，它是量化誤差、電源波動以及轉換電路中各種元件所造成的誤差的總和。實際的轉換精度和分辨率是兩個不同的概念。分辨率很高，但由于電路的穩(wěn)定性不好等原因，可能使電路的轉換精度并不高。3.轉換速度轉換速度用完成1次轉換時間來表示。它是從接到轉換控制信號起，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出為止所需時間。轉換時間越短，說明轉換速度越快。

11.2.5A/D轉換器的主要技術指標

集成ADC0809是用CMOS工藝制成的8位八通道逐次漸近型A/D轉換器。該器件具有與微處理器兼容的控制邏輯，可以直接與80X86系列、51系列等微處理器接口相連。1.ADC0809的主要技術指標分辨率：8位精度：8位轉換時間：≤100μs輸入電壓范圍：5～15V溫度靈敏度：20ppm/oC功耗：15mW

11.2.6集成ADC*ADC0809的內部結構及工作原理

ADC0809的內部結構如圖11-19所示，由兩部分組成：

ADC0809內部結構框圖

第