小白必看:模数转换器应用典型电路设计详细解析

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前言:模数转换器即A/D转换器,或简称ADC,通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。本文介绍几款模数转换器芯片电路原理。

模数转换器即A/D转换器,或简称ADC,通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。本文介绍几款模数转换器芯片电路原理。

1、AD9280

AD9280器件是一款单芯片、8位、32 MSPS模数转换器(ADC),主要介绍了AD9280特性、应用范围、参考设计电路以及电路分析,帮助大家缩短设计时间。

AD9280介绍:

AD9280是一款单芯片、8位、32 MSPS模数转换器(ADC),采用单电源供电,内置一个片内采样保持放大器和基准电压源。它采用多级差分流水线架构,数据速率达32 MSPS,在整个工作温度范围内保证无失码。

AD9280特点:

与AD876-8引脚兼容

功耗:95 mW(3 V电源)

工作电压范围:+2.7V至+5.5V

微分非线性(DNL)误差:0.2 LSB

省电(休眠)模式

AD9280内部结构框图:

图1 AD9280的内部结构框图,展示了内部的构成

AD9280参考设计电路:

模数与数模转换

3. 模数转换器 (1) 模/数(A/D )转换器 A/D 转换器是模拟信号源与计算机或其它数字系统之间联系的桥梁,它的任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号,以便计算机或数字系统进行处理、存储、控制和显示。在工业控制和数据采集及其它领域中,A/D 转换器是不可缺少的重要组成部分。 1) 逐次逼近型A/D 转换器 逐次逼近型A/D 转换器又称逐次渐近型A/D 转换器,是一种反馈比较型A/D 转换器。逐次逼近型A/D 转换器进行转换的过程类似于天平称物体重量的过程。天平的一端放着被称的物体,另一端加砝码,各砝码的重量按二进制关系设置,一个比一个重量减半。称重时,把砝码从大到小依次放在天平上,与被称物体比较,如砝码不如物体重,则该砝码予以保留,反之去掉该砝码,多次试探,经天平比较加以取舍,直到天平基本平衡称出物体的重量为止。这样就以一系列二进制码的重量之和表示了被称物体的重量。例如设物体重11克,砝码的重量分别为1克、2克、4克和8克。称重时,物体天平的一端,在另一端先将8克的砝码放上,它比物体轻,该砝码予以保留(记为1),我们将被保留的砝码记为1,不被保留的砝码记为0。然后再将4克的砝码放上,现在砝码总和比物体重了,该砝码不予保留(记为0),依次类推,我们得到的物体重量用二进制数表示为1011。用下表7.1表示整个称重过程。 表7.1 逐次逼近法称重物体过程表 图7.7 逐次逼近型A/D 转换器方框图 利用上述天平称物体重量的原理可构成逐次逼近型A/D 转换器。 逐次逼近型A/D 转换器的结构框图如图7.7所示,包括四个部分:电压比较器、D/A 转换器、逐次逼近寄存器和顺序脉冲发生器及相应的控制逻辑。 逐次逼近型A/D 转换器是将大小不同的参考电压与输入模拟电压逐步进行比较,比较结果以相应的二进制代码表示。转换开始前先将寄存器清零,即送给D /A 转换器的数字量为0,三个输出门G 7、G 8、G 9被封锁,没有输出。转换控制信号有效后(为高电平)开始转换,在时钟脉冲作用下,顺序脉冲发生器发出一系列节拍脉冲,寄存器受顺序脉冲发生器及控制电路的控制,逐位改变其中的数码。首先控制逻辑将寄存器的最高位置为1,使其输出为100……00。这个数码被D/A 转换器转换成相应的模拟电压U o ,送到比较器与待转换的输入模拟电压U i 进行比较。若U o >U i ,说明寄存器输出数码过大,故将最高位的1变成0,同时将次高位置1;若U o ≤U i ,说明寄存器输出数码还不够大,则应将这一位的1 保留。数码的取舍通过电压比较器的输出经控制器来完成的。依次类推按上述方法将下一位置1进行比较确定该位的1是否保留,直到最低位为止。此时寄存器里保留下来的数码即为所求的输出数字量。 2) 并联比较型A/D 转换器 并联比较型A/D 转换器是一种高速A/D 转换器。图8-9所示是3位并联型A/D 转换器,

∑-△模数转换器的原理及应用

∑-△模数转换器的原理及应用 张中平 (东南大学微电子机械系统教育部重点实验室,南京210096) 摘要:∑-△模数转换器由于造价低、精度高、性能稳定及使用方便等特点,越来越广泛地使用在一些高精度仪器仪表和测量设备中,介绍该转换器的基本原理,并重点举例介绍AD7708芯片的应用,该芯片是16 bit模数转换器,与24 bit AD7718引脚相同,可直接升级。 关键词:模数转换器;寄存器;串行口 我们通常使用的模数转换器(ADC)大多为积分型和逐次逼近型,积分型转换效果不够好,转换过程中带来的误差比较大;逐次逼近型转换效果较好但制作成本较高,尤其是高位数转换,转换位数越多,精度越高,制作成本就越高。而∑-△ADC可以以相对逐次逼近型简单的电路结构,而得到低成本,高位数及高精度的转换效果∑-△ADC大多设计为16或24 bit转换精度。近几年来,在相关的高精度仪器制作领域该转换器得到了越来越广泛的应用[1]。 1 ∑-△ADC的基本工作原理简介 ∑-△模数转换器的工作原理简单的讲,就是将模数转换过后的数字量再做一次窄带低通滤波处理。当模拟量进入转换器后,先在调制器中做求积处理,并将模拟量转为数字量,在这个过程中会产生一定的量化噪声,这种噪声将影响到输出结果,因此,采用将转换过的数字量以较低的频率一位一位地传送到输出端,同时在这之间加一级低通滤波器的方法,就可将量化噪声过滤掉,从而得到一组精确的数字量[1,2]。 2 AD7708/AD7718,∑-△ADC的应用 AD7708/AD7718是美国ADI公司若干种∑ΔADC中的一种。其中AD7708为16 bit转换精度,AD7718为24 bit转换精度,同为28条引脚,而且相同引脚功能相同,可以互换。为方便起见,下面只介绍其中一种,也是我们工作中用过的AD7708。 2.1AD7708的工作原理 同其它智能化器件一样,AD7708也可以用软件来调节其所具有的功能,即通过微控制器MCU编程向AD7708的相应寄存器填写适当的参数。AD7708芯片中共有11个寄存器, 当模式寄存器(Mode Regis-ter)的最高位后,其工作方框图[2]如图1所示。

数模及模数转换器习题解答

数模及模数转换器习题解答

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自我检测题 1.就实质而言,D/A转换器类似于译码器,A/D 转换器类似于编码器。 2.电压比较器相当于1位A/D 转换器。 3.A/D 转换的过程可分为 采样 、保持、量化、编码4个步骤。 4.就逐次逼近型和双积分型两种A /D 转换器而言, 双积分型 的抗干扰能力强, 逐次逼近型 的转换速度快。 5.A/D转换器两个最重要的指标是分辨率和转换速度。 6.8位D /A 转换器当输入数字量只有最低位为1时,输出电压为0.02V ,若输入数字量只有最高位为1时,则输出电压为 V 。 A.0.039 B .2.56 C .1.27 D .都不是 7.D/A 转换器的主要参数有 、转换精度和转换速度。 A .分辨率 B .输入电阻 C .输出电阻 D.参考电压 8.图T7.8所示R-2R网络型D/A 转换器的转换公式为 。 R R R I V REF 2R 2R 2R 2R 2R S 3 S 2 S 1 S 0 D 3 D 2 D 1 D 0 R F =R A + -v O i ∑ 图T 7.8 A .∑ =?- =3 3 REF o 22 i i i D V v ??B .∑=?- =3 4 REF o 2 232i i i D V v ??C .∑=?- =3 4 REF o 2 2 i i i D V v ??D .∑=?= 3 4 REF o 2 2 i i i D V v 9.D/A 转换器可能存在哪几种转换误差?试分析误差的特点及其产生误差的原因。 解:D/A 转换器的转换误差是一个综合性的静态性能指标,通常以偏移误差、增益误差、非线性误差等内容来描述转换误差。 偏移误差是指D/A转换器输出模拟量的实际起始数值与理想起始数值之差。 增益误差是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线的斜率的偏差。 D/A 转换器实际的包络线与两端点间的直线比较仍可能存在误差,这种误差称为非线性误差。 10.比较权电阻型、R -2R 网络型、权电流型等D/A 转换器的特点,结合制造工

数模与模数转换器 习题与参考答案

第11章 数模与模数转换器 习题与参考答案 【题11-1】 反相运算放大器如图题11-1所示,其输入电压为10mV ,试计算其输出电压V O 。 图题11-1 解:输出电压为: mV mV V R R V IN F O 10010101 =?=-= 【题11-2】 同相运算放大器如图题11-2所示,其输入电压为10 mV ,试计算其输出电压V O 。 图题11-2 解:mV mV V R R V IN F O 110101111 =?=+=)( 【题11-3】 图题11-3所示的是权电阻D/A 转换器与其输入数字信号列表,若数字1代表5V ,数字0代表0V ,试计算D/A 转换器输出电压V O 。 11-3 【题11-4】 试计算图题11-4所示电路的输出电压V O 。 图题11-4 解:由图可知,D 3~D 0=0101 因此输出电压为:V V V V O 5625.151650101254 === )( 【题11-5】 8位输出电压型R/2R 电阻网络D/A 转换器的参考电压为5V ,若数字输入为,该转换器输出电压V O 是多少?

解:V V V V O 988.21532565100110012 58≈== )( 【题11-6】 试计算图题11-6所示电路的输出电压V O 。 图题11-6 解:V V V D D V V n n REF O 5625.1516501012 5~240==-=-=)()( 【题11-7】 试分析图题11-7所示电路的工作原理。若是输入电压V IN =,D 3~D 0是多少? 图题11-7 解:D3=1时,V V V O 6221234== ,D3=0时,V O =0。 D2=1时,V V V O 3221224== ,D2=0时,V O =0。 D1=1时,V V V O 5.1221214== ,D1=0时,V O =0。 D0=1时,V V V O 75.0221204 ==,D0=0时,V O =0 由此可知:输入电压为,D3~D0=1101,这时V O =6V++=,大于输入电压V IN =,比较器输出低电平,使与非门74LS00封锁时钟脉冲CLK ,74LS293停止计数。 【题11-8】 满度电压为5V 的8位D/A 转换器,其台阶电压是多少?分辨率是多少? 解:台阶电压为mV mV V STEP 5.192/50008== 分辨率为:%39.00039.05000/5.195000/===mV V STEP

数模及模数转换器习题解答

数模及模数转换器习题 解答 Document number:NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT

自我检测题 1.就实质而言,D/A 转换器类似于译码器,A/D 转换器类似于编码器。 2.电压比较器相当于1位A/D 转换器。 3.A/D 转换的过程可分为 采样 、保持、量化、编码4个步骤。 4.就逐次逼近型和双积分型两种A/D 转换器而言, 双积分型 的抗干扰能力强, 逐次逼近型 的转换速度快。 5.A/D 6.8位D/A 1时,输出电压为,若输入数字量只有最高位为1时,则输出电压为 V 。 A . B .2.56 C . D .都不是 7.D/A 转换器的主要参数有 、转换精度和转换速度。 A .分辨率 B .输入电阻 C .输出电阻 D .参考电压 8.图所示R-2R 网络型D/A 转换器的转换公式为 。 V REF v O 图 A .∑=?- =3 3 REF o 2 2 i i i D V v B .∑=?- =3 4 REF o 2 232i i i D V v D .∑=?= 3 4 REF o 2 2i i i D V v 9.D/A 转换器可能存在哪几种转换误差试分析误差的特点及其产生误差的原因。 解:D/A 转换器的转换误差是一个综合性的静态性能指标,通常以偏移误差、增益误差、非线性误差等内容来描述转换误差。 偏移误差是指D/A 转换器输出模拟量的实际起始数值与理想起始数值之差。 增益误差是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线的斜率的偏差。 D/A 转换器实际的包络线与两端点间的直线比较仍可能存在误差,这种误差称为非线性误差。

全光模数转换的原理及进展_韩顺利

全光模数转换的原理及进展 韩顺利 胡为良 张 鹏 (中国电子科技集团公司第四十一研究所电子测试技术重点实验室,山东青岛266555 )摘要 由于电路时钟抖动和比较器弛豫等内禀属性的影响,传统的电子模数转换器已经不能满足高带宽数字信号处 理的发展。模数转换主要包括采样、量化和编码。全光模数转换引入光子技术来对模拟电信号采样和量化,可以提 高数字信号处理系统的性能,满足高速和高分辨率的需求,从而解决电子模数转换器的技术瓶颈问题。针对目前主要研究的全光模数方案,如泰勒方案、空间光干涉和偏振干涉的移相光量化方案、孤子自频移的方案、对称双波导长 周期波导光栅和波导阵列光栅的方案等, 介绍了其基本原理及实验方案,并对各种方案的特点进行了分析。关键词 信号处理;全光模数转换;光采样;光量化;电光调制器 中图分类号 TN911 文献标识码 A doi:10.3788/LOP50.080025 Principle and Progress of All-Optical Analog-to-Dig ital ConversionHan Shunli Hu Weiliang Zhang  Peng(Science and Technology  on Electronic Test and Measurement Laboratory,The 41st Research Institute ofChina Electronics Technology Group Corporation,Qingdao,Shandong2 66555,China)Abstract Due to the inherent timing jitter of the electronic clocking  circuits and comparator ambiguity,thetraditional electronic analog-to-digital conversion(ADC)cannot fulfill the development of high bandwidth dig italsignal processing.Analog-to-digital conversion consists of sampling,quantizing and coding.Introducing  photonictechnologies for sampling and quantization of the electrical analog  signal,all-optical ADC can improve theperformance of the digital signal processing system to achieve high sampling  rate and high resolution.Hence,itsolves the bottleneck problem of electronic ADC.The main recently  developed all-optical analog-to-digitalconverters,such as those based on Taylor scheme,interferometric and p olarization interference,phase-shiftedoptical quantization(PSOQ),soliton self-frequency  shift,long-period waveguide grating(LPWG)and arrayedwaveguide grating( AWG),are introduced.Meanwhile,the characteristics of different methods are analyzed.Key  words signal processing;all-optical analog-to-digital conversion;optical sampling;optical quantization;electro-op tical modulatorOCIS codes 0 70.4560;060.4510;070.1170 收稿日期:2013-03-08;收到修改稿日期:2013-04-28;网络出版日期:2013-07- 11作者简介:韩顺利(1982—) ,男,博士,工程师,主要从事光电测量仪器及红外技术等方面的研究。E-mail:eiq d@ei41.com1 引 言 数字信号在处理和传输方面有着诸多模拟信号所不具备的优势。高性能模数转换器作为模拟传感器与数字信号处理系统之间的纽带,性能指标要求也越来越高,无论是瞬息变化过程的观测与记录,还是超宽带通信、电子对抗、超宽带雷达接收机、人工智能系统、电子侦察、导航、核武器检测、飞行器身份识别、软件无线 电等应用领域[1-2],都要求GS/s量级以上的采样速率, 而且相应的精度要求也越来越高。因此模数转换(ADC) 技术的研究越来越成为现代数字信号处理中非常核心的关键技术。由于器件本身的限制,电子ADC在采样保持电路弛豫时间、 采样时钟精度等诸多方面存在着无法克服的瓶颈问题,不能满足高速高精度模数转换的需求,限制了电子ADC的发展。而利用光子技术实现模数转换在复用、脉冲时间抖动、处理信号带宽、抗干扰、远距离传输等方面表现出显著优势,因此随着锁模激光器、光学器件和全光量化编码方案的不断发展进步,将光子计数引入到对模拟电信号的采样和量化过程中,突破

模数转换器ADC0809应用原理

AD0809应用原理--很全面的资料 1. 0809的芯片说明: ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机兼容的控制逻辑的CMOS 组件。它是逐次逼近式A/D转换器,可以和单片机直接接口。 (1)ADC0809的内部逻辑结构 由上图可知,ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。多路开关可选通8个模拟通道,允许8路模拟量分时输入,共用A/D转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存A/D转换完的数字量,当O E端为高电平时,才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 (2).引脚结构 IN0-IN7:8条模拟量输入通道

如下图所示,从ADC0809的通道IN3输入0-5V之间的模拟量,通过ADC0809转换成数字量在数码管上以十进制形成显示出来。ADC0809的VREF接+5V电压。 4.电路原理图 5.程序设计: (1).进行A/D转换时,采用查询EOC的标志信号来检测A/D转换是否完毕,若完毕则把数据通过P0端口读入,经过数据处理之后在数码管上显示。 (2).进行A/D转换之前,要启动转换的方法: ABC=110选择第三通道 ST=0,ST=1,ST=0产生启动转换的正脉冲信号 . (3). 关于0809的计算: ad0809是根据逐位逼近的方法产生数据的。。 参考电压为0-5V的话。以0809八位255的转换精度每一位的电压值为(5-0)/255≈0. 0196V 设输入电压为X则: X-27*0.0196>=0则AD7=1否则AD7=0。 X-26*0.0196>=0则AD6=1否则AD6=0。 X-20*0.0196>=0则AD0=1否则AD0=0。 (27指2的7次方。26-------20同理) 若参考电压为0-1V (1-0)/255≈0.0039V精度自然高了。。可测量范围小了。 1)汇编源程序: CH EQU 30H DPCNT EQU 31H DPBUF EQU 33H GDATA EQU 32H ST BIT P3.0

基本模数转换器(ADC)的设计

《数字逻辑电路分析与设计》课程 项目 实施报告 题目(A):基本模数转换器(ADC)的设计 组号: 8 任课教师:。。。 组长:。。。。 成员:。。。。 成员:。。。 成员:。。。 成员:。。。 联系方式:。。。 二零一四年十月二十五日

基本模数转换器(ADC )的设计 一.设计要求 (1) 设计一个每单次按下按钮,就能够实现数模转换的电路,并用LED 显示对应输入模拟电压(0—3V )的等级,当输入电压>3V 后,有“溢出”显示。 (2) 功能模块如图: (3) 图中的“模数转换”为本教材第六章的并行ADC 转换电路。在此基础上自行设计按键、LED 显示、模拟电压调节等模块,实现单次模数转换的功能。 模拟电压 调节模数转换LED 显示 按键 5V 电源

自行设计溢出标记的显示。 (4) 本电路的测试方法是,通过一个电位器对电源电压连续分压,作为ADC 的输入电压,每按下一次按键时,ADC 电路进行一次ADC 转换,并将转换的结果用数码管显示出来。注意不要求显示实际的电压值,仅显示模拟电压的量化等级。 二.电路原理图 LED 显示

三.设计思路 根据题目要求,我们的电路本应分五个个模块,但实验室缺少8-3编码器不能实现转化,所以只能有四个一下模块:模拟电压调节;比较电路;记忆模块;LED显示。模拟电压的调节可以用划变电阻来调节电压,理想中数模转化模块应由比较器,D触发器和编码器来实现,在我们的实际电路中我们只用了前两者。最终我们用LED的亮灭来显示结果。 具体原理叙述如下: 在比较电压时,将参考电压V ref经电阻分压器产生一组不同的量化电平V i:v1=1/16V ref,v2=3/16V ref,v3=5/16V ref ,v4=7/16V ref ,v5=9/16V ref ,v6=11/16V ref ,v7=13/16V ref ,v8=15/16V ref ,这些量化电平分别送到相应lm339比较器的反相输入端,而输入电压V同时作用于lm339比较器的同相输入端。 当V大于V i时,第i个比较器输出状态1,即高电平;反之,比较器输出状态0,即低电平。比较器的输出加到D触发器的输入端,在时钟脉冲CP的作用下,把比较器的输出存入触发器,得到稳定的状态输出Q,再由LED的亮暗状态显示,高电平则亮,低电平就暗。 当V≥15/16 V ref的时候,即V超过该转换器的最大允许的输入电压的时候产生“溢出”,我们使用了一个红色的报警LED亮作为显示。 此外,鉴于会因为按键时间的长短不一而造成的脉冲不整齐的问题,需要

∑-△模数转换器工作原理

∑-△ADC工作原理 越来越多的应用,例如过程控制、称重等,都需要高分辨率、高集成度和低价格的ADC、新型∑-△转换技术恰好可以满足这些要求。然而,很多设计者对于这种转换技术并不十分了解,因而更愿意选用传统的逐次比较ADC。∑-△转换器中的模拟部分非常简单(类似于一个1bit ADC),而数字部分要复杂得多,按照功能可划分为数字滤波和抽取单元。由于更接近于一个数字器件,∑-△ADC的制造成本非常低廉。 一、∑-△ADC工作原理 要理解∑-△ADC的工作原理,首先应对以下概念有所了解:过采样、噪声成形、数字滤波和抽取。 1.过采样 首先,考虑一个传统ADC的频域传输特性。输入一个正弦信号,然后以频率fs采样-按照Nyquist 定理,采样频率至少两倍于输入信号。从FFT分析结果可以看到,一个单音和一系列频率分布于DC到fs /2间的随机噪声。这就是所谓的量化噪声,主要是由于有限的ADC分辨率而造成的。单音信号的幅度和所有频率噪声的RMS幅度之和的比值就是信号噪声比(SNR)。对于一个Nbit ADC,SNR可由公式:SNR=6.02N+1.76dB得到。为了改善SNR和更为精确地再现输入信号,对于传统ADC来讲,必须增加位数。 如果将采样频率提高一个过采样系数k,即采样频率为Kfs,再来讨论同样的问题。FFT分析显示噪声基线降低了,SNR值未变,但噪声能量分散到一个更宽的频率范围。∑-△转换器正是利用了这一原理,具体方法是紧接着1bit ADC之后进行数字滤波。大部分噪声被数字滤波器滤掉,这样,RMS噪声就降低了,从而一个低分辨率ADC, ∑-△转换器也可获得宽动态范围。 那么,简单的过采样和滤波是如何改善SNR的呢?一个1bit ADC的SNR为7.78dB(6.02+1.76),每4倍过采样将使SNR增加6dB,SNR每增加6dB等效于分辨率增加1bit。这样,采用1bit ADC进行64倍过采样就能获得4bit分辨率;而要获得16bit分辨率就必须进行415倍过采样,这是不切实际的。∑-△转换器采用噪声成形技术消除了这种局限,每4倍过采样系数可增加高于6dB的信噪比。 2.噪声成形 通过图1所示的一阶∑-△调制器的工作原理,可以理解噪声成形的工作机制。 图1 ∑-△调制器 ∑-△调制器包含1个差分放大器、1个积分器、1个比较器以及1个由1bit DAC(1个简单的开关,可以将差分放人器的反相输入接到正或负参考电压)构成的反馈环。反馈DAC的作用是使积分器的平均输出电压接近于比较器的参考电平。调制器输出中“1”的密度将正比于输入信号,如果输入电压上升,比较器必须产生更多数量的“1”,反之亦然。积分器用来对误差电压求和,对于输入信号表现为一个低通滤波器,而对于量化噪声则表现为高通滤波。这样,大部分量化噪声就被推向更高的频段。和前面的简单过采样相比,总的噪声功率没有改变,但噪声的分布发生了变化. 现在,如果对噪声成型后的∑-△调制器输出进行数字滤波,将有可能移走比简单过采样中更多的噪声。这种调制器(一阶)在每两倍的过采样率下可提供9dB的SNR改善。

数模转换器和模数转换器实验报告

实验报告 课程名称微机原理与接口技术 实验项目实验五 数/模转换器和模/数转换器实验实验仪器 TPC-USB通用微机接口实验系统 系别计算机系 专业网络工程 班级/学号 学生 _ 实验日期 成绩_______________________ 指导教师王欣

实验五数/模转换器和模/数转换器实验 一、实验目的 1. 了解数/模转换器的基本原理,掌握DAC0832芯片的使用方法。 2. 了解模/数转换器的基本原理,掌握ADC0809的使用方法。 二.实验设备 1.PC微机系统一套 2.TPC-USB通用微机接口实验系统一套 三.实验要求 1.实验前要作好充分准备,包括程序框图、源程序清单、调试步骤、测试方法、对运行结果的分析等。 2.熟悉与实验有关的系统软件(如编辑程序、汇编程序、连接程序和调试程序等)使用方法。在程序调试过程中,有意识地了解并掌握TPC-USB通用微机接口实验系统的软硬件环境及使用,掌握程序的调试及运行的方法技巧。 3.实验前仔细阅读理解教材相关章节的相关容,实验时必须携带教材及实验讲义。 四.实验容及步骤 (一)数/模转换器实验 1.实验电路原理如图1,DAC0832采用单缓冲方式,具有单双极性输入端(图中的Ua、Ub),编程产生以下锯齿波(从Ua和Ub输出,用示波器观察) 图1 实验连接参考电路图之一 编程提示: 1. 8位D/A转换器DAC0832的口地址为290H,输入数据与输出电压的关系为:

(UREF表示参考电压,N表示数数据),这里的参考电压为PC机的+5V电源。 2. 产生锯齿波只须将输出到DAC0832的数据由0循环递增。 3. 参考流程图(见图2): 图2 实验参考流程图之一 (二)模/数转换器 1. 实验电路原理图如图3。将实验(一)的DAC的输出Ua,送入ADC0809通道1(IN1)。 图3 实验连接参考电路图之二 2. 编程采集IN1输入的电压,在屏幕上显示出转换后的数据(用16进制数)。编程提示: 1. ADC0809的IN0口地址为298H,IN1口地址为299H。 2. IN0单极性输入电压与转换后数字的关系为:

模数转换器原理

模数(A/D)转换器工作原理A/D转换器(Analog-to-Digital Converter)又叫模/数转换器,即是将模拟信号(电压或是电流的形式)转换成数字信号。这种数字信号可让仪表,计算机外设接口或是微处理机来加以操作或胜作使用。 A/D 转换器 (ADC)的型式有很多种,方式的不同会影响测量后的精准度。 A/D 转换器的功能是把模拟量变换成数字量。由于实现这种转换的工作原理和采用工艺技术不同,因此生产出种类繁多的A/D 转换芯片。 A/D 转换器按分辨率分为4 位、6 位、8 位、10 位、14 位、16 位和BCD码的31/2 位、51/2 位等。按照转换速度可分为超高速(转换时间=330ns),次超高速(330~3.3μS),高速(转换时间3.3~333μS),低速(转换时间>330μS)等。 A/D 转换器按照转换原理可分为直接A/D 转换器和间接A/D 转换器。所谓直接A/D 转换器,是把模拟信号直接转换成数字信号,如逐次逼近型,并联比较型等。其中逐次逼近型A/D 转换器,易于用集成工艺实现,且能达到较高的分辨率和速度,故目前集成化A/D 芯片采用逐次逼近型者多;间接A/D 转换器是先把模拟量转换成中间量,然后再转换成数字量,如电压/时间转换型(积分型),电压/频率转换型,电压/脉宽转换型等。其中积分型A/D 转换器电路简单,抗干扰能力强,切能作到高分辨率,但转换速度较慢。有些转换器还将多路开关、基准电压源、时钟电路、译码器和转换电路集成在一个芯片内,已超出了单纯A/D 转换功能,使用十分方便。 ADC 经常用于通讯、数字相机、仪器和测量以及计算机系统中,可方便数字讯号处理和信息的储存。大多数情况下,ADC 的功能会与数字电路整合在同一芯片上,但部份设备仍需使用独立的ADC。行动电话是数字芯片中整合ADC 功能的例子,而具有更高要求的蜂巢式基地台则需依赖独立的ADC 以提供最佳性能。 ADC 具备一些特性,包括: 1. 模拟输入,可以是单信道或多信道模拟输入; 2. 参考输入电压,该电压可由外部提供,也可以在ADC 内部产生; 3. 频率输入,通常由外部提供,用于确定ADC 的转换速率; 4. 电源输入,通常有模拟和数字电源接脚; 5. 数字输出,ADC 可以提供平行或串行的数字输出。在输出位数越多(分辨率越好)以及转换时间越快的要求下,其制造成本与单价就越贵。 一个完整的A/D转换过程中,必须包括取样、保持、量化与编码等几部分电路。 AD转换器需注意的项目: 取样与保持 量化与编码

模数转换器工作原理、类型及主要技术指标

模数转换器工作原理、类型及主要技术指标 模数转换器(Analog to Digital Converter,简称A/D转换器,或ADC),通常是将模拟信号转变为数字信号。作为模拟电路中重要的元器件,本文将会介绍模数转换器的原理、分类及技术指标等基础知识。 ADC的发展随着电子技术的迅速发展以及计算机在自动检测和自动控制系统中的广泛应用,利用数字系统处理模拟信号的情况变得更加普遍。数字电子计算机所处理和传送的都是不连续的数字信号,而实际中遇到的大都是连续变化的模拟量,模拟量经传感器转换成电信号的模拟量后,需经模/数转换变成数字信号才可输入到数字系统中进行处理和控制,因而作为把模拟电量转换成数字量输出的接口电路-A/D转换器是现实世界中模拟信号向数字信号的桥梁,是电子技术发展的关键和瓶所在。 自电子管A/D转换器面世以来,经历了分立半导体、集成电路数据转换器的发展历程。在集成技术中,又发展了模块、混合和单片机集成数据转换器技术。在这一历程中,工艺制作技术都得到了很大改进。单片集成电路的工艺技术主要有双极工艺、CMOS工艺以及双极和CMOS相结合的BiCMOS工艺。模块、混合和单片集成转换器齐头发展,互相发挥优势,互相弥补不足,开发了适用不同应用要求的A/D和D/A转换器。近年来转换器产品已达数千种。 ADC原理D/A转换器是将输入的二进制数字量转换成模拟量,以电压或电流的形式输出。 模数转换一般要经过采样、保持和量化、编码这几个步骤。 ADC的主要类型目前有多种类型的ADC,有传统的并行、逐次逼近型、积分型ADC,也有近年来新发展起来的-型和流水线型ADC,多种类型的ADC各有其优缺点并能满足不同的具体应用要求。低功耗、高速、高分辨率是新型的ADC的发展方向,同时ADC的这一发展方向将适应现代数字电子技术的发展。 并行比较ADC 并行比较ADC是现今速度最快的模/数转换器,采样速率在1GSPS以上,通常称为闪烁

模数转换器综述_ADC

模数转换器ADC_综述 随着数字技术,特别是计算机技术的飞速发展普及,在现代控制、通讯及检测领域中,对信号的处理广泛采用了数字计算机技术。由于系统的实际处理对象往往都是一些模拟量(如温度、压力、位移、图像等),要使计算机或数字仪表能识别和处理这些信号,必须首先将这些模拟信号转换成数字信号。这样,就需要一种能将模拟信号转换为数字信号的电路,即模数转换电路(Analog to Digital Converter, ADC)。 模数转换过程 模数转换包括采样、保持、量化和编码四个过程。采样就是将一个连续变化的信号x(t)转换成时间上离散的采样信号x(n)。根据Nyquist-Shannon theorem采样定理,采样频率至少要大于或等于模拟信号最高频率的两倍,才可以无失真地重建恢复原始信号x(t)。通常采样脉冲的宽度是很短的,故采样输出是截断的窄脉冲。要将一个采样输出信号数字化,需要将采样输出所得的瞬时模拟信号保持一段时间,这就是保持过程。图1即为采样过程。 图1采样过程 量化是将连续幅度的抽样信号转换成离散时间、离散幅度的数字信号,数字信号最低有效位中的1表示的数量大小,就等于量化单位Q,如图2所示。把量化的数值用二进制代码表示,称为编码,见图3。这个二进制代码就是ADC转换的输出信号。 量化的主要问题就是量化误差。既然模拟电压是连续的,那么它就不一定能被Q整除,因而不可避免的会引入误差,我们把这种误差称为量化误差。在把模拟信号划分为不同的量化等级时,用不同的划分方法可以得到不同的量化误差。 图2采样过程

图3编码过程 要提高ADC的精度,可以通过提高采样间隔Ts和分辨率Q来实现。实际中,输入模拟信号的频率由于存在无限次谐波,因此要在采样前加入抗混叠滤波器,该滤波器与采样频率的关系一般为:f s≈ (3…5)*f filter。图4描述了这一过程。 图4加入抗混叠滤波器 模数转换技术是现实各种模拟信号通向数字世界的桥梁,作为将模拟信号转换成数字信号的模数转换技术主要有以下几种。 分级型和流水线型ADC主要应用于高速情况下的瞬态信号处理、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频信号量化及高速数字通讯技术等领域。逐次逼近型、积分型、压频变换型等,主要应用于中速或较低速、中等精度的数据采集和智能仪器中。∑-Δ型ADC主应用于高精度数据采集特别是数字音响系统、多媒体、地震勘探仪器、声纳等电子测量领域。此外,采用脉动型和折叠型等结构的高速ADC,可应用于广播卫星中的基带解调等方面。下面对各种类型的ADC作简要介绍。 并行比较型 并行比较型AD采用多个比较器,仅作一次比较而实行转换,又称FLash型。由于转换速率极高,转换需要很多个比较器,因此电路规模也极大,价格也高,只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。其原理如图5所示。

模数转换原理概述

模数转换原理概述 随着数字电子技术的迅速发展,各种数字设备,特别是数字电子计算机的应用日益广泛,几乎渗透到国民经济的所有领域之中。数字计算机只能够对数字信号进行处理,处理的结果还是数字量,它在用于生产过程自动控制的时候,所要处理的变量往往是连续变化的物理量,如温度、压力、速度等都是模拟量,这些非电子信号的模拟量先要经过传感器变成电压或者电流信号,然后再转换成数字量,才能够送往计算机进行处理。 模拟量转换成数字量的过程被称为模数转换,简称A/D(Analog to Digital)转换;完成模数转换的电路被称为A/D转换器,简称ADC(Analog to Digital Converter)。数字量转换成模拟量的过程称为数模转换,简称D/A(Digital to Analog)转换;完成数模转换的电路称为D/A转换器,简称DAC(Digital to Converter)。带有模数和数模转换电路的测控系统大致可用图1.1所示的框图表示。 图1.1 一般测控系统框图 图中模拟信号由传感器转换为电信号,经放大送入AD转换器转换为数字量,由数字电路进行处理,再由DA转换器还原为模拟量,去驱动执行部件。为了保证数据处理结果的准确性,AD转换器和DA转换器必须有足够的转换精度。同时,为了适应快速过程的控制和检测的需要,AD转换器和DA转换器还必须有足够快的转换速度。因此,转换精度和转换速度乃是衡量AD转换器和DA转换器性能优劣的主要标志。 本课程设计主要讲解万用表的原理与制作,仅涉及到A/D的相关知识。因此,在本章节中仅介绍ADC的相关知识,对DAC感兴趣的同学可以查阅“数字电路”的相关知识。 A/D转换的基本概念 AD转换器的功能是将输入的模拟电压转换为输出的数字信号,即将模拟量

逐次逼近型模数转换器基本原理

逐次逼近型模数转换器基本原理 逐次逼近型模数转换器一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数模转换器和电压比较器等几部分组成,其原理框图如图11-3所示。 图11-3 逐次逼近型模数转换器的原理框图 转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后,时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1,使输出数字为100…0。这个数码被数模转换器转换成相应的模拟电 压,送到比较器中与进行比较。若>,说明数字过大了,故将最高位的 1清除;若<,说明数字还不够大,应将最高位的1保留。然后,再按同 样的方式将次高位置成1,并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。这样逐位比较下去,一直到最低位为止。比较完毕后,寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。 可见逐次逼近转换过程与用天平称量一个未知质量的物体时的操作过程一样,只不过使用的砝码质量一个比一个小一半。 能实现图11-3所示方案的电路很多。图11-4所示电路是其中的一种,这是 一个四位逐次逼近型模数转换器。图中四个JK触发器~组成四位逐次逼 近寄存器;5个D触发器~接成环形移位寄存器(又称为顺序脉冲发生器), 它们和门~一起构成控制逻辑电路。 图11-4 四位逐次逼近型模数转换器

现分析电路的转换过程。为了分析方便,设D/A转换器的参考电压为=+8 V,输入的模拟电压为=4.52 V。 转换开始前,先将逐次逼近寄存器的四个触发器~清零,并把环形计数器的状态置为00001。 第1个时钟脉冲C的上升沿到来时,环形计数器右移一位,其状态变为10000。 由于,均为0,于是触发器被置1,和被置0。 所以,这时加到D/A转换器输入端的代码为1000,D/A转换器的输出电压为 和在比较器中比较,由于<,所以比较器的输出电压为。 第2个时钟脉冲C的上升沿到来时,环形计数器又右移一位,其状态变为 01000。这时由于,,均为0,于是触发器的1保留。 与此同时,的高电平将触发器置1。所以,这时加到D/A转换器输入端的 代码为1100,D/A转换器的输出电压为 和在比较器中比较,由于>,所以比较器的输出电压为。 第3个时钟脉冲C的上升沿到来时,环形计数器又右移一位,其状态变为 00100。这时由于,,均为0,于是触发器的1保留, 而被置0。与此同时,的高电平将置1。所以,这时加到D/A转换器输入端的代码为1010,D/A转换器的输出电压为 和在比较器中比较,由于>,所以比较器的输出电压为。 第4个时钟脉冲C的上升沿到来时,环形计数器又右移一位,其状态变为00010。 这时由于,,均为0,于是触发器、的状态保持不变, 而触发器被置0。与此同时,的高电平将触发器置1。所以,这时加到

AD转换原理Word版

前言 在数据采集系统中,模数转换器是其中至关重要的环节,模数转换器的精度以及系统的成本直接影响到系统的实用性,因此,如何提高模数转换器的精度和降低系统的成本是衡量系统是否具有实际应用价值的标准。 一般来说,想提高模数转换器的精度,势必会引起成本的增加,这就要求我们按照具体的精度要求合理的设计模数转换器,来达到具体的要求和降低系统的成本。在精度要求不是很高的场合,我们经常利用嵌入微控制器片内的A/D转换器来实现模数转换,以此来降低系统的成本,但由此又产生了另外的问题,嵌入式模数转换器是否具有所要求的精度,若超出测量范围如何与测量电路进行接口,以及如何减小微控制器的电磁干扰提高嵌入式模数转换器的精度问题。这都要求我们采取不同的措施来提高嵌入式模数转换器的精度。 1 精度与分辨率 ADC的精度和分辨率是两个不同的概念。精度是指转换器实际值与理论值之间的偏差;分辨率是指转换器所能分辨的模拟信号的最小变化值。ADC分辨率的高低取决于位数的多少。一般来讲,分辨率越高,精度也越高,但是影响转换器精度的因素很多,分辨率高的ADC,并不一定具有较高的精度。精度是偏移误差、增益误差、积分线性误差、微分线性误差、温度漂移等综合因素引起的总误差。因量化误差是模拟输入量在量化取整过程中引起的,因此,分辨率直接影响量化误差的大小,量化误差是一种原理性误差,只与分辨率有关,与信号的幅度,采样速率无关,它只能减小而无法完全消除,只能使其控制在一定的范围之内,一般在±1/2LSB范围内。 1.1 偏移误差 偏移误差是指实际模数转换曲线中数字0的代码中点与理想转换曲线中数字0的代码中点的最大差值电压。这一差值电压称作偏移电压,一般以满量程电压值的百分数表示。在一定温度下,多数转换器可以通过对外部电路的调整,使偏移误差减小到接近于零,但当温度变化时,偏移电压又将出现,这主要是由于输入失调电压及温漂造成的。一般来说,温度变化较大时,要补偿这一误差是很困难的。 1.2 增益误差 增益误差是转换器输出全“1”时,实际模拟输入电压与理想模拟输入电压之差。它使传输特性曲线绕坐标原点偏离理想特性曲线一定的角度,即增益误差表示模数转换特性曲线的实际斜率与理想斜率的偏差,它的数值一般用满量程的百分比来表示。 ADC的理想传输函数的关系式是 (1)式中Un是没有量化时的标准模拟电压,由于存在增益误差,式(1)变为 (2)

模数转换器(ADC)的几种主要类型

模数转换器(ADC)的几种主要类型 现在的软件无线电、数字图像采集都需要有高速的A/D采样保证有效性和精度,一般的测控系统也希望在精度上有所突破,人类数字化的浪潮推动了A/D转换器不断变革,而A/D转换器是人类实现数字化的先锋。A/D转换器发展了30多年,经历了多次的技术革新,从并行、逐次逼近型、积分型ADC,到近年来新发展起来的∑-Δ型和流水线型ADC,它们各有其优缺点,能满足不同的应用场合的使用。 逐次逼近型、积分型、压频变换型等,主要应用于中速或较低速、中等精度的数据采集和智能仪器中。分级型和流水线型ADC主要应用于高速情况下的瞬态信号处理、快速波形存储与记录、高速数据采集、视频信号量化及高速数字通讯技术等领域。此外,采用脉动型和折叠型等结构的高速ADC,可应用于广播卫星中的基带解调等方面。∑-Δ型ADC主应用于高精度数据采集特别是数字音响系统、多媒体、地震勘探仪器、声纳等电子测量领域。下面对各种类型的ADC作简要介绍。 1.逐次逼近型 逐次逼近型ADC是应用非常广泛的模/数转换方法,它包括1个比较器、1个数模转换器、1个逐次逼近寄存器(SAR)和1个逻辑控制单元。它是将采样输入信号与已知电压不断进行比较,1个时钟周期完成1位转换,N位转换需要N个时钟周期,转换完成,输出二进制数。这一类型ADC的分辨率和采样速率是相

互矛盾的,分辨率低时采样速率较高,要提高分辨率,采样速率就会受到限制。 优点:分辨率低于12位时,价格较低,采样速率可达1MSPS;与其它ADC相比,功耗相当低。 缺点:在高于14位分辨率情况下,价格较高;传感器产生的信号在进行模/数转换之前需要进行调理,包括增益级和滤波,这样会明显增加成本。 2.积分型ADC 积分型ADC又称为双斜率或多斜率ADC,它的应用也比较广泛。它由1个带有输入切换开关的模拟积分器、1个比较器和1个计数单元构成,通过两次积分将输入的模拟电压转换成与其平均值成正比的时间间隔。与此同时,在此时间间隔内利用计数器对时钟脉冲进行计数,从而实现A/D转换。 积分型ADC两次积分的时间都是利用同一个时钟发生器和计数器来确定,因此所得到的D表达式与时钟频率无关,其转换精度只取决于参考电压VR。此外,由于输入端采用了积分器,所以对交流噪声的干扰有很强的抑制能力。能够抑制高频噪声和固定的低频干扰(如50Hz或60Hz),适合在嘈杂的工业环境中使用。这类ADC主要应用于低速、精密测量等领域,如数字电压表。 优点:分辨率高,可达22位;功耗低、成本低。

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