AD转换器及其接口设计详解
AD转换器及其接口设计详解
模拟输入量
2
工作原理
计数式 双积分式
特点
结构简单、原理清楚 转换速度慢、精度低，少用 精度高、转换速度慢，常用 转换速度较快、精度较高 常用
逐次逼近式 高速并行式
转换速度快，价格高
3
计数式A/D转换由8位D/A转换器、8位计数器和比较器组成。
C为计数器控制端： C=1，开始计数； C=0，停止计数。 模拟输入电压 Vi
+
A
比较器 C 8位 D/A 转换器 8位 计数器
计数时钟 CLK
V0
D/A转换器输出电压
S=0，使8位计数器清“0”，
D7-D0
S=1，使计数器准备计数。
开始转换 S
CLR
数字量输出D0~D7
EOC
转换结束
4
•启动信号S： S端 S端 ：使8位计数器清“0”， ： 计数器准备计数。
• 8位D/A转换器：数字量00H
uC=1。比较器的输出信号接时钟控制门的一个输入端。
定时器、计数器：计数器对时钟脉冲进行计数。当计数 器计满（溢出）时，定时器被置1，发出控制信号使 开关S1由A接到B，从而可以开始对Vref进行积分。
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＋uI －Vref
A S 1 B uS1
R
C － + A uO － C uC G
积分器
+
比较器
反馈到比较器与Ui比较。因为，Ui > Uf，予以保留 此位的“1” 。 第二个时钟脉冲到来时，SAR 置为11000000码，经 过D／A转换器产生反馈电压
10.24 U f 512 . 2 7.68 V 2
因Ui > Uf ，故保留此位“1”。
14
AD转换器
6）内部具有三态输出缓冲器，可直接与8位、 12位或16位微处理器直接相连。 7）具有＋10.000V的高精度内部基准电压源， 只需外接一只适当阻值的电阻，便可向DAC 部分的解码网络提供参考输入。内部具有 时钟产生电路，不须外部接线。 8 ） 需 三 组 电 源 ： ＋ 5 V、VCC（＋12V～＋ 15V）、VEE（－12V～－15V）。 由 于 转 换 精 度高，所提供电源必须有良好的稳定性，并 进行充分滤波，以防止高频噪声的干扰。
按输出方式分可分为：并行、串行、串并行。 按转换原理可分为：计数式、双积分式、逐次 逼近式。 按转换速度可分为：低速（转换时间≥1s）、 中速（转换时间≤lms）、高速（转换时间 ≥1μ s）和超高速（转换时间≤1ns） 按转换精度和分辨率可分为：3位、4位、8位、 10位、12位、14位、16位
能将模拟电压成正比的转换成数字量。
是模拟信号和数字信号接口的关键部件。
2、应用
雷达、通信、电子对抗、声纳、卫星、导弹、测控系统、地 震预测、医疗、仪器仪表、图像和音频等领域。
一、A/D转换的一般步骤及基本原理 3、 A/D转换的一般步骤
A/D转换过程为：采样、保持、量化和编码。
（1）采样与保持
一、A/D转换的一般步骤及基本原理
3、高于8位的并行输出A/D转换器接口
接口的一般形式
数据分两次输入，需增加一个并行接口。除此之外，其接口 形式和工作原理与8位ADC相同。
图2-32Байду номын сангаас
高于8位ADC接口的一般形式
【例2】 ADC574与8031/8051 PC机接口设计
(1)．硬件连线 接口可以采用查询和中断二种控制方式。
(2)．软件设计
AD转换器及其接口设计
AD转换器及其接口设计AD转换器（Analog-to-Digital Converter，简称ADC）是一种将模拟信号转换为数字信号的电子设备。
在现代电子系统中，ADC被广泛应用于各种领域，包括通信、娱乐、医疗、工业控制等。
本文将详细介绍AD 转换器及其接口设计。
一、AD转换器的基本原理1.采样：AD转换器将模拟信号按照一定的时间间隔进行采样，即在一段时间内获取信号的样本值。
采样定理要求采样频率必须大于信号最高频率的两倍，以保证采样后的数字信号能完整地表示模拟信号。
2.量化：采样后的信号是连续的模拟信号，需要将其离散化为一定数量的离散值。
量化过程将每个样本值映射为最接近的一个离散值，并用有限位数的二进制表示。
3.编码：量化后的离散信号是一个个数字，需要进一步进行编码以表示其大小。
常用的编码方式有二进制码、格雷码等。
二、AD转换器的接口设计1.模拟输入端口：AD转换器通常具备一个或多个模拟输入端口，用于接收模拟信号。
模拟输入端口一般要满足一定的电压范围要求，通常为0V至参考电压（通常为3.3V或5V）之间。
2.数字输出端口：AD转换器通过数字输出端口将转换后的数字信号输出给外部设备。
数字输出端口一般为并行接口或串行接口，常见的有SPI、I2C和UART等。
3.时钟信号：AD转换器需要一个时钟信号来同步采样和转换过程。
时钟信号通常由外部提供，可以是外部晶体振荡器或其他时钟源。
4.控制信号：AD转换器还可能需要一些控制信号来设置工作模式、增益、采样率等参数。
控制信号一般由微处理器或其他逻辑电路生成和控制。
三、AD转换器的接口设计要点1.采样率：为了准确地表示模拟信号，AD转换器的采样率需要满足采样定理的要求。
采样率的选择需要根据应用场景和信号频率来确定。
2.分辨率：分辨率是指AD转换器能够表示的最小量化步长。
一般分辨率越高，表示精度越大。
分辨率一般由位数来表示，如8位、10位、12位等。
3.电压范围：AD转换器的模拟输入端口需要满足一定的电压范围要求。
12位AD转换器与单片机的接口电路设计
12位AD转换器与单片机的接口电路设计AD转换器是具有高度集成化电路的模数转换器。
它将模拟信号转换
为数字信号，这种转换是实现模拟与数字系统的接口，实现模拟信号的采
集与处理的必要前提。
常用的AD转换器有12位AD转换器，它与单片机的接口电路设计包括：
1、驱动电路。
12位AD转换器与单片机之间需要通过电压驱动线在
两个芯片间传送模拟电压信号。
为了节省电源能量损耗，一般采用低功耗、高精度的滤波电路来保证电压平稳、不受外界干扰。
2、AD转换器控制信号。
模数转换器本身需要诸如转换触发、转换完成、复位和读取等一系列控制信号，控制信号的设计通常采用三态逻辑。
3、电压信号转换。
常用的12位AD转换器输出的是2的12次方个电
压信号值，而单片机的数据输入室通常是8位或者16位的二进制码，在
此种情况下，需要将AD转换器输出的电压信号转换为可识别的数字信号，这就需要设计一个称为电压转换器的电路。
4、时钟控制电路。
AD转换
模拟电压输入 1LSB
模拟电压输入 1/2LSB
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3、偏移误差
偏移误差是指输入信号为零时，输出信号不为零的 值，所以有时又称为零值误差。假定ADC没有非线 性误差，则其转换特性曲线各阶梯中点的连线必定 是直线，这条直线与横轴相交点所对应的输入电压 值就是偏移误差。
积分器输出
VIN
时钟
T1 T T2
t
3
三、A/D转换器的主要技术指标 1、分辨率 ADC的分辨率是指使输出数字量变化一个 相邻数码所需输入模拟电压的变化量。常用 二进制的位数表示。例如12位ADC的分辨率 就是12位，或者说分辨率为满刻度FS的 1/2 1 2 。一个10V满刻度的12位ADC能分辨输 入电压变化最小值是10V×1/ 2 1 2 =2.4mV。
ADC_CONTR寄存器
ADC_RES、 ADC_RESL寄存器
ADC中断控制寄存器
ADC典型应用电路
电压基准源
ADC实现按键输入功能
10VIN 20VIN AG
CE STS
-5V～+5V -10V～+10V
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采用双极性输入方式，可对±5V或±10V的模拟信号
进行转换。当AD574A与80C31单片机配置时，由于 AD574A输出12位数据，所以当单片机读取转换结果 时，应分两次进行：当Ａ0=0时，读取高8位；当Ａ 0=1时，读取低4位。
需三组电源：＋5V、VCC（＋12V～＋15V）、
VEE（－12V～－15V）。由于转换精度高，所 提供电源必须有良好的稳定性，并进行充分滤波， 以防止高频噪声的干扰。 低功耗：典型功耗为390mW。
AD转换器及其接口设计详解
AD转换器及其接口设计详解AD转换器（Analog-to-Digital Converter）是将模拟信号转换为数字信号的电子设备。
它是现代电子系统中常见的组件之一，广泛应用于通信、测量、仪器仪表、音频处理等领域。
在AD转换器的设计中，接口设计是至关重要的，它直接影响着AD转换器的性能和可靠性。
物理接口是指AD转换器与其他外部设备（如微处理器、FPGA等）之间的连接方式和信号传输方式。
常见的物理接口包括并行接口、串行接口、I2C接口、SPI接口等。
在选择物理接口时，需要考虑系统的数据传输速度、数据带宽、线路长度、抗干扰能力等因素。
不同的物理接口有不同的特点和适用场景，因此需要根据具体应用需求选择适合的物理接口。
逻辑接口是指AD转换器与外部设备之间的控制和数据传输逻辑。
常见的逻辑接口包括并行接口、串行接口、I2C接口、SPI接口、USB接口等。
逻辑接口的设计需要考虑控制信号的数量、数据传输的稳定性、响应速度等因素。
同时，还需要考虑系统的复杂度、功耗、成本等方面的要求。
AD转换器的接口设计还需要考虑信号的采样率、分辨率和精度。
采样率是指AD转换器从模拟信号中采集样本的速率，常用单位为样本/秒（SPS），采样率越高，可以保留更多的信号细节。
分辨率是指AD转换器的输出数值的位数，通常以比特（bit）为单位，分辨率越高，可以提供更准确的数字化信号。
精度是指AD转换器输出的数字值与实际模拟信号之间的误差，一般以最大有效位数或最小非零位数表示，精度越高，误差越小。
在AD转换器的接口设计中，还需要考虑芯片的功耗、尺寸和成本等因素。
功耗是指AD转换器在工作过程中所消耗的电能，功耗越低，可以延长系统的电池寿命或减少系统的散热需求。
尺寸是指AD转换器的物理尺寸，尺寸越小，可以降低系统的体积和重量。
成本是指AD转换器的制造成本，成本越低，可以降低系统的总体成本。
总之，AD转换器的接口设计是一个综合考虑多个因素的过程，需要根据具体应用需求选择适当的物理接口、逻辑接口和信号参数。
第6章AD与DA转换接口
{
DA0832=i;
//D/A转换输出
delay_1ms();
}
for(i=255;i>=0;i--)
//形成三角波输出值，最大255
{
DA0832=i;
//D/A转换输出
delay_1ms();
}
}}
四、 DAC 0832 的双缓冲 方式连接
DAC 0832 的双缓冲方式连接
6.2 A/D 转换器接口
系统扩展中常用的控制线有以下三条： PSEN ：控制程序存储器的读操作，在执行指令的取指阶段和从程序 存储器中取数据时有效。 RD ：控制数据存储器的读操作，从外部数据存储器或I/O端口中读 取数据时有效。 WR ：控制数据存储器的写操作，向外部数据存储器或I/O端口中写 数据时有效。
五、ADC0809与8031单 片机的连接
七、指针
指针运算符 （1）取地址运算符
取地址运算符&是单目运算符，其功能是取变量的 地址，例如： i_ptr=&i; //变量i的地址送给指针变量i_ptr,i_ptr=2000 （2）取内容运算符
取内容运算符*是单目运算符，用来表示指针变量所 指的单元的内容，在*运算符之后跟的必须是指针变 量。 例如： j=*i_ptr; //将i_ptr所指的单元2000的内容10赋给变量j， 则j=10
一、A/D 转换器接口
ADC0809是一个8位8通道的逐次逼近式AD转换器。
一、A/D 转换器接口
通道选择表
地址码 CBA
选择的通 道
000
IN0
001
IN1010IN2源自011IN3100
IN4
101
IN5
110
IN6
A-D转换器接口电路
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12位ADC与PC接口举例 –硬件连接
A0
A9 ~ A1 8088
地址译码
IOR
IOW
ENB
D7 D7 ~ D0
A0 CS
AD574A R/C CE
STS DB0~ DB7
DB8~ DB11 12/8
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12位ADC与PC接口举例 –软件连接
程序采用固定延时法（亦可使用查询法）。
MOV DX，220H ；启动一次12位转换
HIGHBYTE ENABLE
数据输出
两次输出的A/D转换器与8位CPU接口示意图 19
A/D转换输出控制－— 位数不匹配问题
IOW
A9 ~ A0
IOR CPU
D7 ~ D0
CS1 地址译码
CS2
OE 2 LOAD 三态 琐存器
START
OE 1
12 位 A/ D 转换器
D11 D8 D7 D0
一次输出的A/D转换器与8位CPU接口示意图
LEA
SI，DAT1 ；存放数据内存首地址
AG2：MOV CH，16
；每次检测路数
MOV BL，一1
AG1：INC BL ；通道号
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1.3 A/D转换器应用举例 –软件连接
MOV DX，310H
MOV AL，BL
OUT DX，AL
；打开对应通道
MOV DX，312H
OUT DX，AL
；启动12位转换
；读取结果
MOV DATA，AL
；存入指定单元
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8位ADC与PC接口举例 –软件设计
采用中断法，将通道1的模拟量转换成数字量，结果放于DATA单 元。当使用中断法时，应将ADC0809的EOC连接到系统中断申请输入 端INTR上，当转换结束时，EOC变为高电平，向CPU提出中断请求。 在中断服务程序中，CIU读取转换结果，并送结果单元保存。
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AD转换器及其接口设计详解
AD转换器(Analog-to-Digital Converter，简称ADC)是将模拟信号
转换为数字信号的一种设备。
在现代电子系统中，由于数字信号处理的高速、高精度和可编程性等优势，数字信号的应用广泛而且日益增多，而模
拟信号则需要通过AD转换器转换为数字信号才能够被处理和分析。
在设计AD转换器的接口时，需要考虑以下几个方面：
1.信号输入接口：AD转换器的输入通常是来自于外界的模拟信号，
如声音、视频、温度等。
因此，设计AD转换器的接口时，首先需要提供
适当的模拟输入接口，通常是通过引脚或者接口连接。
2.时钟信号接口：AD转换器需要一个时钟信号来同步转换过程。
时
钟信号的频率和精度对AD转换器的性能有重要影响。
因此，设计AD转换
器的接口时，需要提供一个稳定的时钟信号输入接口，并能够精确控制时
钟频率。
3.控制信号接口：AD转换器通常需要一些控制信号来配置转换参数，如采样率、精度、增益等。
因此，在设计AD转换器的接口时，应提供一
些控制信号输入引脚或者接口，以便用户可以灵活地配置AD转换器的性
能参数。
4.数字输出接口：AD转换器的输出是数字信号，通常是二进制码。
设计AD转换器的接口时，需要提供一个数字输出接口，可以是并行接口、串行接口或者其他形式的接口，以便用户可以直接读取或者传输AD转换
器的输出信号。
5.数据传输接口：AD转换器的输出信号通常需要经过处理和传输才
能被其他系统使用。
因此，在设计AD转换器的接口时，应考虑提供一个
数据传输接口，以便用户可以方便地将AD转换器的输出数据传输给其他系统。
在实际的AD转换器设计中，还需要考虑一些其他因素，如功耗、电磁兼容性、抗干扰能力等。
此外，根据具体应用需求，还可以考虑一些特殊功能的接口设计，如温度传感器接口、输入放大器接口、数字滤波器接口等。
总之，AD转换器的接口设计应综合考虑模拟信号输入、时钟信号输入、控制信号输入、数字输出和数据传输等因素，并根据具体应用需求，设计合适的接口形式和参数，以提高AD转换器的性能和适用性。
不同的应用场景和要求可能需要不同的接口设计，因此，AD转换器的接口设计也需要根据具体需求进行灵活调整和优化。