AD转换器原理(逐次比较式、双积分式)
AD转换器原理(逐次比较式、双积分式)
T1 T2 Ui Ur
（2.3）
2.3式所明：T2与输入电压的平均值 U i 成正比 设时钟周期为T0，计数器容量为N1，则T1=N1To、T2=N2To，2.3式可改写为
N1 N2 Ui Ur
（2.4）
2.4式所明：N2与输入电压的平均值 U i 成正比（ N2 ∝ U i ）
N2 ∝ Ui关系的演示
阶段T1结束，积分器输出
1 U 01 RC
t2
t1
U i dt
T1 Ui RC
（2.1）
3．定值积分阶段T2：在 t2 时刻令S1断开的同时，使与Ui极性相反的基准电 压接入积分器。本例设Ui为正值，则令S3闭合，于是积分器开始对基准电压UR 定值积分，积分器输出从U01值向零电平斜变，同时，计数器也重新从零计数， 当积分输出达到零电平时刻（即t3），比较器翻转，此时控制电路令计数器关门， 计数器保留的计数值为N2。定值积分阶段T2结束时，积分器输出电平为零， 则有
2．定时积分阶段----第一次积分，S1接通 特点：定时积分T1固定， UO1∝(正比于) Ui 双积分式A／D转换器原理概述
3．定值积分阶段----第二次积分，S3/S4接通 特点：定值积分（反向），N2∝UO1∝Ui
（假定输入电压增加为2Ui）
①
积分器输出电压还是负向 积分，积分时间Ｔ１不变， 但是，斜率将增加一倍。
在Ｔ２期间，积分器反向 积分的斜率不变（因ＵＲ不 变），但是，返回到零点的 时间Ｔ２将增加一倍。 由于Ｔ２增加一倍，因而 在Ｔ２期间的计数值Ｎ２也 将增加一倍。 N2T0
②
③
1．预备阶段Leabharlann ---复零，S4接通双积分式A／D转换器原理概述
AD转换
模拟电压输入 1LSB
模拟电压输入 1/2LSB
5
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。
02-7.3 模数转换器-逐次逼近型和双积分型
U o /V
800mV 673mV
100mV80mV
8mV 4mV
200mV
40mV20mV10mV
2mV1mV
400mV
00 1 1 0 0111 0011
t ui /V
7-4 逐次逼近型A/D转换器
一、工作原理
转换控制信号uL为高电平时开始转换，此时送出一个800mV的电压砝 码 与 输 入 电 压 比 较 ， 由 于 ui＜800mV，将 800mV的 电 压 砝 码 去 掉 ， 加 400mV 的 电 压 砝 码 ， ui ＞ 400mV，于 是 保 留 400mV的 电 压 砝 码 。 再 加 200mV的砝码，ui＞400mV+200mV，200mV的电压砝码保留，如此一直 进行下去，可获得一组二进制码
0110 0111 0011 按照BCD8421码划分，相当673mV。
U o /V
800mV 673mV
100mV80mV
8mV 4mV
200mV
40mV20mV10mV
2mV1mV
400mV
00 1 1 0 0111 0011
t ui /V
2
ui
-
U A +
DAC
-+
C UB
QA
QB
1 S C 11 R
1S C1 1R
FA
FB
QC
1 S C1 1 R
FC
G1 &
1
G4 G2
&
1
G5
G3
&
d 2 ( MSB)
&
电气检测技术(新9)AD转换原理
25
1) ai为输入数字量，接CPU的DBUS。可选用 不同的代码，常用的DAC采用二进制码。
2)触发器构成的缓冲寄存器(锁存器)，锁存 CPU送来的数据。得到和暂存对应的输出电压。
压分辨率为5V/255≈20mV；10位DAC的分辨率为 5V/1023≈5mV。 位数越多，分辩率越高，转换的精度也越高。
2
测量系统用ADC的主要类型：
1、适用于数字仪器、仪表的ADC； 这类产品多半设计成BCD码输出，转换速度 一般较低(每秒转换十几次)。
2、适用测量系统作模／数接口部件的ADC。 这类产品的转换速度较高，多半以二进制代码 (含双极性代码)输出，常设计成带有三态 输出锁存器，能方便实现与微处理器直接接口。
18
3、应用
产品种类多，转换能力有很大的差异； 有8Bit、10Bit、12Bit、14Bit、16Bit等。 在这些不同转换能力的ADC中，又包括有并行输 出的ADC，以及输出为串行的ADC。 常见的8Bit的有NS公司的ADC0801、DC0802、 ADC0803、ADC0804系列及ADC0808、 ADC0809系列 10Bit有AD公司的AD574，MAXIM公司 MAX1425、MAX1426 12Bit有AD公司的AD7888，MAXIM公司 MAX170、MAX172
有些DAC芯片内无缓冲寄存器，此时须外接， 如74LS273、373等锁存器。
26
3) 模拟开关按输入的数字量接通或断开解码 网相应支路的电流或电压；对它的要求比接通或 断开开关量的电子开关更高。希望动作快；接通 电阻很小，断开电阻很大，且稳定性好。在DAC 中有电压型开关和恒流型电流开关之分。
ARM嵌入式系统开发与应用课后题答案与习题
课后题答案:第一章1.写出下列英文缩写的英文原文及中文含义。
RAM随机存储器 DRAM动态随机存储器 ROM只读存储器PROM可编程只读存储器 EPROM可插除可编程只读存储器 CANCAN总线RTOS实时操作系统 SOPC片上可编程系统 ICE硬件调试器 FI快速终端请求EEPROM电可插除可编程只读存储器 API应用程序接 DMA直接内存存取RISC精简指令集计算机 SPI串行万维指令 MMU存储管理单元UART异步接受发送装置 ARM先进RISC存储器 SWI软件终端指令2、什么是嵌入式系统？ P3嵌入式系统是用于检测、控制、辅助、操作机械设备的装置。
以应用为中心，一计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积和功耗等严格要求的专用计算机系统。
3、是比较嵌入式系统与通用PC的区别。
P3（1）嵌入式系统是专用的计算机系统，而PC是通用的计算机系统。
（2）技术要求不同，通用PC追求高速、海量的数据运算；嵌入式要求对象体系的智能化控制。
（3）发展方向不同，PC追求总线速度的不断提升，存储容量不断扩大；嵌入式追求特定对象系统的智能性，嵌入式，专用性。
4、嵌入式体统有哪些部分组成？简单说明各部分的功能与作用（1）硬件层是整个核心控制模块（由嵌入式微处理器、存储系统、通信模块、人机接口、其他I/O 接口以及电源组成），嵌入式系统的硬件层以嵌入式微处理器为核心，在嵌入式微处理器基础上增加电源电路、时钟电路、和存储器电路（RAM和ROM等），这就构成了一个嵌入式核心控制模块，操作系统和应用程序都可以固化在ROM中。
（2）中间层把系统软件与底层硬件部分隔离，使得系统的底层设备驱动程序与硬件无关。
一般包括硬件抽象层（Hardware Abstract Layer，HAL）和板级支持包（Board Support Package，BSP）。
（3）软件层由实时操作系统（Real Time Operating System，RTOS）、文件系统、图形用户接口（Graphical User Interfaces，GUI）、网络组件组成。
双斜积分式ad转换器工作原理
双斜积分式ad转换器工作原理
双斜积分式AD转换器是一种模拟信号转换为数字信号的电路。
AD转换器是指将模拟信号转换为数字信号的一种电路。
双斜积分式AD转换器利用滑动窗口积分的原理，对模拟信号进
行逐段积分，将每段积分的结果存储在一个逐次递增的计数器中，然
后对这些计数器的值进行比较，从而得到数字信号。
其基本原理是：将待转换信号与一系列定量参考信号（即参考电
压Vref）进行比较，以确定信号的量化值。
具体工作过程如下：
1. 采样：将模拟信号按照一定的时间间隔进行采样。
2. 去除直流分量：通过一个带通滤波器，将采样信号中的直流
分量滤除，得到一个交流信号。
3. 双积分运算：将交流信号在两个积分器中进行积分运算，得
到两个逐渐增加的电压信号。
4. 参考电压的加减：将两个积分器的电压信号与参考电压进行
比较，得到比较信号。
5. 数字信号输出：根据比较信号的大小，可以得到模拟信号的
数字信号输出。
总的来说，双斜积分式AD转换器通过积分和比较运算，将模拟
信号转换为数字信号。
这种AD转换器具有简单、快速、精度高等优点，被广泛应用于电子测量、传感器信号处理、音频信号处理等领域。
A-D转换器原理
A/D转换器原理
A/D 转换器原理
A/D 转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。
模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。
但在A/D 转换前，输入到A/D 转换器的输入信号必须经各种
传感器把各种物理量转换成电压信号。
A/D 转换后，输出的数字信号可以有8 位、10 位、12 位和16 位等。
A/D 转换器的工作原理主要介绍以下三种方法：逐次逼近法双积分法电压频率转换法
(1). 逐次逼近法逐次逼近式A/D 是比较常见的一种A/D 转换电路，转换的时间为微秒级。
采用逐次逼近法的A/D 转换器是由一个比较器、D/A 转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，如图4.21 所示。
基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。
逐次逼近法
图4.21 逐次逼近式A/D 转换器原理框图逐次逼近法转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A 转换器，经D/A 转换后生成的模拟量送入比较器，称为Ｖo，与送入比较器的待转换的模拟量Ｖi 进行比较，若Ｖo 转换器，输出的Ｖo 再与Ｖi 比较，若Ｖo(2)双积分法采用双积分法的A/D 转换器由电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成。
如图4.22 所示。
基本原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量，属于间接转换。
双积分法。
ADCDAC的种类
6）线性度(LLeabharlann nearity) 实际转换器的转移函数与理想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。
其他指标还有：绝对精度(Absolute Accuracy) ，相对精度(Relative Accuracy)，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distotortion缩写THD）和积分非线性。
3）量化误差 (Quantizing Error) 由于AD的有限分辩率而引起的误差，即有限分辩率AD的阶梯状转移特性曲线与无限分辩率AD（理想AD）的转移特性曲线（直线）之间的最大偏差。通常是1 个或半个最小数字量的模拟变化量，表示为1LSB、1/2LSB。
4）偏移误差(Offset Error) 输入信号为零时输出信号不为零的值，可外接电位器调至最小。
5）电容阵列逐次比较型
电容阵列逐次比较型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式，也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致，在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列，可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。
6）压频变换型（如AD650）
压频变换型（Voltage-Frequency Converter）是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率，然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种AD的分辨率几乎可以无限增加，只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积脉冲个数的宽度。其优点是分辩率高、功耗低、价格低，但是需要外部计数电路共同完成AD转换。
AD转换及其原理ppt课件
• 量化误差是由于ADC 的有限分辨率引起的误差，这是连 续的模拟信号在整数量化后的固有误差。对于四舍五入的 量化法，量化误差在±1/2 LSB之间。
整理ppt
6
二.ADC的主要技术参数
3. 绝对精度
• 绝对精度是指在输出端产生给定的数字代码所表示的实际 需要的模拟输入值与理论上要求的模拟输入值之差。
路使开关S1与UI相接，重复第一步。
T2
T1 VREF
UI
D
N1 VREF
U
I
N1
T1 TCP
其中TCP是脉冲时钟信号，D是计数脉冲数
整理ppt
24
双积分AD转换器
计数器中的数值 就是AD转换器转 换后数字量，至 此即完成了VT转 换。
整理ppt
25
双积分型A/D转换器的特点
➢ 因有积分器的存在，积分器的输出只对输入信 号的平均值有所响应，保证了工作性能比较稳 定且抗干扰能力强。
4. 相对精度
• 它与绝对精度相似，所不同的是把这个偏差表示为满刻度 模拟电压的百分数。
5. 转换时间
• 转换时间是ADC完成一次转换所需要的时间，即从启动信 号开始到转换结束并得到稳定的数字输出量所需要的时间， 通常为微秒级。
6．量程
• 量程是指能转换的输入电压范围。
整理ppt
7
三.A/D转换的一般步骤和基本原理
模拟输 入信号
uI
ADC
…
Dn-1 Dn-2
D1 n 位二进制数输出 D0 D = Dn-1 Dn-2 D1 D0
D
uＩ
“[ ]”表示取整。
基本原理
△ 称为 ADC 的单位量化电压或量化单位，它 是 ADC 的最小分辨电压。
2.3 逐次逼近式AD与双积分AD解析
（010…0）小，即必在001…1——000…0之间，此时 反馈比较， 次高位应为0； 确定1/4搜索范围 若U ≥U ，说明模拟量输入电压比寄存器输出的数码
IN F
（010…0）大，即必在011…1 ——010…0之间，此时
次高位应为1 ；
解：U OUT U REF 解：U OUT U REF
D 1 1 1 1 1 1 10 ( 1 1 0 0 ) 10 ( 0 0) 7.25V 2n 2 22 23 24 2 4 D 1 1 1 1 1 1 1 10 ( 1 1 1 0 ) 10 ( 0) 8.75V 2n 2 22 23 24 2 4 8
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
D／A转换器工作原理
对 n 位D/A转换器而言，当输 入数字量为 D=Dn-1…D1D0 时， 其输出电压为
U OUT
沈阳工程学院动力系 崔长春
U REF D n 1 1 0 ( D 2 D 2 D 2 ) U n -1 1 0 REF n 2n 2
《计算机控制系统》 第二章 过程通道
沈阳工程学院动力系 崔长春
自编2-2：四位D/A转换器，基准电压为10V，当输入数 字量D为1001时，其输出的模拟量为多少？ （作业）
解：U OUT U REF
D 2n
1 1 1 1 10 (1 0 2 0 3 1 4 ) 2 2 2 2 1 1 10 ( 0 0 ) 2 16 5.625V
沈阳工程学院动力系 崔长春
1、S/H的作用 在采样时刻，采集过程变量； 保持A/D的输入值在转换时间内不变；
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2．定时积分阶段----第一次积分，S1接通 特点：定时积分T1固定， UO1∝(正比于) Ui 双积分式A／D转换器原理概述
3．定值积分阶段----第二次积分，S3/S4接通 特点：定值积分（反向），N2∝UO1∝Ui
逐次比较式A／D转换器原理
它由N位寄存器、N位D／A转换器、比较器、逻辑控制电路、 输出缓冲器 五部分组成，
逐次比较式A／D转 换器大都做成单片集成 电路形式，使用时只需 发出A／D转换启动信 号，然后在EOC端查知 A／D转换过程结束后， 取出数据即可（实际A ／D转换过程已不是非 常重要）。
积分式A/D转换器是一种间接式A/D转换器，其工作原理是： 先用积分器把输入模拟电压转换成中间量（时间T 或频率f）， 然后再把中间量转换成数字。 积分式A/D转换器又可进一步分为许多类型，本节仅讨论其 中最基本的双积分式A/D转换器及接口技术。
阶段T1结束，积分器输出
1 U 01 RC
t2
t1
U i dt
T1 Ui RC
（2.1）
3．定值积分阶段T2：在 t2 时刻令S1断开的同时，使与Ui极性相反的基准电 压接入积分器。本例设Ui为正值，则令S3闭合，于是积分器开始对基准电压UR 定值积分，积分器输出从U01值向零电平斜变，同时，计数器也重新从零计数， 当积分输出达到零电平时刻（即t3），比较器翻转，此时控制电路令计数器关门， 计数器保留的计数值为N2。定值积分阶段T2结束时，积分器输出电平为零， 则有
T1 T2 Ui Ur
（2.3）
2.3式所明：T2与输入电压的平均值 U i 成正比 设时钟周期为T0，计数器容量为N1，则T1=N1To、T2=N2To，2.3式可改写为
N1 N2 Ui Ur
（2.4）
2.4式所明：N2与输入电压的平均值 U i 成正比（ N2 ∝ U i ）
N2 ∝ Ui关系的演示
双积分式A／D转换器原理概述
双积分式A／D转换器又称双斜式A/D转换器，其转换过程 在逻辑控制电路的控制下按以下三个阶段进行。 1．预备阶段 2．定时积分阶段T1
3．定值积分阶段T2
双积分式A／D转换器原理概述
1． 预备阶段： 逻辑控制电路发出复位指令，计数器清零，同时使S4闭合，积 分器输入/输出都为零。 2.1.3 积分式A／D转换器与计算机接口 2． 定时积分阶段T1： 在t1时刻，逻辑控制电路发出启动指令，使S4断，S1 一、 双积分式A／D转换器原理概述 闭合，于是ห้องสมุดไป่ตู้分器开始对输入电压Ui积分，同时打开计数门计数。当计数器计满 N1时(t2时刻)，计数器的溢出脉冲使逻辑控制电路发出控制信号使S1断开。
（假定输入电压增加为2Ui）
①
积分器输出电压还是负向 积分，积分时间Ｔ１不变， 但是，斜率将增加一倍。
在Ｔ２期间，积分器反向 积分的斜率不变（因ＵＲ不 变），但是，返回到零点的 时间Ｔ２将增加一倍。 由于Ｔ２增加一倍，因而 在Ｔ２期间的计数值Ｎ２也 将增加一倍。 N2T0
②
③
1．预备阶段----复零，S4接通
0 U 01
1 RC
t3
t2
( U r ) dt
2.2）
数学推导
1 U 01 RC
t1
t2
t3
t2
t1
U i dt
T1 Ui RC
（2.1）
U01
0 U 01
1 RC
t3
t2
(U r )dt
（2.2）
将2.1式代入2.2式得
T1 T2 Ui Ur RC RC