AD转换器及其外围电路设计.
AD转换器课程设计
A D转换器 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解A/D转换器的基本原理，掌握其工作流程和转换方法。
2. 使学生掌握不同类型的A/D转换器，如逐次逼近型、积分型等，并了解其优缺点。
3. 帮助学生了解A/D转换器的技术参数，如分辨率、转换速率、线性度等。
技能目标：1. 培养学生运用A/D转换器进行模拟信号数字化处理的能力。
2. 使学生能够根据实际需求选择合适的A/D转换器，并完成相应电路设计与搭建。
3. 培养学生运用相关软件（如Multisim、Protel等）进行A/D转换器电路仿真与测试。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对电子技术的兴趣，激发他们学习热情和求知欲。
2. 培养学生具备团队协作精神，学会与他人共同分析与解决问题。
3. 引导学生关注A/D转换器在现实生活中的应用，认识到知识对社会发展的贡献。
本课程针对高中年级学生，结合电子技术课程内容，注重理论知识与实际应用相结合。
课程性质为理论教学与实践操作相结合，旨在培养学生的电子技术素养，提高他们解决实际问题的能力。
根据学生的认知水平和兴趣特点，课程目标设定具有针对性、实用性和可操作性，以便为后续教学设计和评估提供明确依据。
二、教学内容1. A/D转换器基本原理：介绍A/D转换器的作用，对比数字信号与模拟信号的差异，讲解A/D转换器的工作流程。
- 教材章节：第二章第二节“模拟信号与数字信号的转换”2. A/D转换器类型及特点：分析逐次逼近型、积分型等常见A/D转换器的原理、优缺点及适用场合。
- 教材章节：第二章第三节“常见A/D转换器类型及其特点”3. A/D转换器技术参数：讲解分辨率、转换速率、线性度等参数的含义，分析各参数对A/D转换器性能的影响。
- 教材章节：第二章第四节“A/D转换器的主要技术参数”4. A/D转换器应用实例：介绍A/D转换器在日常生活和工业生产中的应用，分析实际电路设计中的注意事项。
- 教材章节：第二章第五节“A/D转换器的应用实例”5. A/D转换器电路设计与仿真：指导学生运用Multisim、Protel等软件进行A/D转换器电路设计与仿真。
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
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
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
23
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
A/D转换器芯片及接口电路1．8位A/D转换器芯片ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器，ADC0809的主要特性：● 它是具有8路模拟量输入、8位数字量输出功能的A/D转换器。
● 转换时间为100μs。
● 模拟输入电压范围为0V～+5V，不需零点和满刻度校准。
● 低功耗，约15mW。
(1)ADC0809结构框图及引脚说明图4.24 的结构框图和引脚通道选择开关通道地址锁存和译码逐次逼近A/D转换器8位锁存器和三态门（2）ADC0809的工作过程对ADC0809的控制过程是：① 首先确定ADDA、ADDB、ADDC三位地址，决定选择哪一路模拟信号；② 使ALE端接受一正脉冲信号，使该路模拟信号经选择开关到达比较器的输入端；③ 使START端接受一正脉冲信号，START的上升沿将逐次逼近寄存器复位，下降沿启动A/D 转换；④ EOC输出信号变低，指示转换正在进行。
⑤ A/D转换结束，EOC变为高电平，指示A/D转换结束。
此时，数据已保存到8位三态输出锁存器中。
此时CPU就可以通过使OE信号为高电平，打开ADC0809三态输出，由ADC0809输出的数字量传送到CPU。
（3）CPU读取A/D转换器数据的方法① 查询法优点:接口电路设计简单。
缺点：A/D转换期间独占CPU，致使CPU运行效率降低。
② 定时法：优点:接口电路设计比查询法简单，不必读取EOC的状态。
缺点：A/D转换期间独占CPU，致使CPU运行效率降低；另外还必须知道A/D转换器的转换时间。
CPU读取A/D转换器数据的方法③ 中断法优点：A/D转换期间CPU可以处理其它的程序，提高CPU的运行效率。
图4.25 接口电路缺点：接口电路复杂。
(4)ADC0809接口电路图 4. 25 接口电路[例4.1]利用图4.25，采用无条件传送方式，编写一段轮流从IN0～IN7采集8路模拟信号，并把采集到的数字量存入0100Ｈ开始的8个单元内的程序。
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、AD9280AD9280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：图2 AD9280典型应用电路2、AD7541AD7541器件是一款低成本、高性能12位单芯片乘法数模转换器，主要介绍了AD7541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。
AD7541介绍：AD7541A是一款低成本、高性能12位单芯片乘法数模转换器。
该器件采用先进的低噪声薄膜CMOS技术制造，并提供标准18引脚DIP和20引脚表贴两种封装。
AD7541A与业界标准器件AD7541在功能和引脚上均相兼容，并且规格和性能都有所改进。
此外，器件设计得到改进，可确保不会发生闩锁，因此无需输出保护肖特基二极管。
AD7541特点：AD7541的改进版本完整的四象限乘法12位线性度（端点）所有器件均保证单调性TTL/CMOS 兼容型低成本无需保护肖特基二极管低逻辑输入泄漏AD7541内部结构框图：图3 AD7541的内部结构框图，展示了内部的构成AD7541参考设计电路：图4 AD7541典型应用电路3、AD7694AD7694器件是一款3通道、低噪声、低功耗、24位Σ-Δ型ADC，内置片内仪表放大器，主要介绍了AD7694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。
单片机AD转换实验
一、实验目的1、掌握单片机与ADC0809的接口设计方法。
2、掌握Proteus软件与Keil软件的使用方法。
二、实验要求1、用Proteus软件画出电路原理图，在单片机的外部扩展片外三总线，并通过片外三总线与0809接口。
2、在0809的某一模拟量输入通道上接外部模拟量。
3、在单片机的外部扩展数码管显示器。
4、分别采用延时和查询的方法编写A/D转换程序。
5、启动A/D转换，将输入模拟量的转换结果在显示器上显示。
三、实验电路图四、实验程序流程框图和程序清单1、查询ORG 0000H START:LJMP MAINORG 0100HMAIN: MOV SP, #6FHCLR EALOOP: MOV DPTR, #0fef8H MOVX @DPTR, ALOOP1:JNB P3.2, LOOP1MOVX A, @DPTRMOV B, #51DIV ABMOV 23H, AMOV A, #10MOV 22H, AMOV A, BLCALL CHULIMOV 21H, AMOV A, BLCALL CHULIMOV 20H, A LCALL DIRLJMP LOOPDIR: PUSH ACCPUSH DPHPUSH DPLPUSH PSWSETB RS1SETB RS0MOV R0, #20HMOV R3, #0FEH LOOP2:MOV P2, R3 MOV DPTR, #TAB1MOV A, @R0MOVC A, @A+DPTRMOV P1, ALCALL DELAYINC R0MOV A, R3JNB ACC.3, LOOP3RL AMOV R3, ALJMP LOOP2LOOP3:POP PSWPOP DPLPOP DPHPOP ACCRETTAB1:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,07FH DELAY:MOV R7, #01HDL1: MOV R6, #8EHDL0: MOV R5, #02HDJNZ R5, $DJNZ R6, DL0DJNZ R7, DL1RETCHULI:CJNE A, #25, LPLJMP LP2LP: JNC LP1LP2: MOV B, #10MUL ABMOV B, #51DIV ABLJMP LP3LP1: CLR CSUBB A, #25MOV B, #10MUL ABCLR CSUBB A, #5MOV B, #51DIV ABADD A, #5LP3: RETEND2、延时ORG 0000HSTART:LJMP MAINORG 0100HMAIN: MOV SP, #6FHCLR EALOOP: MOV DPTR, #0fef8HMOVX @DPTR, ALCALL DELAY100MOVX A, @DPTRMOV B, #51DIV ABMOV 23H, AMOV A, #10MOV 22H, AMOV A, BLCALL CHULIMOV 21H, AMOV A, BLCALL CHULIMOV 20H, ALCALL DIRLJMP LOOPDIR: PUSH ACCPUSH DPHPUSH DPLPUSH PSWSETB RS1SETB RS0MOV R0, #20HMOV R3, #0FEHLOOP2:MOV P2, R3MOV DPTR, #TAB1MOV A, @R0MOVC A, @A+DPTRMOV P1, ALCALL DELAYINC R0MOV A, R3JNB ACC.3, LOOP3RL AMOV R3, ALJMP LOOP2LOOP3:POP PSWPOP DPLPOP DPHPOP ACCRETTAB1:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,07FH DELAY:MOV R7, #01HDL1: MOV R6, #8EHDL0: MOV R5, #02HDJNZ R5, $DJNZ R6, DL0DJNZ R7, DL1RETCHULI:CJNE A, #25, LPLJMP LP2LP: JNC LP1LP2: MOV B, #10MUL ABMOV B, #51DIV ABLJMP LP3LP1: CLR CSUBB A, #25MOV B, #10MUL ABCLR CSUBB A, #5MOV B, #51DIV ABADD A, #5LP3: RETDELAY100: MOV R6,#01H;误差 0usDL0:MOV R5,#2FHDJNZ R5,$DJNZ R6,DL0RETEND3、中断ORG 0000HSTART:LJMP MAINORG 0003HLJMP INTT0ORG 0100HMAIN: MOV SP, #6FHSETB EASETB EX0MOV DPTR, #0000HMOVX @DPTR, AHERE: LJMP HEREINTT0:MOVX A, @DPTRMOV B, #51DIV ABMOV 23H, A //整数部分放22H中MOV A, #10MOV 22H, A //小数点放22H中MOV A, BLCALL CHULIMOV 21H, A //小数点后第一位放21H中 MOV A, BLCALL CHULIMOV 20H, A //小数点后第一位放21H中 LCALL DIRMOV DPTR, #0000HMOVX @DPTR, ARETIDIR: PUSH ACCPUSH DPHPUSH DPLPUSH PSWSETB RS1SETB RS0MOV R0, #20HMOV R3, #01HLOOP2:MOV P2, R3 //位控码初始值MOV DPTR, #TAB1MOV A, @R0MOVC A, @A+DPTRMOV P1, ALCALL DELAYINC R0MOV A, R3JB ACC.3 LOOP3RL AMOV R3, ALJMP LOOP2LOOP3:POP PSWPOP DPLPOP DPHPOP ACCRETTAB1:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,07FH DELAY:MOV R7, #01HDL1: MOV R6, #8EHDL0: MOV R5, #02HDJNZ R5, $DJNZ R6, DL0DJNZ R7, DL1RETCHULI:CJNE A, #25, LPLJMP LP2LP: JNC LP1MOV B, #10MUL ABMOV B, #51DIV ABLJMP LP3LP1: CLR CSUBB A, #25MOV B, #10MUL ABCLR CSUBB A, #5MOV B, #51DIV ABADD A, #5LJMP LP3LP2: MOV A, #5MOV B, #0LP3: RETEND五、实验结果六、实验总结通过本次试验掌握了A/D转换的电路设计，掌握了AD0808的使用以及编址技术，熟悉了A/D转换的方法和A/D转换的程序设计方法。
AD转换与显示电路设计
AD转换与显示电路设计AD转换与显示电路是将模拟信号转换为数字信号，并通过显示器显示出来的电路。
在各种电子设备中，AD转换与显示电路被广泛应用，例如数码相机、手机、电视机等。
本文将详细介绍AD转换与显示电路的设计原理和方法。
一、AD转换电路设计1.1AD转换理论基础AD转换是模拟信号转换为数字信号的过程，其核心在于使用采样和量化的方法。
采样是指将模拟信号按照一定时间间隔进行采集，将连续的模拟信号离散化。
量化是指将采样得到的信号根据一定的量化步长进行量化，将模拟信号转换为一系列有限离散的数字值。
1.2AD转换器选择与连接AD转换器有很多种类，常用的有逐次逼近型AD转换器（SAR-ADC）、比较型AD转换器（CMP-ADC）、积分型AD转换器（INT-ADC）等。
选择AD转换器需要根据系统需求、精度要求以及成本预算等因素进行综合考虑。
在连接AD转换器时，需要注意采样电容的选择和电源的稳定性。
采样电容的选择应根据模拟信号的频率进行合理匹配，以保证采样精度。
电源的稳定性对于AD转换的精度有着重要的影响，应尽量选择稳压电源或者添加滤波电路来保证电源的稳定性。
1.3电路布局与设计AD转换电路的设计要考虑信号的接地，对电路的布局进行合理规划，减少模拟信号与数字信号的干扰。
在布局设计时，应将模拟部分与数字部分相分离，分别布置，并通过适当的屏蔽手段减少干扰。
2.1显示器选择与连接显示器的选择与连接需要根据具体应用场景和要求进行综合考虑。
常用的显示器有数码管、液晶显示器（LCD）、有机发光二极管（OLED）等。
选择显示器时需要考虑显示分辨率、功耗、驱动电压等因素。
显示器连接电路一般包括驱动芯片、显示控制器和显示缓冲器。
驱动芯片负责控制显示器的驱动电压和显示模式，显示控制器负责将数字信号转换为驱动芯片所需的信号格式，显示缓冲器用于提供驱动芯片所需的电流和电压。
2.2显示电路布局与设计显示电路的布局设计需要考虑显示元件之间的互相干扰以及显示质量。
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时钟
采样速率（高速时钟问题） 部分AD时钟需要差分时钟输入
模拟输入
不要超过量程范围 负压提升（加法器） 部分输入信号要求差分（AD8138）
信号的无源衰减电路
数据输出
I/O口控制 总线形式控制（SPI、USART等） 输出的速度与单片机的接口能力问题
A/D使用中的注意事项
信号的采样频率与信号本身之间的关系 （奈奎斯特采样定理） AD的采样速率应是模拟带宽的5~10倍才能 准确的重现信号。
电流转电压电路
精密电阻、低通滤波、跟随器
常用的AD芯片
ADC0804、ADC0809、ADC0832、ADS 系列（如：ADS8505、ADS803）、TLC系 列（TLC2543、TLC5510） PCF8591（集成AD和DA、IIC总线）
A/D的选择
转换器的位数 转换器的转换速率 工作电压和基准电压 输入电压范围
ADC电路的必备条件
电源 时钟 模拟输入 数字输出与控制信号
ADC的电源
电源去耦电路 避免较大电流干扰串入电路 电源端加限流电阻（100~200Ω）-晶闸管 特性（CMOS电路共性）
AD转换器及其外围 电路设计
A/D转换器基本原理
连接模拟-数字的桥梁 对模拟信号进行抽样（取样-量化-编码）
A/D转换器的性能指标
位数：AD转换对应的位数，常见的有8位、10位、12位、 14位、16位、24位 分辨率：输出数字量变化一个数字量时输入的模拟电压的 变化量，分辨率= 满刻度电压 2n -1
A/D转换器的类型
并联比较式：超高速、6~10位、几十ns转换时间、 几十MSa/s采样率(TLC5510) 分级式：高速、8~16位、几十~几百ns、几 MSa/s 逐次逼近式：综合性价比较高、8~16位、几~几 十us、几十~几百kSa/s(TLC0831) ∑-Δ式：高分辨率、高精度、16~24位、几~几十 ms、几十kSa/s(AD7705) 积分式：高精度、高抗干扰、12~16位、几十~几 百ms、几~几十Sa/s(TLC7135) V/F型 ：低成本、高分辨率、8~16位、几十~几 百ms、几~几十Sa/s(AD650)
实例：ADC0809
看数据手册 看时序图
转换时间：完成一次转换需要的时间（单位：ns、us） 量化误差：由于AD的分辨率引起的误差，指量化结果和 被量化模拟量的差值，分辨率高的AD
采样率：（单位： Sa/s、kSa/s、MSa/s） 非线性度：转换器实际的转换曲线与理想转换曲 线的偏移 偏移误差：输入信号为零时，输出信号不为零的 值，由AD内部的放大器或比较器输入的失调电压 或失调电流引入 输入电压范围：不要超出电压范围，一般输入电 压<电源电压，且AD输入电压一般只有正电压