逐次逼近式AD转换原理
逐位逼近式AD转换原理图一个n位AD转换器的模数转换表达式
2、采样定理
采样频率越高，采样信号 y*(t)越接近原信号 y(t)，但若采样频率过高，在实时控制系统中将会 占用大量时间在采样上，从而失去了实时控制的机 会。为了使采样信号y*(t)既不失真，又不会因频率 太高而浪费时间，我们可依据香浓采样定理。 香浓定理指出：为了使采样信号y*(t)能完全 复现原信号y(t)，采样频率f 至少要为原信号最高 有效频率fmax的2倍，即f 2fmax。实际应用中，常 取f （5-10）fmax。
A/D转换器的转换精度可以用绝对误差和 相对误差来表示。
所谓绝对误差，是指对应于一个给定数字量 A/D转换器的误差，其误差的大小由实际模拟量输 入值和理论值之差来度量。绝对误差包括增益误 差，零点误差和非线性误差等。 相对误差是指绝对误差与满刻度值之比， 一般用百分数来表示，对A/D转换器常用最低有效 值的位数LSB来表示，1LSB = 1／2n 。
①传感器 — 将非电量转换为电信号。
②多路开关（MUX） — 分时切换各路 模拟量与采样／保持器的通路。
系统 ③放大器（IA）— 多为程控放大器， 对模拟信号进行放大。 配置
④采样/保持器（S/H）—保持模拟信号 电压。 ⑤A/D转换器— 将模拟信号转换为数字 信号。 ⑥接口电路 — 将数字信号进行整形电 平调整。
图7-2-2 同时采集
2、分时采集式
每采样一次便进行一次A/D转换并送 入内存后方才对下一采样点采样。具有 通用性、传感器与仪表放大器匹配灵活， 但对MUX的精度要求很高，因为输入的模 拟量往往是μV级的。如图7-2-3所示为 分时采集框图。
图7-2-3 分时采集
3、高速采集式
对多个模拟信号的同时实时测量很 有必要。在各个输入信号以一个公共点 为参考点时，公共点可能与IA和ADC的参 考点处于不同电位而引入干扰电压UN， 从而造成测量误差。如图7-2-4所法为高 速采框图。
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
STC12C5A60S2中的AD转换
STC12C5A60S2中的AD转换逐次逼近原理AD 里面包含da，当输入电压Vin时，da的最高位是1，即为0.5Vref与输入信号比较，如果输入大于0.5Vref则比较器输出为1，同时da的最高位为1，反之DA最高位则为0，通过8次比较后得到8个01数据即完成ad转换。
现在说下程序中用到stc12单片机两个寄存器ADC_CONTR;主要用来配置ad启动的工作模式;还有个result的寄存器程序中的注意点：配置完ADC_CONTR后要延时4个时钟周期先把程序附上#include "stc12.h"#include "intrins.h"#include "ad.h"uint ad;#define ADC_POWER 0X80 //ADC最高位给adc部分供电，类似于片选#define ADC_START 0X08 //模数转换启动控制位#define ADC_FLAG 0x10 //ad转换需要时间，这个是转换完成标志位#define ADC_SPEEDLL 0X00 //540 clock#define ADC_SPEEDL 0X20 //360 clock#define ADC_SPEEDH 0X40 //180 clock#define ADC_SPEEDHH 0X60 //90 clockuchar ADCresult(uchar aa) //这里的参数是哪个口来ad转换{P1ASF=0X01; //这里的选择和用哪一个P1口作为ad采样ADC_CONTR=ADC_POWER|ADC_SPEEDLL|ADC_START|aa;//ADC_CONTR=0X88|aa;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();//设置ADC_CONTR寄存器后需加4个CPU时钟周期的延时，才能保证值被写入ADC_CONTR寄存器while (!(ADC_CONTR & ADC_FLAG)); //等待ADC_CONTR，这里的ADC_FLAG相当于一个常数，不是寄存器里面的某个位//while(!ADC_FLAG);//ADC_FLAG=0;ADC_CONTR &= ~ADC_FLAG; //Close ADC 将标志位清零等待下次硬件置1ad=(ADC_RES<<2)+ADC_RESL; //打开10位AD采集功能如果用8位AD 屏掉这句把下一句改为Vo=(float)(ADC_RESL)*500/256; 即可//ADC_RES结果寄存器的高2位；ADC_RES结果寄存器的低8位ad=(float)(ad)*5*100/1024; //Return ADCresult（为显示整数，这里将电压值扩大了十倍）//10位AD采集即2的10次方满值为1024 这里用1024表示5伏的电压//那么用采集到的数量值除以1024 在乘以5 得到的值就是采集的电压数值//这里又*100 是为了扩大100倍显示小数位//ADC_RES*（5/256）为采集的电压值然后扩大10倍便于计算return ad;}这里只是个ad.c源文件，这里有几个问题想说一下1.怎么知道是10位还是8位的ad结果；你可以在ADCresult(uchar aa)最前面加一条AUXR1&=0x04;什么意思呢，转换结果的低2位放在ADC_RES，高8位ADC_RESL 中2为什么不用//while(!ADC_FLAG);//ADC_FLAG=0;这两条因为ADC_FLAG相当于常量前面用宏定义而头文件里只有ADC_CONTR的地址映射；但是如果在头文件中用sbit ADC_FLAG=ADC_CONTR^4会出现错误，具体原因还不清楚先说到这吧。
AD芯片ADC0809
0809是逐次逼近式转换芯片，所以在介绍此芯片之前， 先学习逐次逼近式A/D转换原理。
A/D转换芯片与 CPU 接口连接需要注意的问题
（1）启动信号：电平启动和脉冲启动 （2）转换结束与转换数据的读取： — 程序查询方式 — 中断方式 — CPU等待方式 — 固定的迟延程序方式
在中断方式下的A/D转换，程序设计比较简单。在主程 序，只要一条输出指令就可以启动A/D转换。假设A/D转换 器的端口号为PROTAD，则执行指令： O这个指令中AL的内容无关紧 要，执行这个指令主要是为了产生一个写脉冲以启动A/D转 换器。转换结束后，A/D芯片会产生一个转换结束信号 （EOC），此信号产生中断请求，并连接到8259A的IR0, 再通过8259A向CPU发出中断请求，CPU响应后，便转去 执行中断处理程序。该中断处理程序就是完成读取转换结 果，其主要是一条输入指令： IN AL , PORTAD 这条指令在执行时，使三态输出门打开，从而CPU获得数 据。
START: LEA BX, DATA CONV: OUT 37H,AL ; 启动转换 TEST: IN AL ,66H ；输入状态 AND AL ,80H ;检测DONE标记 JZ TEST ；未完成，等待 IN AL, 65H ；输入转换后的数据 MOV [BX], AL ；存入内存 RET ；结束
结果表示逐次逼近型AD转换器原理框图
比较判断
8g<13g 12g<13g
砝码去留
留 留
结果表示
1 1
3
4
8g+4g+2g
8g+4g+1g
14g>13g
13g=13g
去
留
0
1
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第 7章
逐次逼近型A/D转换器原理框图
输出数字量
输 出 寄存器 节 拍 脉 冲 发 生 器 模拟信号输入 电 压 比 较 器
CP
逐次逼 近寄存器
D/A
拍 时钟 脉 脉冲 冲 发 生 器
C
C0 C1 C2 C3
0 • C3 • C 0
GND D9 D8 D7 D6 D5
4
5 6 7 8
RF UREF UDD D0 D1 D2 D3 D4
引脚功能 Iout1、Iout2：电流输出端 GND：接地端 D9~D0：数字信号输入端 UDD：电源输入端，5 ~ 10V
UREF：基准电源，–10V ~ +10V
RF：反馈信号输入端
CC7520 外部引脚图
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第 7章
CC7520 D/A转换器应用电路
UREF
15
UDD
14 16
D0 D1 D9 ……
13 12
CC7520
4 3
1
2
_ +
+
U0
UREF UO= – 210
(D9 29+D8 28+…+D121+D020)
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第 7章
程控三角波/方波发生器
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。
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。
结果表示逐次逼近型AD转换器原理框图
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第 7章
*7.3 模拟开关和采样-保持电路
7.3.1 模拟开关 7.3.2 采样-保持（S/H）电路
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第 7章
7.3.1 模拟开关
模拟开关用于传输模拟信号，它主要由控制电 路和开关电路两部分组成。 构成方式：双极型晶体管电路 MOS场效应晶体管
主要介绍由CMOS传输门构成的模拟开关和集 成多路模拟开关。
拍 时钟 脉 脉冲 冲 发 生 器
C
C0 C1 C2 C3
0 • C3 • C 0
2
•
• •
• •
SD J
K RD
Q1 C
1 0
•
比较器
+ +
C1
0 •
•
SD J
C0 0
K RD
Q2 C
•
•
SD J
K RD
Q3 • C
四 1 0 位 D/A 1 0 转 换 1 器
U0
U+ 0 1
1
U+ 0 1
Ui=5.52V J K
+ A2 + UO2
UREF
D9 D8 D7 D0
15 4 5 6
+15V
14 16
DZ
_ +
C
R2 20k R1
CC7520
3
1
2
A1 +
UO1
பைடு நூலகம்……
13
U01
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第 7章
7.2 模/数(A/D)转换器
概述 7.2.1 逐次逼近型A/D转换器
*7.2.2 双积分型A/D转换器
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一、逐次逼近式AD转换器与计数式A/D转换类似，只是数字量由“逐次逼近寄存器SAR”产生。
SAR使用“对分搜索法”产生数字量，以8位数字量为例，SAR首先产生8位数字量的一半，即B,试探模拟量Vi的大小，若Vo>Vi，清除最高位，若Vo<Vi,保留最高位。
在最高位确定后，SAR又以对分搜索法确定次高位，即以低7位的一半y1000000B(y为已确定位) 试探模拟量Vi的大小。
在bit6确定后，SAR以对分搜索法确定bit5位，即以低6位的一半yy100000B(y为已确定位) 试探模拟量的大小。
重复这一过程，直到最低位bit0被确定，转换结束。
转换过程：
(1)首先发出“启动信号”信号S。
当S由高变低时，“逐次逼近寄存器SAR”清0，DAC输出Vo=0，“比较器”输出1。
当S变为高电平时，“控制电路”使SAR开始工作。
(２)SAR首先产生8位数字量的一半，即B,试探模拟量的Vi大小，若Vo>Vi，“控制电路”清除最高位，若Vo<Vi,保留最高位。
(３)在最高位确定后，SAR又以对分搜索法确定次高位，即以低7位的一半y1000000B(y为已确定位) 试探模拟量Vi的大小。
在bit6确定后，SAR以对分搜索法确定bit5位，即以低6位的一半yy100000B(y为已确定位) 试探模拟量Vi的大小。
重复这一过程，直到最低位bit0被确定。
(4)在最低位bit0确定后，转换结束，“控制电路”发出“转换结束”信号EOC。
该信号的下降沿把SAR的输出锁存在“缓冲寄存器”里，从而得到数字量输出。
从转换过程可以看出：启动信号为负脉冲有效。
转换结束信号为低电平。
?
?
我觉得，这有点像数学中的二分法，如给一个数a，先用8'b1000000（设为b）与a相比较，如果a大于b，则保留最高位1，即原来的范围变成了0-7'b1111111（第8位已确认）。
之后的过程都是这样，重复执行就可以了。
根据以上理论，举个例子，例如满量程应该是5V，所以，第一次DA输出，输入电压与比较，输入电压大，故而取之间，即最高位保留1。
然后在新的范围内取中间电压，即，依此类推。