计控课程设计

A/D转换器及其接口技术

模数( A/D )转换技术

模拟（Analog）信号转换成数字（Digital）信号，简称为A/D转换。在很多系统中，A/D转换是不能缺少的重要组成部分。

1. 并行模数转换器

该转换器工作时，需要采样脉冲，采样脉冲速率越高，则转换精度就越高。

若需要n位A/D转换器，则需要2n-1个比较器，所以若是转换器位数大，则比较器的数量是巨大的，这是并行A/D转换器的缺点。

.VRR.模拟输入比较器RR优先编码器76543210124DDDR012并行输出.RRR采样脉冲R. 并行A/D转换器

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2. 双积分模数转换器

.Vin模拟输入RCCLKSW .A1VR&CRA2计数器 .积分器n比较器控制逻辑清除锁存器EN开关控制信号D7D6D5D4D3D2D1D .0

双积分模数转换器

该转换器由切换开关、积分器、比较器、计数器和控制逻辑等电路组成。

该转换器的工作原理分为两个阶段，第一阶段是定时积分阶段，第二阶段是定电压积分阶段。

定时积分阶段的工作情况如图1所示.

.Vin模拟输入RICCLKSW .A1VRV1A2V2&RC积分器n比较器输出高电平计数器计数到n然后复位 .比较器控制逻辑清除锁存器EN开关控制信号D7D6D5D4D3D2D1D .0

图1 第一阶段的工作情况

在该阶段，首先对电容放电、积分器输出0V电压，计数器复位。随后控制逻辑发出信号使开关SW接通输入模拟正电压Vin，由于积分器的反相端是虚地，所以电容C的充电电流I是常数，积分器的输出电压按照某个斜率向负方向线性变化。在积分器输出负电压的期间，比较器输出高电平，与门打开，计数器开始计数。

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当计数器达到某个数n，则控制逻辑计数器复位。这一阶段的时间为 T1?nTC 这里TC是计数脉冲的周期。

在这段时间结束时，积分器的输出电压为 V1? 这时的工作情况如图2所示。

.1T1VinT1?dt??Vin C?0RRCVin模拟输入RCCLKSW .A1VRV1A2V2&RC计数器复位 .积分器n比较器控制逻辑清除锁存器EN开关控制信号D7D6D5D4D3D2D1D .0

图2 第一阶段结束、第二阶段开始时的状态

当控制逻辑使开关SW接通参考负电压，第二阶段开始。由于比较器还输出高电平，所以计数器复位后接着计数。这时积分器对负参考电压VR积分，积分器的输出电压V1不断升高，当积分器的输出大于0V时，比较器输出低电平，与门关闭，计数器停止计数，控制逻辑给出使能脉冲使计数器的计数值nx存入锁存器，然后复位计数器开始下一次转换。第二阶段的工作情况如图3所示。

当积分器在对负参考电压VR积分时，如果积分器的输出电压上升到0V时所需的时间为T2，则有：

V1?1T2VRT1dt?Vin ?0CRRC该电压为0V时计数器停止计数，所以有 由上式有

T2?T2TVR?1Vin RCRCT1Vin VR

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由于第二阶段，计数器的计数值是nx，所以令T2?nxTC。 所以有 nxTC?nTCVin VR最后得到 nx?Vinn VR可见nx是与输入电压Vin成正比的数。

两个阶段的积分器输出电压波形图如图4所示。

.Vin模拟输入IRCCLKSW.A1VRV1A2V2&RC积分器n计数器计数直到比较器输出低电平.比较器控制逻辑清除计数值存入锁存器EN开关控制信号D7D6D5D4D3D2D1D.0图3 对参考电压积分的阶段

（第一阶段）定时积分..（第二阶段）定电压积分n TT = xC2t0nTCT =1V1由于斜率相同不同的初始电压返回零的时间不同不同的输入电压积分结束时的电压值不同..不同的输入电压积分斜率不相同

图4 积分器的输出电压V1

双积分转换器具有抑制交流噪声干扰、结构简单和精度高的特点，其转换精度取决于参考电压和时钟周期的精度，双积分转换的不足之处是转换速度慢且时间不固定。

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3. 逐次比较式模数转换器

四位逐次比较式A/D转换器如图5所示。

.VOUTDACD0D1D2.并行输出.模拟输入比较器CLK.(MSB)(LSB)D3DC逐次近似寄存器串行数据输出

图5 逐次比较式A/D转换器方框图

该转换器的工作原理如下：

首先D/A转换器的输入（来自逐次近似寄存器）从最高位向最低位逐次置1，当每次置1完毕，比较器就会产生一个输出，指示D/A转换器的输出电压是否比输入的模拟电压大。如果D/A转换器的输出电压大于输入的模拟电压，则比较器输出低电平，使存储该位的逐次近似寄存器复位（清零）；若是D/A转换器的输出比输入的模拟电压小，比较器输出高电平，则保留存储该位的逐次近似寄存器数据（置1）。转换器从最高位开始，按此方法逐次比较，直至最低位后，转换结束。

一个转换周期完成后，将逐次近似寄存器清0，开始下一次转换。 逐次比较式A/D转换器的转换时间取决于转换中数字位数n的多少，完成每位数字的转换需要一个时钟周期，有前面分析可知，第n个时钟脉冲作用后，转换完成，所以该转换器的转换最小时间是nTC，这里TC是时钟脉冲的周期。

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ADC0809内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。它具有转换起停控制端，转换时间为100us，单个+5V电源供电，模拟输入电压范围为0～+5V,不需零点和满刻度标准，低功耗，约15mW。所

以我选择方案来来实现A/D转换 。

六、A/D转换器的设计步骤： 本设计采用的是DAC0809集成芯片来实现A/D转换。 其逻辑框图和引脚图如下所示：

Vin:模拟电压输入端 Vref+:参考电压“+”端，接直流参考源的正端

Vref-:参考电压“-”端。一般与地连接。

SOC：启动转换信号端，只有该端从低电平转换成高电平时，转换才开始。 EOC：转换结束标志位端，高电平表示转换结束。 OE：输出允许端，可与EOC接在一起。

设计步骤：

1、

将D0-D7端接LED指示灯输入插口，提供。模拟信号由模拟电压端输入的模拟电压交

流电压和参考电压端输入的参考电压来提供模拟信号。

2、 3、

滑动变阻器可以随时改变电阻值，进而改变了输入的模拟电压值。 信号源来决定输入的信号波.

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4、 5、 6、

信号源提供输入信号，模拟信号经过ADC模数转换器从D0-D7输出数字信号。 由数码管显示来完成模数的转换。 修改各元件的参数，将电阻设为5千欧，将交流电压设为8伏，直流电压设为12伏。

信号发生器的频率设为500HZ，电压设为5V。

注：由于模数（A/D）转换中的模拟信号是由模拟电压和参考电压来输入的，因此，当模拟电压和参考电压两个电压在某一值时发生叠加，此时模拟信号就不能输入到模数转换器的输入端，因此模拟信号就不能转换成数字信号，则输出的信号就有可能仍为模拟信号，所以数码管有时会显示字母。

改进方法：

改变交流电压和直流电压的参数，当两者达到一比例时，则模拟信号就会全部转换为数字信号不过这只是一个理论结果，现实结果有一定的差距，因此，事实上模拟信号不可能全部转换为数字信号。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/dg5h.html