模数转换器的基本原理

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第9章

模数转换器

9.1 模数转换器的结构及相关寄存器

9.2 模数转换器的应用

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STC12C5A60S2单片机集成有8路10 位高速模数转换器(ADC),速度可达到 250KHz(25万次/秒，可做温度检测、压 力检测、电池电压检测、按键扫描、频谱 检测等。

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9.1 模数转换器的结构及相关寄存器STC12C5A60S2单片机片内集成8通道 10位模数转换器(ADC)。ADC输入通道 与P1口复用，上电复位后P1口为弱上拉型 I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的 任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D 使用的口可继续作为I/O口使用。

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9.1.1 模数转换器的结构ADC控制寄存器ADC_CONTR ADC_P OWER SP EED1 SP EED0 ADC_FLAG ADC_START CHS2 CHS1 CHS0

模拟输入信号 通道选择开关 CHS2/CHS1/CHS0 A/D转换结果寄存器ADC_RES和ADC_RESL ADC7/P 1.7 ADC6/P 1.6 ADC5/P 1.5 ADC4/P 1.4 ADC3/P 1.3 A

DA与AD

一、D/A转换器的基本原理

1、分辨率

分辨率是指输入数字量的最低有效位（LSB）发生变化时，所对应的输出模拟量（电压或电流）的变化量。它反映了输出模拟量的最小变化值。

分辨率与输入数字量的位数有确定的关系，可以表示成FS / 。FS表示满量程输入值，n为二进制位数。对于5V的满量程，采用８位的DAC时，分辨率为5V/256＝19.5mV；当采用12位的DAC时，分辨率则为5V/4096＝1.22mV。显然，位数越多分辨率就越高。 2、线性度 线性度（也称非线性误差）是实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。常以相对于满量程的百分数表示。如±１％是指实际输出值与理论值之差在满刻度的±１％以内。

3、绝对精度和相对精度

绝对精度（简称精度）是指在整个刻度范围内，任一输入数码所对应的模拟量实

际输出值与理论值之间的最大误差。绝对精度是由DAC的增益误差（当输入数码为全1时，实际输出值与理想输出值之差）、零点误差（数码输入为全０时，DAC的非零输出值）、非线性误差和噪声等引起的。绝对精度（即最大误差）应小于1个LSB。

相对精度与绝对精度表示同一含义，用最大误差相对于满刻度的百分比表示。 应当注意，精度和分辨率具有

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模数转换器

9.1 模数转换器的结构及相关寄存器

9.2 模数转换器的应用

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STC12C5A60S2单片机集成有8路10 位高速模数转换器(ADC),速度可达到 250KHz(25万次/秒，可做温度检测、压 力检测、电池电压检测、按键扫描、频谱 检测等。

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9.1 模数转换器的结构及相关寄存器STC12C5A60S2单片机片内集成8通道 10位模数转换器(ADC)。ADC输入通道 与P1口复用，上电复位后P1口为弱上拉型 I/O口，用户可以通过软件设置将8路中的 任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D 使用的口可继续作为I/O口使用。

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9.1.1 模数转换器的结构ADC控制寄存器ADC_CONTR ADC_P OWER SP EED1 SP EED0 ADC_FLAG ADC_START CHS2 CHS1 CHS0

模拟输入信号 通道选择开关 CHS2/CHS1/CHS0 A/D转换结果寄存器ADC_RES和ADC_RESL ADC7/P 1.7 ADC6/P 1.6 ADC5/P 1.5 ADC4/P 1.4 ADC3/P 1.3 A

9 数模与模数转换器

9.1 D/A转换器

9.1.1 10位倒T形电阻网络D/A转换器如图题9.1.1所示。 （1）试求出输出电压的取值范围。

（2）若要求电路输入数字量为200H时输出电压vo=5V，试问VREF应取何值？

解：（1）由式（9.1.6）可知，10位D/A转换器输出电压vO为

RREFv???10 O2当D9D8…D0=00…0时 vO=0 V

RfR?Di?2i?09i

RREF当D9D8…D0=11…1时，vO??R vO??RREF

，已知Rf?R，所以

于是可得到输出电压的取值范围为：?VREF?0V。 （2）根据式（1） VREF210?R?vO???Rf1?2i?09

i?Di将D9D8…D0=1000000000代入上式，的VREF=﹣10V。

9.1.2 在图9.1.8所示的4位权电流D/A转换器中，已知VREF=6V，R1=48kΩ，当输入

1

D3D2D1D0=1100时，vO=1.5V，试确定Rf的值。

解：n位权电流D/A转换器的输出电压为

RREFRf?n

9 数模与模数转换器

9.1 D/A转换器

9.1.1 10位倒T形电阻网络D/A转换器如图题9.1.1所示。 （1）试求出输出电压的取值范围。

（2）若要求电路输入数字量为200H时输出电压vo=5V，试问VREF应取何值？

解：（1）由式（9.1.6）可知，10位D/A转换器输出电压vO为

RREFv???10 O2当D9D8…D0=00…0时 vO=0 V

RfR?Di?2i?09i

RREF当D9D8…D0=11…1时，vO??R vO??RREF

，已知Rf?R，所以

于是可得到输出电压的取值范围为：?VREF?0V。 （2）根据式（1） VREF210?R?vO???Rf1?2i?09

i?Di将D9D8…D0=1000000000代入上式，的VREF=﹣10V。

9.1.2 在图9.1.8所示的4位权电流D/A转换器中，已知VREF=6V，R1=48kΩ，当输入

1

D3D2D1D0=1100时，vO=1.5V，试确定Rf的值。

解：n位权电流D/A转换器的输出电压为

RREFRf?n

ADC0809模数转换器的使用详解与程序

带我们的王老师刚评上硕导了，下学期开始带研究生了。

从他那里了解到每做一次实验或者实践，应该把它用规范的格式记录下来，一来自己可以日后查看，二来同学间可以相互交流，共通过进步，甚为必要。现将本次实验记录如下。

实验

名称：根据光强控制外围器件的通断。

实验原理；使用AD芯片将太阳能电池产生的光生伏打电压转化为数字信号，再通过单片机处理后，在数码管上显示电压，同时根据设定电压伐值，控制外围器件的通断。

实验所需的设备：51单片机烧写器一个，电脑一台，数字式示波器一个，数字式万用表一个

实验所需的元件:太阳能电池一片，单片机一片，1k排阻一个，四位连体的数码管一个，排针若干排，导线，万用版一块，焊锡。

实验前的理论准备；能熟练使用51单片机，示波器，keil软件，isp下载软件，看懂AD0 809的英文pdf说明

实验的难点：难点一就是AD0809芯片的使用。

难点二就是将AD0809产生的0~256的数字换算成0~5.000的精确度，而又不至于溢出出错。

难点三就是以上的理论准备全部系自学，呵呵

下面着重说明AD0809的使用难点。

ADC0809是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关

高速差分放大器让包含高速模数转换器(ADC)的信号链设计更加灵活。差分运放能提供包括增益,阻抗变换和单端到差分转换等的信号调理功能。

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l金 I目辑栏编何玉模拟器件

技术长廊

使用差分放大器驱动模数转换器U ig Di e e ta Ampie st r e An lg t i i l o v re s sn f r n il f lir o D i ao o D gt n e t r f v aC●美国国家半导体公司应用工程师 L rnSe et oe ib r而高速差分放大器让包含高速模数转换器互调制与谐波失真落在带外的信号，对宽带 ( DC的信号链设计更加灵活。 A )差分运放能提信号这些将落在带内。下来我们将更详细讨接供包括增益，抗变换和单端到差分转换等的论如何根据信号和 AD的特性来选择器件。阻 C信号调理功能。

首先我们来回顾一下 AD C基础知识。作为一

AD C一般是固定增益的器件，当输入信

个混合信号器件，A DC包括模拟和数字电

号幅值小于满量程的输入范围的时候性能最路。A C的数字部分工作在时钟采样频率下， D 好。幅值不足一个最低有效位 L B的信号进在一个特定的应用中，对 S该频率通常是固定的。该行量化时

第7章 A/D与D/A转换器7—1 7—2 7—3 7—4 7—5 导论 DA转换器 DA转换器 AD转换器 AD转换器 多路模拟开关 数据采集系统简介

1-1导论 导论自然界中存在的物理量大都是模拟量， 自然界中存在的物理量大都是模拟量，如温 时间、角度、速度等。 度、时间、角度、速度等。随着数字技术的迅速 发展，尤其是计算机的广泛应用， 发展，尤其是计算机的广泛应用，用数字电路处 理模拟信号的情况非常普遍。 理模拟信号的情况非常普遍。 模拟量转换为数字量—A/D转换( Digital) 模拟量转换为数字量 A/D转换(Analog to Digital) A/D转换 数字量变换为模拟量—D/A转换( D/A转换 Analog) 数字量变换为模拟量 D/A转换(Digital to Analog) 衡量A/D D/A转换器性能的两个主要指标 A/D和 衡量A/D和D/A转换器性能的两个主要指标 转换精度 转换速度2

7-2 D/A转换器D/A转换器是利用电阻网络和模拟开关，将二进制数D 转换为与之成比例的模拟量，n位二进制数D可以写成 :

D = dn 1 × 2 + dn 2 × 2

n 1

n 2

+… + d1 ×

课程： 教材： 内容： 课程：单片机技术 教材：单片机基础 内容：9

单片机与数/模及模/ 单片机与数/模及模/数转换器接口

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单片机与数模及模数转换器接口

教学基本要求： 教学基本要求： 熟悉DAC0832的内部结构及工作方式 DAC0832的内部结构及工作方式； (1)、熟悉DAC0832的内部结构及工作方式； 掌握单片机与DAC0832的接口原理 DAC0832的接口原理； (2)、掌握单片机与DAC0832的接口原理； 熟悉ADC0809的内部结构及功能 ADC0809的内部结构及功能； (3)、熟悉ADC0809的内部结构及功能； 掌握单片机与ADC0809的接口原理 ADC0809的接口原理； (4)、掌握单片机与ADC0809的接口原理； 教学重点： 教学重点： 单片机与DAC0832的接口原理 DAC0832的接口原理； (1)、单片机与DAC0832的接口原理； 单片机与ADC0809的接口原理 ADC0809的接口原理； (2)、单片机与ADC0809的接口原理； 教学难点： 教学难点： )、单片机与DAC0832接口的程序设计 单片机与DAC0832接口的程序设计； (1)、单片机与DAC0832接口的程序设计； )、单片机与

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