10.2.2 A D转换器（课件）-高二《电子技术基础与技能》同步教学（人邮版）

10.2.2 A/D转换器 模拟信号（如声音信号）转换成数字信号，可以提高电路对噪声的抗干扰能力和声音的传输质量。此外，数字信号还比较容易补偿和修正。 1．A/D转换的基本原理 A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，图10.13所示为A/D转换器的输入、输出关系框图。 转换过程通常包括取样、保持、量化和编码4个过程。 首先是对输入的模拟电压信号取样，取样结束后进入保持时间，在这段时间内将取样的电压量化为数字量，并按一定的编码形式给出转换结果。 然后再进行下一次取样。这4步并不是分别完成，而是取样和保持一次完成，量化和编码一次完成，如图10.14所示。 图10.13 ADC框图 图10.14 模拟量到数字量的转换过程 ADC可分为直接ADC和间接ADC两大类。在直接ADC中，输入模拟信号直接被转换成相应的数字信号。 常用的电路有并联比较型ADC和反馈比较型两类，其特点是工作速度高，转换精度容易保证，调准也比较方便。 而在间接ADC中，输入模拟信号先被转换成某种中间变量（如时间、频率等），然后再将中间变量转换为最后的数字量，如双积分型ADC、单次积分型ADC等，其特点是抗干扰性强，转换精度高，但工作速度较低，一般在测试仪表中用得较多。下面主要介绍逐次逼近型ADC。 集成A/D转换器件是计算机接口电路及数字电路的重要组成部分。 其芯片种类很多，转换精度有8位、10位、12位、16位、18位等，下面介绍ADC0809芯片。 （1）ADC0809的引脚功能 ADC0809是一种逐次逼近型A/D转换器，它是采用CMOS工艺制成的8位八通道单片A/D转换器，转换时间最快可达10s，适用于分辨率较高而转换速度适中的场合。 ADC0809的引脚排列图如图10.15所示。 图10.15 ADC0809的实物图和引脚排列图 图10.16 ADC0809应用 （2）ADC0809典型应用 ADC0809可以与微机系统连接，也可单独使用，图10.16所示为ADC0809单独使用的例子。 按图10.16所示连接电路。其中D7～D0分别接8个发光二极管，CP接函数发生器，使其输出500kHz方波，地址码A2～A0接逻辑开关K2～K0，并将逻辑开关置成000。ALE、START接单次脉冲。 UI接可调直流电压源，并按表10.3中的输入电压值调节，观察发光二极管D7～D0的状态，并记录数据。（建议采用仿真课件演示） 实验现象 接通电源后，测试记录的结果如表10.3所示。 输入模拟量 输出数字量 UI/V D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 表10.3 ADC0809数据记录 知识探究 地址码A2～A0为000，选通了IN0路输入模拟电压UI ，输入范围为0～5V。 从表10.3中可见，不同的模拟量转变成了与之对应的数字量。 2．ADC的主要技术指标 （1）分辨率 ADC的分辨率指A/D转换器对输入模拟信号的分辨能力， 即ADC输出数字量的最低位变化一个数码时，对应输入模拟量的变化量，常以输出二进制数码的位数n来表示。位数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高。 分辨率 = 式中，FSR是输入的满量程模拟电压。 （2）转换速度 转换速度是指ADC完成一次转换所需要的时间，即从接到模拟信号开始到输出端出现稳定的数字信号所需要的时间。 转换时间越短，说明转换速度越高。 并行ADC速度最快，约为数十纳秒；逐次逼近型ADC速度次之，约为数十微秒，最高可达0.4s；双积分型ADC速度最慢，约为数十毫秒。 $$