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模数转换过程包括量化和编码。量化是将模拟信号量程分成许多离散量级,并确定输入信号所属的量级。编码是对每一量级分配一个的数字码,并确定与输入信号相对应的代码。普通的码制是二进制,它有2的n次方个量级(n为位数),可依次逐个编号。若DNL误差指标≤1LSB,就意味着传输函数具有保证的单调性,没有丢码。模数转换的方法很多,从转换原理来分可分为直接法和间接法两大类。 直接法是直接将电压转换成数字量。它用数模网络输出的一套基准电压,从高位起逐位与被测电压反复比较,直到二者达到或接衡(见图)。控制逻辑能实现对分搜索的控制,其比较方法如同天平称重。先使二进位制数的高位Dn-1=1,经数模转换后得到一个整个量程一半的模拟电压VS,与输入电压Vin相比较,若Vin>VS,则保留这一位;若VinVS还是Vin
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双积分型 AD 转换器若与逐次逼近型 AD 转换器相比较,因有积分器的存在,积分器的输出只对输入信号的平均值有所响应,所以,它突出优点是工作性能比较稳定且抗干扰能力强;由式以上分析可以看出,只要两次积分过程中积分器的时间常数相等,计数器的计数结果与 RC 无关,所以,该电路对 RC 精 度的要求不高,而且电路的结构也比较简单。2)转换速率(ConversionRate)是指完成一次从模拟转换到数字的AD转换所需的时间的倒数。双积分型 AD 转换器属于低速型 AD 转换器,一次转换时间在 1~2ms ,而逐次比较型 AD 转换器可达到 1 m s 。不过在工业控制系统中的许多场合,毫秒级的转换时间已经足足有余,双积分型 AD 转换器的优点正好有了用武之地。
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模数转换一般要经过采样、量化和编码这几个步骤。
采样是指用每隔一定时间的信号样值序列来代替原来在时间上连续的信号,也就是在时间上将模拟信号离散化。
量化是用有限个幅度值近似原来连续变化的幅度值,把模拟信号的连续幅度变为有限数量的有一定间隔的离散值。
编码则是按照一定的规律,把量化后的值用二进制数字表示,然后转换成二值或多值的数字信号流。这样得到的数字信号可以通过电缆、微波干线等数字线路传输。
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模数转换器的种类很多,按工作原理的不同,可分成间接ADC和直接ADC。
间接ADC是先将输入模拟电压转换成时间或频率,然后再把这些中间量转换成数字量,常用的有中间量是时间的双积分型ADC。单片机(以及其他处理器)只能处理数字信号,当单片机想要获取电路上某一点的电压值时,就得用到AD转换了,如果你直接把单片机的引脚接到电路这个点上,单片机只知道这个点的电压是低电平还是高电平,又怎么能得到他的电压值呢。并联比较型ADC:由于并联比较型ADC采用各量级同时并行比较,各位输出码也是同时并行产生,所以转换速度快是它的突出优点,同时转换速度与输出码位的多少无关。
并联比较型ADC的缺点是成本高、功耗大。因为n位输出的ADC,需要2n个电阻,(2n-1)个比较器和D触发器,以及复杂的编码网络,其元件数量随位数的增加,以几何级数上升。所以这种ADC适用于要求高速、低分辩率的场合。
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