A/D轉(zhuǎn)換器的分類及簡(jiǎn)介
發(fā)布時(shí)間:2011/10/9 9:16:09 訪問次數(shù):19310
A/D轉(zhuǎn)換器的類型很多,目前應(yīng)用廣泛的有三種類型:逐次逼近型、雙積分型和V/F型。A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口方式有串口和并口兩種。 HY5DU121622DTP-D43
(1)逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器
圖5.15所示為逐次逼近型AfD轉(zhuǎn)換器原理圖,它由D/A轉(zhuǎn)換器、比較器、輸出鎖存器、移位寄存器和邏輯控制器組成。其工作原理是:首先,將輸出鎖存器的最高位置1,然后將D/A轉(zhuǎn)換器的輸出屯壓信號(hào)Ui和輸入電壓信號(hào)K。進(jìn)行比較。若Ui<Kin,則輸出鎖存器的最高位保持1;反之,則鎖存器的最高位設(shè)置為0,確定并保持最高位狀態(tài)。其次,把次高位置1,依上面的方法確定其狀態(tài)。從高位到低位逐次Vin位比較(N為A/D位數(shù)),使Ui逼近輸入信號(hào)Vin,直到輸出鎖存器的最后一位。這時(shí),D/A轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)據(jù)即為模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù),控制器控制輸出寄存器將其輸出。
逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度比較快,價(jià)格適中,精度較高,因此在單片機(jī)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。
(2)雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器
雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖如圖5.16所示,它由電子開關(guān)、積分器、比較器、邏輯控制器和計(jì)算器等部件構(gòu)成。所謂雙積分,是指進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換需要進(jìn)行兩次積分。
雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理是:模擬電壓信號(hào)Vi加到積分器進(jìn)行固定時(shí)間(死)的積分,接著切換電子開關(guān),將與Vi。極性相反的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)Vr加到積分器上,積分電路從剛才積分的終值開始反向積分,由于Vr恒定,所以積分輸出將以恒定的速度下降,直到積分器輸出為零,此時(shí)發(fā)出“數(shù)據(jù)有效”狀態(tài),將數(shù)據(jù)輸出。反向積分時(shí)間Ti與Vi。時(shí)間定值積分的終值成比例關(guān)系,A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果數(shù)據(jù)通過測(cè)量反向積分的時(shí)間乃計(jì)算出輸入電壓值。雙積分轉(zhuǎn)換過程通過對(duì)輸入信號(hào)的不斷積分能對(duì)噪聲或變化的輸入信號(hào)進(jìn)行平滑,因此雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有精度高,抗干擾性強(qiáng),價(jià)格便宜等特點(diǎn),只是轉(zhuǎn)換速度較慢(每秒10次左右),是一種中速的A/D轉(zhuǎn)換器。典型的器件有MC14433(三位半)和ICL7135(四位半)等。
(3) V/F型A/D轉(zhuǎn)換器
V/F型AfD轉(zhuǎn)換器把輸入模擬信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)送入單片機(jī),可以簡(jiǎn)單地將其理解為一個(gè)壓控振蕩器。使用V/F型轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換具有良好的精度、線性和積分輸入特性,常能實(shí)現(xiàn)其他類型轉(zhuǎn)換器無法實(shí)現(xiàn)的功能。
在前向通道中,采用V[F型轉(zhuǎn)換器代瞽普通的A/D轉(zhuǎn)換器,可以大大簡(jiǎn)化前向通道。采用V/F型轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)連接具有以下優(yōu)點(diǎn)。
①接口簡(jiǎn)單。占用計(jì)算機(jī)資源少,對(duì)于一路模擬信號(hào)只占用一個(gè)輸入I/O口。
②頻率輸入信號(hào)靈活?梢暂斎雴纹瑱C(jī)I/O口線,也可作為中斷源輸入、計(jì)數(shù)輸入等。
③抗干擾能力強(qiáng)。頻率測(cè)量本身是個(gè)計(jì)數(shù)過程。V/F轉(zhuǎn)換過程是對(duì)輸入信號(hào)的不斷計(jì)數(shù),因而能對(duì)噪聲或變化的輸入信號(hào)進(jìn)行平滑。另外,V/F轉(zhuǎn)換與計(jì)算機(jī)的接口很容易采用光電隔離。
便于遠(yuǎn)距離傳輸。V/F型A/D轉(zhuǎn)換器還可以調(diào)制在射頻信號(hào)上進(jìn)行無線傳播,實(shí)現(xiàn)遙控,也可以調(diào)制成光脈沖,可用光纖傳送,不受電磁干擾。
基于以上這些優(yōu)點(diǎn),在一些非快速過程的前向通道中,通常使用lUF轉(zhuǎn)換器代替通常的A/D轉(zhuǎn)換器,常用的器件有LM331等,但V/F型A/D轉(zhuǎn)換器也有轉(zhuǎn)換速度慢,數(shù)據(jù)定標(biāo)麻煩等特點(diǎn)。
A/D轉(zhuǎn)換器的類型很多,目前應(yīng)用廣泛的有三種類型:逐次逼近型、雙積分型和V/F型。A/D轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口方式有串口和并口兩種。 HY5DU121622DTP-D43
(1)逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器
圖5.15所示為逐次逼近型AfD轉(zhuǎn)換器原理圖,它由D/A轉(zhuǎn)換器、比較器、輸出鎖存器、移位寄存器和邏輯控制器組成。其工作原理是:首先,將輸出鎖存器的最高位置1,然后將D/A轉(zhuǎn)換器的輸出屯壓信號(hào)Ui和輸入電壓信號(hào)K。進(jìn)行比較。若Ui<Kin,則輸出鎖存器的最高位保持1;反之,則鎖存器的最高位設(shè)置為0,確定并保持最高位狀態(tài)。其次,把次高位置1,依上面的方法確定其狀態(tài)。從高位到低位逐次Vin位比較(N為A/D位數(shù)),使Ui逼近輸入信號(hào)Vin,直到輸出鎖存器的最后一位。這時(shí),D/A轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)據(jù)即為模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù),控制器控制輸出寄存器將其輸出。
逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度比較快,價(jià)格適中,精度較高,因此在單片機(jī)系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。
(2)雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器
雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖如圖5.16所示,它由電子開關(guān)、積分器、比較器、邏輯控制器和計(jì)算器等部件構(gòu)成。所謂雙積分,是指進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換需要進(jìn)行兩次積分。
雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理是:模擬電壓信號(hào)Vi加到積分器進(jìn)行固定時(shí)間(死)的積分,接著切換電子開關(guān),將與Vi。極性相反的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)Vr加到積分器上,積分電路從剛才積分的終值開始反向積分,由于Vr恒定,所以積分輸出將以恒定的速度下降,直到積分器輸出為零,此時(shí)發(fā)出“數(shù)據(jù)有效”狀態(tài),將數(shù)據(jù)輸出。反向積分時(shí)間Ti與Vi。時(shí)間定值積分的終值成比例關(guān)系,A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果數(shù)據(jù)通過測(cè)量反向積分的時(shí)間乃計(jì)算出輸入電壓值。雙積分轉(zhuǎn)換過程通過對(duì)輸入信號(hào)的不斷積分能對(duì)噪聲或變化的輸入信號(hào)進(jìn)行平滑,因此雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有精度高,抗干擾性強(qiáng),價(jià)格便宜等特點(diǎn),只是轉(zhuǎn)換速度較慢(每秒10次左右),是一種中速的A/D轉(zhuǎn)換器。典型的器件有MC14433(三位半)和ICL7135(四位半)等。
(3) V/F型A/D轉(zhuǎn)換器
V/F型AfD轉(zhuǎn)換器把輸入模擬信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)送入單片機(jī),可以簡(jiǎn)單地將其理解為一個(gè)壓控振蕩器。使用V/F型轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換具有良好的精度、線性和積分輸入特性,常能實(shí)現(xiàn)其他類型轉(zhuǎn)換器無法實(shí)現(xiàn)的功能。
在前向通道中,采用V[F型轉(zhuǎn)換器代瞽普通的A/D轉(zhuǎn)換器,可以大大簡(jiǎn)化前向通道。采用V/F型轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)連接具有以下優(yōu)點(diǎn)。
①接口簡(jiǎn)單。占用計(jì)算機(jī)資源少,對(duì)于一路模擬信號(hào)只占用一個(gè)輸入I/O口。
②頻率輸入信號(hào)靈活?梢暂斎雴纹瑱C(jī)I/O口線,也可作為中斷源輸入、計(jì)數(shù)輸入等。
③抗干擾能力強(qiáng)。頻率測(cè)量本身是個(gè)計(jì)數(shù)過程。V/F轉(zhuǎn)換過程是對(duì)輸入信號(hào)的不斷計(jì)數(shù),因而能對(duì)噪聲或變化的輸入信號(hào)進(jìn)行平滑。另外,V/F轉(zhuǎn)換與計(jì)算機(jī)的接口很容易采用光電隔離。
便于遠(yuǎn)距離傳輸。V/F型A/D轉(zhuǎn)換器還可以調(diào)制在射頻信號(hào)上進(jìn)行無線傳播,實(shí)現(xiàn)遙控,也可以調(diào)制成光脈沖,可用光纖傳送,不受電磁干擾。
基于以上這些優(yōu)點(diǎn),在一些非快速過程的前向通道中,通常使用lUF轉(zhuǎn)換器代替通常的A/D轉(zhuǎn)換器,常用的器件有LM331等,但V/F型A/D轉(zhuǎn)換器也有轉(zhuǎn)換速度慢,數(shù)據(jù)定標(biāo)麻煩等特點(diǎn)。
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