AD转换模块简介
- AD转换模块简介
- 直接型ad转换速度
- 简述ad,da转换器的基本定义和基本原理
- 双积分式A/D转换器的工作原理是什么
- A/D转换的工作原理是什么
一、A/D转换的过程：
模拟信号依次通过取样、保持和量化、编码几个过程后转换为数字格式。
二、工作原理：
当开关S闭合时，电路处于取样阶段，电容器充电，由于 AV1 * AV2 = 1，所以输出等于输入；当开关S断开时，由于A2输入阻抗较大而且开关理想，可认为CH没有放电回路，输出电压保持不变。
取样-保持电路 取样-保持以均匀间隔对模拟信号进行抽样，并且在每个抽样运算后在足够的时间内保持抽样值恒定，以保证输出值可以被 A/D 转换器精确转换。
三、转换时间：
A/D转换器按其工作原理可以分为并联比较型（转换速度快ns级）、逐次逼近型（转换速度适中us级）、双积分型（速度慢抗干扰能力强）。?
四、不同类型的转化：
A/D转换器转换时间不尽相同，S12的ATD模块中，8位数字量转换时间仅有6us，10位数字量转换时间仅有7us。
五、A/D转化模块特点：
1、8/10 位精度。
2、7 us, 10-位单次转换时间.。
3、采样缓冲放大器。
4、模拟/数字输入引脚复用。
5、1 到 8 转换序列长度。
6、连续转换模式。
7、多通道扫描方式。
直接型ad转换速度
A/D转换器的转换速度
AlD转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型，不同类型A/D转换器的转换速度相差甚为悬珠。
并联比较型A/D转换器的转换速度最快。例如，8位二进制输出的单片集成A/D转换器转换时间可以缩短至50ns以内。
逐次渐近型A/D转换器的转换速度次之。多数产品的转换时间都在lO～100μs之间。
个别速度较快的8位A/D转换器转换时间可以不超过lμs。
相比之下间接A/D转换器的转换速度要低得多了。目前使用的双积分型A/D转换器转换时间多在数十毫秒至数百毫秒之间。
此外，在组成高速A/D转换器时还应将取样保持电路的获取时间（即取样信号稳定地建立起来所需要的时间）计入转换时间之内。一般单片集成取样一保持电路的获取时间在几微秒的数量级，和所选定的保持电容的电容量大小很有关系。
在单片机应用系统中，需要对一些模拟信号（如电流、电流、温度、压力等）进行检测，将模拟信号转换为数字信号，称为A/D转换。
单片机应用系统也需要模拟量输出，去控制系统中的执行机构，构成控制系统。将计算机中的数字信号转换为模拟信号，称为D/A 转换。
A/D转换器把模拟量→数字量，以便于单片机进行数据处理。 A/D转换器的种类很多，主要有：计数式、逐次逼近式和双积分式等转换器。
双积分式ADC：主要优点是转换精度高，抗干扰性能好，价格便宜。缺点是转换速度较慢，这种转换器主要用于速度要求不高的场合。
逐次逼近式ADC：是速度较快，精度较高的转换器，转换时间约在几μs到几百μs之间。
逐次比较型A/D转换器，在精度、速度和价格上都适中，是最常用的A/D转换器。
A/D转换器按照输出数字量分为4位、8位、10位、12位、14位、16位输出。除并行输出A/D转换器外，还有SPI和I2C等串行接口的A/D转换器。
SPI接口：TI的TLC549（8位）、TLC1549（10位）和TLC2543（12位）等。 I2C接口：ADI的AD9484（8位）、AD7291（12位） ，以及 PCF8591，等。
现在部分的单片机片内集成了A/D转换器，在片内A/D转换器不能满足需要，还是需外扩展。
双积分型 AD 转换器属于间接型 AD 转换器，它是把待转换的输入模拟电压先转换为一个中间变量，例如时间 T ；然后再对中间变量量化编码，得出转换结果，这种 AD 转换器多称为电压 - 时间变换型（简称 VT 型）。图 7.11 给出的是 VT 型双积分式 AD 转换器的原理图。
转换开始前，先将计数器清零，并接通 S 0 使电容 C 完全放电。转换开始，断开 S 0 。整个转换过程分两阶段进行。
第一阶段，令开关 S 1 置于输入信号 U i 一侧。积分器对 U i 进行固定时间 T 1 的积分。积分结束时积分器的输出电压为：
可见积分器的输出 U O1 与 U I 成正比。这一过程称为转换电路对输入模拟电压的采样过程。在采样开始时，逻辑控制电路将计数门打开，计数器计数。当计数器达到满量程 N 时，计数器由全“1”复“0”，这个时间正好等于固定的积分时间 T 1 。计数器复“ 0 ”时，同时给出一个溢出脉冲（即进位脉冲）使控制逻辑电路发出信号，令开关 S 1 转换至参考电压 - V REF 一侧，采样阶段结束。
第二阶段称为定速率积分过程，将 U O1 转换为成比例的时间间隔。采样阶段结束时，一方面因参考电压 - V REF 的极性与 U I 相反，积分器向相反方向积分。计数器由 0 开始计数，经过 T 2 时间，积分器输出电压回升为零，过零比较器输出低电平，关闭计数门，计数器停止计数，同时通过逻辑控制电路使开关 S 1 与 u I 相接，重复第一步。如图 7.12 所示。因此得到：
即
式 (7.5) 表明，反向积分时间 T 2 与输入模拟电压成正比。
在 T 2 期间计数门 G 2 打开，标准频率为 f CP 的时钟通过 G 2 ，计数器对 U G 计数，计数结果为 D ，由于
则计数的脉冲数为
计数器中的数值就是 AD转换器转换后数字量，至此即完成了 VT 转换。若输入电压 ，则，它们之间也都满足固定的比例关系，如图 7.12 所示。
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。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。
A/D转换器的工作原理，主要介绍以下三种方法：
1、逐次逼近法：
逐次逼近式A/D是比较常见的一种A/D转换电路，转换的时间为微秒级。
采用逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成，如图所示。
基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。逐次逼近法转换过程是：初始化时将逐次逼近寄存器各位清零。
转换开始时，先将逐次逼近寄存器最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为 Vo，与送入比较器的待转换的模拟量Vi进行比较，若Vo《Vi，该位1被保留，否则被清除。
然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，输出的 Vo再与Vi比较，若Vo《Vi，该位1被保留，否则被清除。
重复此过程，直至逼近寄存器最低位。转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出。逐次逼近的操作过程是在一个控制电路的控制下进行的。
2、双积分法：
采用双积分法的A/D转换器由电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成。
基本原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量，属于间接转换。?
双积分法A/D转换的过程是：先将开关接通待转换的模拟量Vi，Vi采样输入到积分器，积分器从零开始进行固定时间T的正向积分，时间T到后，开关再接通与Vi极性相反的基准电压VREF，将VREF输入到积分器，进行反向积分，直到输出为0V时停止积分。
Vi越大，积分器输出电压越大，反向积分时间也越长。计数器在反向积分时间内所计的数 值，就是输入模拟电压Vi所对应的数字量，实现了A/D转换。 双积分式AD转换原理图
3、电压频率转换法：
它的工作原理是V/F转换电路把输入的模拟电压转换成与模拟电压成正比的脉冲信号。电压频率转换法
电压频率转换法的工作过程是：当模拟电压Vi加到V/F的输入端，便产生频率F与Vi成正比的脉冲，在一定的时间内对该脉冲信号计数，时间到，统计到计数器的计数值正比于输入电压Vi，从而完成A/D转换。
扩展资料：
DA转换器的内部电路构成无太大差异，一般按输出是电流还是电压、能否作乘法运算等进行分类。大多数DA转换器由电阻阵列和n个电流开关(或电压开关)构成。
按数字输入值切换开关，产生比例于输入的电流(或电压)。此外，也有为了改善精度而把恒流源放入器件内部的。
一般说来，由于电流开关的切换误差小，大多采用电流开关型电路，电流开关型电路如果直接输出生成的电流，则为电流输出型DA转换器。
参考资料来源：百度百科-AD转换
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