微机原理中的A/D转换原理

模拟量通过A/D转换器转化为二进制码或BCD码表示的十进制数字量，转换器输出的二进制码或BCD码数字量与输入模拟量成比例。实现A/D转换的基本方法有十几种，常用的有计数法、逐次逼近法、双斜积分法和并行转换法。由于逐次逼近型A/D转换具有转换速度快、转换精度较高等优点，而且采用这种方法的ADC芯片成本较低，因此在计算机数据采集系统中获得了广泛的应用。为此，本节仅介绍逐次逼近型A/D转换器的原理和它们的使用。

逐次逼近型A/D转换器的转换原理是把输入电压V_i和一组从参考电压分层得到的量化电压进行比较，比较从最大的量化电压开始，由粗到细逐次进行，由每次比较的结果来确定相应的位是1还是0，不断地比较，不断地逼近，直到两者的差别小于允许的误差范围时即完成了一次转换。

图9-12是逐次逼近型A/D转换器结构框图，一般由电压比较器、D/A转换器、去码/留码控制逻辑、移位寄存器和输出锁存器等组成。它的工作过程是：当出现启动脉冲时，移位寄存器和输出锁存器全部清零，故D/A转换器输出也为零。当第一个时钟脉冲到达时，移位寄存器最高位被置1，这时D/A转换器输入为10000000，转换输出电压E_o为其满刻度的一半，它与输入电压进行比较，若V_i>E_o，则输出锁存器高位将1锁存（若V_i<E_o，则不锁存）；移位寄存器右移1位，此时D/A转换器输入为11000000，它所转换的电压E_o再与输入电压V_i进行比较，若V_i>E_o，则输出锁存器将该位1锁存（否则不锁存）；这时移位寄存器又右移1位。上述过程重复进行，直到移位寄存器右移溢出为止，这时右移脉冲就作为A/D转换结束信号EOC，锁存器锁存的结果就是A/D转换的结果。

图9-12 逐次逼近式A/D转换器结构框图

假设该A/D转换器所用D/A转换满量程为1.0V，满量程为1.0V时，A/D转换器输出为111。设输入电压为0.63V，则转换情况如下：

①当启动脉冲被接收后，在第一个时钟脉冲时间，移位寄存器最高位置1，其编码为100，D/A转换器将它转换成0.5V输出电压Eo，送到比较器N的“-”输入端，与Vi进行比较，因Vi>Eo，即0.63V>0.5V，去码/留码控制逻辑保留最高位的1，并送至输出锁存器锁存。(www.xing528.com)

②在第二个脉冲时间，移位寄存器右移，次高位变成1，由于上次比较后最高位保留了1，因此送到D/A转换器的代码为110，输出电压E_o=0.75V，比较结果因V_i<E_o，所以该位1不保留，即不锁存，而被置成0，故输出锁存器仍为100。

③在第三个脉冲时间，寄存器移位成最低位为1，送到D/A转换器的代码为101，输出电压E_o=0.625V，此时，V_i>E_o，故该位被保留，输出锁存器成为101。

④在第四个脉冲时间，移位寄存器右移溢出，输出的数据就是转换结果，此时控制逻辑产生EOC转换结束信号，至此转换完成。

整个比较过程见表9-1。

表9-13 位逐次逼近型A/D转换过程（V_R=1.0V，Vi=0.63V）