A/D: 基于STC89C52与ADC0804的A/D设计详解

1）A/D转换原理

通过采样，量化和编码这三个步骤来完成, 即首先对输入的模拟电压信号采样，采样结束后进入保持时间，在

这段时间内将采样的电压量转化为数字量，并按一定的编码形式给出转换结果，然后开始下一次采样。

采样需满足采样定理，即采样频率fs要大于输入信号的最高频率分量fimax的频率，一般取fs = (2~3)fimax,

2) A/D转换器的类型

包括两类，直接A/D转换器和间接A/D转换器，

其中直接A/D转换器包括并行比较型A/D转换器和反馈比较型A/D转换器。

间接A/D转换器包括电压-时间变换型（V-T变换型）和电压-频率变换型（V-F变换型）。

a. 并行比较型A/D转换器原理图:

a.1 原理说明

三位并行比较型A/D转换器由电压比较器，寄存器和代码转换器三部分组成。用电阻链把参考电压Vref分压，

得到从1/15Vref~13/15Vref之间的7个比较电平，量化单位为2/15Vref. 然后将要输入的模拟电压同时加到

每个比较器的另一个输入端上，与这7个比较基准进行比较。

a.2 产品介绍

AD公司的AD9012(8位)，AD9002(8位)，AD9020(10位)。

a.3 特点

由于转换是并行的，其转换时间只受比较器，触发器和编码电路延迟时间限制，因此转换速度快；（优点）

随着分辨率的提高，元件数目要按几何级数增加。（缺点）

使用这种含有寄存器的并行A/D转换电路时，可以不用附加采样-保持电路，因为比较器和寄存器这两部分

兼有采样-保持功能。（优点）

b. 反馈比较型A/D转换器

b.1 原理说明

取一个数字量加到D/A转换器上，于是得到一个对应的输出模拟电压，将这个模拟电压和输入的模拟电压

信号比较，如果两者不相等，则调整所取的数字量，直到两个模拟电压相等为止，最后取的这个数字量

就是所求的转换结果。

b.2 实现方案

计数型和逐次比较型

计数型转换器主要由比较器C，D/A转换器，计数器，脉冲源，控制门G以及输出寄存器等几部分组成，其转换

原理是转换开始前先用复位信号将计数器置0，而且转换信号应停留在Vl=0的状态，这时门G被封锁，计数器

不工作。计时器加给D/A转换器的是全0信号，所以D/A转换器输出的模拟电压V0=0，如果Vi为正电压信号，

比较器的输出电压为1. 依同样方法比较完DA的全部位数。由于在转换过程中计数器中的数字不停地变化，

所以不宜将计数器的状态直接作为输出信号，为此在输出端设置了输出寄存器，在每次转换完成以后，用

转换控制信号的下降沿将计数器输出的数字置入输出寄存器中，而以寄存器的状态作为最终的输出信号。

这个方法问题是转换速度慢，转换时间长。适用于转换速度要求不高的场合。

逐次比较型转换器逻辑电路图

C为电压比较器，当Vi>=Vo时，比较器输出为0；反过来输出为1. FFa,FFb,FFc三个触发器组成了三位数码

寄存器，触发器FF1～FF5和门电路G1～G9组成控制逻辑电路。

逐次比较型A/D转换器完成一次转换所需时间与其位数和时钟脉冲频率有关，位数愈少，时钟频率越高，

转换所需时间越短。这种A/D转换器具有转换速度快，精度高的特点。其产品主要有ADC0804/0808/0809系列(8位)，AD575(10位)，AD574A(12位)。

c. 电压-时间变换型（v-t变换型）

其原理是把输入的模拟电压信号转换成与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间宽度里对固定频率的时钟

脉冲计数，计数的结果就是正比于输入模拟电压的数字信号。

d. 电压-频率变换型(v-f变换型)

其原理是把输入的模拟电压信号转换成与之成正比的频率信号，然后在一个固定的时间间隔里对得到的频率

信号计数，所得到的结果就是正比于输入模拟电压的数字量。

3) A/D转换器的参数指标

a. 分辨率

说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。

A/D转换器的分辨率以输出二进制数的位数表示，输出位数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高。

b. 转换误差

表示A/D转换器实际输出的数字量与理论输出数字量之间的差别。

c. 转换精度

A/D转换器的最大量化误差和模拟部分精度的共同体现。

d. 转换时间

A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。

4) ADC0804说明

a. 引脚图

Vin(+),Vin(-) - 两个模拟信号输入端，用以接受单极性，双极性和差模输入信号。

DB7～DB0 - 具有三态特性数字信号输出口。

AGND - 模拟信号地

DGND - 数字信号地

CLK - 时钟信号输入端

CLKR - 内部时钟发生器的外接电阻端，与CLK端配合可有芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/(1.1RC)

/CS - 片选信号输入端，低电平有效，一旦有效，表明A/D转换器被选中，可启动工作。

/WR - 写信号输入，低电平启动A/D转换。

/RD - 读信号输入，低电平输出端有效。

/INTR - A/D转换结束信号，低电平表示