机 电 一 体 化 技 术 基 础 及 应 用
（二）A/D转换芯片（ADC0804）
8位CMOS逐次逼近型ADC；
三态锁定输出；
分辨率：8位；
机
电
转换精度：±1LSB；
一
体
输入电压：0～5V；
化
技
转换时间：100us；
术
基
础
增加外接电路后，输入模拟电压可为 5V；
及
应
芯片的输出总线可直接连接在CPU的数据总线上，无
离散电平之间的差值越小，量化误差越小。
3、A/D转换器的主要技术指标
（1）分辨率
A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数
越多，误差越小，转换精度越高。
例如：输入模拟电压的变换范围为0～5V，输出8位二进制数可以分
辨的最小模拟电压为 5V 28； 20mV
机 电
输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为： 5V 212 1.22mV 一
电 一
来。经编码后得到的代码就是A/D转换器输出的数字量。
体
化
量化过程中所取最小数量单位称为量化单位，用D表示。
技 术
它是数字信号最低位为1时所对应的模拟量，即1LSB。
基
础
在量化过程中，由于取样电压不一定能被D整除，所以
及 应
量化前后不可避免的存在误差，此误差称之为量化误差，用 用
e表示。
量化误差属原理误差，它是无法消除的。A/D转换器的位数越多，各
技 术
强，电路简单，但其工作速度较低。
基 础
逐次逼近型ADC：分辨率较高、误差较低、转换速度较快，及应
在一定程度上兼顾了前两者转换器的优点，因此得到普遍的应 用
用。
逐次逼近型ADC的工作原理
机
电
转换开始前，先将所有寄存器清零。
一
体
开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置1，使输出数字 化
为100…0。这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压uo,送到比较 技
用
根据转换方式的不同，ADC可分为三类：并联比较型 ADC，逐次逼近型ADC和双积分型ADC。 不同的A/D转换方 式具有各自的特点：
并联比较型ADC：转换速度快，但其需要使用的比较器和
机 电
触发器很多。随着分辨率的提高，所需要的元件数目也按几何 一
级数增加。
体 化
双积分型ADC：性能较稳定，转换精度高，抗干扰能力较
输出信号所经过的这段时间。
4、常用A/D转换芯片的特性
（1）ADC的外特性
从使用的角度看，ADC的外特性包括以下4部分：
机
电
1）模拟信号输入端；
一
体
2）数字量的并行输出端；
化 技
术
3）起动转换的外部控制信号；
基
础
4）转换完毕由转换器发出的转换结束信号。
及 应
用
（2）A/D转换电路的输出方法：
1）若ADC的数据输出寄存器具有可控的三态门。
电路的带负载能力。一般还要础
求电路中
及
应
用
取样保持电路已有很多种型号的单片集成 电路产品。如双极型工艺的有AD585、AD684； 混合工艺的有AD1154、SHC76等。
2、量化与编码
量化为数值量化的简称，就是将取样—保持电路的输出
电压，按某种近似方式规划到与之相应的离散电平上的转化
过程。
机
量化后的数值最后还须通过编码过程用一个代码表示出
第二节 数---模转换集成芯片
模—数转换
■ 定义：模拟信号到数字信号的转换，称为模—数转换，
或称为A/D（Analog to Digital）转换。
机
电
■把实现A/D转换的电路称为A/D转换器（Analog Digital 一
Converter，简称ADC）。
体 化
数—模转换
技 术
■ 定义：数字信号到模拟信号的转换，称为数—模转换，
基 础
或称为D/A（ Digital to Analog ）转换。
及 应
■把实现D/A转换的电路称为D/A转换器（ Digital Analog 用
Converter，简称DAC）。
模拟信号
机
电
一
体
数字信号
化
技
术
基
础
及
应
用
非电量
模 拟 模拟电量 传 感
A/D 转
数字量
换
器
器 数
机 电
被
字
一
控
处
体
ADC的输出线允许与微型机系统的数据总线相连，并
机 电
在转换结束后利用读信号RD控制三态门，将数据送上总线。
一 体
化
2）若ADC的数据输出寄存器不具备可控的三态门电路， 技
术
而是直接与芯片管脚相连。
基
础
ADC芯片的数据输出线不允许与系统的数据总线直接
及 应
相连，而必须通过I/O通道与CPU交换信息。
化
技
在实际电路中，这些过程有的是合并进行的，例如，取
术 基
样和保持，量化和编码往往都是在转换过程中同时实现。
础 及
应
用
机 电 一 体 化 技 术 基 础 及 应 用
1、采样保持电路
电路由输入放大器A1、输
出放大器A2、保持电容CH和 开关驱动电路组成。
电路图中要求A1具有很高机 的输入阻抗，以减小对输入信电 号 荷源 不为的 易使影 泄保响放持。，阶A段2C也H应上具所有存较电一体化技 高输入阻抗，A2还应具有较术 低的输出阻抗，这样可以提高基
用
需附加逻辑接口电路。
机 电 一 体 化 技 术 基 础 及 应 用
2. ADC0801
机 电 一 体 化 技 术 基 础 及 应 用
机 电 一 体 化 技 术 基 础 及 应 用
机 电 一 体 化 技 术 基 础 及 应 用
机 电 一 体 化 技 术 基 础 及 应 用
（2）相对精度
体
在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。
化
相对精度是指：实际任一数字量所对应的模拟输入量实际值与理论值之间的 基
差值。
础
（3）转换时间和转换率
及 应
转换时间：完成一次转换所需的时间。
用
即从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字
器中与ui进行比较。
术
基
若ui≥uo,说明数字过大，故将最高位的1清除；
础
若ui<uo,说明数字还不够大，应将该位保留；然后再按相同的方
式将次高位置1，并且经过比较后确定这个1是否应该保留。
及 应 用
这样逐位比较下去，一直到最低位为止。
比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。
机 电 一 体 化 技 术 基 础 及 应 用
对 象
理 系 统
化 技 术
执
D/A
基
行
转
础
控制操作
元 件
模拟电量
换 数字量 器
及 应
用
典型数字控制系统框图
一、A/D转换器
（一）A/D转换器的基本原理
1、A/D转换器的基本原理
为了将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、
机 电
幅值也离散的数字信号，A/D转换一般要经过取样、保持、
一 体
量化及编码4个过程。