逐次逼近式A/D转换器属于直接型A/D转换器,它能把输入的模拟电压直接转换为输出的数字代码,而不需要经过中间变量,主要由比较器、环形分配器、控制门、寄存器和D/A转换器构成。
常用的A/D芯片有ADC0808、ADC0832、TLC2543C等几种。下面简单介绍一下这三种芯片。
ADC0832是一个8位D/A转换器芯片,单电源供电。CMOS工艺,低功耗。它由一个8位输入寄存器、一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器组成。可支持单端输入通道和一个差分输入通道。它易于和微处理器接口或独立使用;可满量程工作;可用地址逻辑多路器选择各输入通道。
TLC2543是TI公司的12位串行模数转换器,使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。每个器件有三个控制输入端,片选,输入/输出时钟以及地址输入端。它可以从主机高速传输转换数据。它有高速的转换,通用的控制能力,具有简化比率转换,刻度以及模拟电路与逻辑电路和电源噪声隔离,耐高温等特点。由于是串行输入结构,能够节省51系列单片机I/O资源;且分辨率较高,因此在仪器仪表中有较为广泛的使用。
ADC0808是采样分辨率为8位的、以逐次逼近原理进行模/数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关,它可以根据地址码锁存译码后的信号,只选通8路模拟输入信号中的一路进行A/D转换。ADC0808是ADC0809的简化版本,功能基本相同。一般在硬件仿真时采用ADC0808进行A/D仿真,实际使用时采用ADC0809进行A/D转换。
3.2.1 ADC0808简介图3.4 ADC0808引脚图
IN0~IN7:8路模拟量输入。A、B、C:3位地址输入,2个地址输入端的不同组合选择8路模拟量输入。
ALE:地址锁存启动信号。在ALE的上升沿,将A、B、C上的通道地址锁存到内部的地址锁存器。
D0~D7:8位数据输入端。A/D转换结果由这8根线传输给单片机。
OE:允许输入信号。当OE=1时,即为高电平,允许输出锁存器输出数据。
START:启动信号输入端。START为正脉冲,其上升沿清除ADC0808的内部的各存储器,其下降沿启动A/D开始转换。
EOC:转换完成信号。当EOC上升为高电平时,表明内部A/D转换已经完成。
3.2.2 A/D转换电路设计
集成模数转换芯片ADC0808实现的A/D转换电路如图3.5所示。被测信号由ADC0808模拟输入端输入,完成A/D转换后送入单片机,经相应处理后送出显示。
图3.5 A/D转换电路
3.2.3 衰减、放大、控制部分电路
在被测信号变化区域较大的情况下,经转换后的模拟小信号变化也较大。若采用单一放大倍数的放大器,时常会影响到小信号得不到有效放大或信号衰减倍数过大的情况。为了解决这个问题,工程上根据不同值域的信号具体情况,采用相对合理的放大倍数,使被转换量落入A/D转换的线性区域。
输入电压变换电路由74HC4066、运放等组成,如图3.6所示。用于将输入信号幅值合理变换后送入ADC0808。图中的变换比为10、1/2,当然,可根据实际需要将档位分的更细,相应的电压测量范围也增大了。图中,当输入电压信号过小时,将通过74HC4066和运放组成的放大电路将信号放大10倍输入ADC0808;当输入信号过大时,将通过下面的分压电路,将信号衰减1/2后输入ADC0808进行A/D转换。
图3.6 输入信号变换电路
74HC4066是一款高速CMOS器件,74HC4066引脚兼容HEF4066B。它包含4个独立的模拟开关。每个开关包含2个输入/输出引脚(nY或nZ)和1个高有效使能输入引脚(nE)。当引脚nE为低时,其对应的开关将被关断。74HC4066引脚兼容74HC4016,但具备更低的导通阻抗。此外,导通阻抗在整个输入信号范围内保持恒定。其引脚图和逻辑符号如图3.7和图3.8所示,功能如表3.2:
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