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1、1,第十一章 類比/數位轉換器,Analog To Digital Converter (ADC),2,內容大綱,類比/數位轉換原理 類比/數位轉換之種類 回饋型ADC 、雙斜率型ADC、並聯型ADC 、電壓轉頻率型ADC ADC使用之注意事項 類比/數位轉換器ADC0804輸出碼 類比/數位轉換器ADC0804功能 感測整合實驗(ADC實驗),3,內容大綱(我們在哪裡?),類比/數位轉換原理 類比/數位轉換之種類 回饋型ADC 、雙斜率型ADC、並聯型ADC 、電壓轉頻率 型ADC ADC使用之注意事項 類比/數位轉換器ADC0804輸出碼 類比/數位轉換器ADC0804功能 感測整合實驗(
2、ADC實驗),4,類比/數位轉換原理,取樣與保持：將原始類比資料逐一擷取，取樣頻率越高則訊號越不易失真，亦即解析度越高。 量化：量化的目的則是將取樣所獲得的資料以0與1的組合給予編碼，編碼的位元數越高則解析度越高，轉換信號越接近實際之類比信號。,類比數位轉換過程,5,內容大綱(我們在哪裡?),類比/數位轉換原理 類比/數位轉換之種類 回饋型ADC 、雙斜率型ADC、並聯型ADC 、電壓轉頻率 型ADC ADC使用之注意事項 類比/數位轉換器ADC0804輸出碼 類比/數位轉換器ADC0804功能 感測整合實驗(ADC實驗),6,類比/數位轉換之種類,回饋型ADC 將取樣後的訊號VI以差動比較器
3、產生正負變化的訊號。 以計數器將此正負變化的訊號記錄並輸出。 輸出的數位訊號，利用DAC轉換成類比訊號，與下一筆類比訊 號作比較。 當ADC的輸出電壓V0與類比輸入電壓VI相同時，則計數器停止 計數。,7,類比/數位轉換之種類,雙斜率型ADC 當時間為0，控制電路將計數器預設為零。 將欲轉換之輸入電壓VI經開關SW1切換選擇輸入至積分器。 若輸入信號為正，則積分器輸出信號為圖11-4所示之負斜率T1。 經比較器輸出一數位信號D0為1，此時脈信號fs輸入至計數器計數。 當計數器計數到某一固定數值時，控制電路立即將積分器輸入切換至參考輸入電壓Vref並將計數器清為0。 當輸入信號為負電壓，積分器會
4、出現圖11-4之正斜坡(T2)，使積分器輸出電壓為負電壓而禁能時脈信號fs輸入至計數器計數，使計數器無法再計數。,8,9,類比/數位轉換之種類,並聯型ADC 並聯型轉換器是所有ADC類型中最簡單的一種。 它利用一個與量測範圍相同大小的參考電壓，並串接一系列的 2N +1個電阻，而待測的輸入電壓值即由比較器與分壓電阻所產生之2N個分壓相比得知。 因為每個位元值為平行處理，並聯型轉換器速度非常快，可達到每秒500萬次取樣，但是這種平行模式方法需大量的比較器 。,10,類比/數位轉換之種類,並聯型ADC,11,類比/數位轉換之種類,電壓轉頻率型ADC 電壓對頻率ADC乃於一固定之時間內，將輸入電壓轉
5、換成一個正比於輸入電壓大小之頻率輸出脈衝。 輸入電壓值的頻率值可依固定時間內計算其脈衝數求得。 由於輸入信號在計數期間能有效的轉換合成，電壓轉頻率ADC具有高雜訊抑制性。 此方法非常適用於雜訊多的遙測應用場合。,12,內容大綱(我們在哪裡?),類比/數位轉換原理 類比/數位轉換之種類 回饋型ADC 、雙斜率型ADC、並聯型ADC 、電壓轉頻率 型ADC ADC使用之注意事項 類比/數位轉換器ADC0804輸出碼 類比/數位轉換器ADC0804功能 感測整合實驗(ADC實驗),13,ADC使用之注意事項,訊號輸入極性,單極性：輸入訊號位準範圍介於0V至參考電壓Vref之間，因此極性只有正電位。
6、雙極性：輸入訊號位準範圍介於- Vref /2至Vref /2之間。,感測訊號輸入接線,單點接：所有訊號源使用相同的參考電壓AGND，因此雜訊干擾的情形相當嚴重。 差動模式：當傳輸距離較遠、訊號較弱、亦或需要抑制雜訊之產生，此類接法可以避免電線雜訊的的影響。,14,ADC使用之注意事項,訊號解析度,若感測器輸出訊號為單極性0V至10V ADC部份的解析度為10 bits 能夠輸入的最大電位差為10V 則最小能解析的訊號為：,15,ADC使用之注意事項,精確度,假設每一個獨立的誤差值為i 誤差值總和為：,線性度,缺失碼,16,內容大綱(我們在哪裡?),類比/數位轉換原理 類比/數位轉換之種類 回
7、饋型ADC 、雙斜率型ADC、並聯型ADC 、電壓轉頻率 型ADC ADC使用之注意事項 類比/數位轉換器ADC0804輸出碼 類比/數位轉換器ADC0804功能 感測整合實驗(ADC實驗),17,類比/數位轉換器ADC0804輸出碼,ADC0804輸出碼種類,單極性二進位碼 單極性BCD碼 偏移二進位碼 1的補數 2的補數,單極性BCD碼,18,類比/數位轉換器ADC0804輸出碼,ADC0804輸出碼種類,單極性二進位碼,19,類比/數位轉換器ADC0804輸出碼,ADC0804輸出碼種類,雙極性二進碼,20,類比/數位轉換原理 類比/數位轉換之種類 回饋型ADC 、雙斜率型ADC、並聯型
8、ADC 、電壓轉頻率 型ADC ADC使用之注意事項 類比/數位轉換器ADC0804輸出碼 類比/數位轉換器ADC0804功能 感測整合實驗(ADC實驗),內容大綱(我們在哪裡?),21,類比/數位轉換器ADC0804功能,解析度為8位元(1/256) 轉換時間為100(=640KHz時) 轉換誤差為1LSB 類比輸入電壓範圍為0+5V 參考電壓為+5V，即Vref =2.5V 工作電壓為+5V，即Vcc=+5V 輸出為三態結構 差動式輸入 內藏式脈波產生器 可與TTL與MOS IC直接匹配,22,類比/數位轉換器ADC0804功能,CS：須與RD與WR配合。低電位時，ADC0804方可進行A
9、/D轉換及數位資料讀取。 WR：當CS及WR同時為0時，ADC0804將被重置，INTR將被定為1；而當CS =0， WR信號為上升緣時，將啟動ADC0804，使其開始進行A/D轉換。 RD：當CS及RD同時為0時，轉換器之資料可透過DB0DB7送出，當CS = 0，RD信號為上升緣時，INTR信號將被設定為1。 INTR：當WR啟動轉換工作時，INTR信號將被設定為1。WR信號上升緣時，而當ADC0804完成轉換工作後，INTR會被設定為0，以通知CPU讀取資料，直到資料讀取時，RD信號上緣時，INTR將被設定為1。我們可將此信號線接至CPU之中斷信號端，以提出中斷請求。,23,應用電路,類
10、比/數位轉換器ADC0804功能,24,內容大綱(我們在哪裡?),類比/數位轉換原理 類比/數位轉換之種類 回饋型ADC 、雙斜率型ADC、並聯型ADC 、電壓轉頻率 型ADC ADC使用之注意事項 類比/數位轉換器ADC0804輸出碼 類比/數位轉換器ADC0804功能 感測整合實驗(ADC實驗),25,實驗設備,感測整合實驗(ADC實驗),硬體設備： AD590溫度感測器一個 UA741和ADC0804電晶體各一個 電阻910一個、2k兩個、 10k三個、200四個 4.電容10F一個、150pF一個 5.電源供應器5V和12V 6.LED三個 7.開關一個 8.8255平行埠擴充卡一張
11、9.第二、三腳位跳線的RS232傳輸線 使用軟體： BCB 5.0 WinDriver,26,感測整合實驗(ADC實驗),27,28,程式畫面與操作方法,感測整合實驗(ADC實驗),先將監控端的程式開啟 並選擇所使用的串列埠 按下開啟串列埠，開始執行程式,29,程式畫面與操作方法,感測整合實驗(ADC實驗),開啟控制端的程式 按下通訊埠開啟，使監控端可以獲得動資訊，也可同時控制硬體設備,30,程式畫面與操作方法,感測整合實驗(ADC實驗),(a)按下感測器致能，溫度感測器AD590經過ADC0804轉換成的數位資料開始傳入電腦，並顯示目前溫度。按下中斷，則停止接收訊號，顯示動作亦停止。 (b)按下一個燈亮、兩個燈亮、三個燈亮，LED會照所給的指令動作，並在螢幕上顯示出亮暗狀況(綠亮，紅暗)。 (c)按下SW的控制，當開關作動時，螢幕上會顯示不同顏色(紅off，綠on)。 (d)按下程式結束，將程式關閉。,31,程式畫面與操作方法,感測整合實驗(ADC實驗),和上述動作相對照，在監控端我們也可以得到相同操作結果和顯示狀態。,