AT89C51单片机AD模数转换显示系统设计+电路图(3)

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模—数转换的过程有四个阶段，分别为采样、保持、量化和编码[2]。

采样是将连续时间信号变成离散时间信号。将时间连续、数值连续的模拟信号转换成时间离散、数值连续的采样信号，即为采样。采样电路如同一个模拟开关,模拟开关周期性地工作。理论上，每个周期内，模拟开关的闭合时间趋近于0。在模拟开关闭合的时刻（采样时刻），我们就“采”到模拟信号的一个“样本”。

由于采样时间非常短，采样输出是一串断续的窄脉冲。要把每个取样的窄脉冲信号数字化，是需要一定的时间。因此在两次采样之间，应将采样的模拟信号暂时储存到下个取样脉冲到来，这个动作称之为保持。在模拟电路设计上，因此需要增加一个采样-保持电路。为了保证有正确转换，模拟电路要保留着还未转换的数据。一个采样-保持电路可保证模拟电路中取样时，采样时间的稳定并储存，通常使用电容组件来储存电荷。根据数字信号处理的基本原理， Nyquist采样定理，若要能正确地呈现所采得的模拟信号，取样频率至少高于最大频率的2倍。

量化是将连续数值信号变成离散数值信号的过程。理论上，经过量化，我们就可以将时间离散、数值连续的采样信号变成时间离散、数值离散的数字信号。

在电路中，数字量通常用二进制代码表示。因此，需要在量化电路的后面加一个编码电路，将数字信号的数值转换成二进制代码。

然而，量化和编码同样需要一定时间才能完成，所以，量化电路的前面也要有一个保持电路。保持过程中，时间离散、数值连续的信号被转换成时间连续、数值离散信号。在量化和编码期间，保持电路等同于一个恒压源，它将采样时刻的信号电压“保持”在量化器的输入端。逻辑上，保持器是一个独立的单元，但在工程上，保持器通常与采样器集成在一起，合称采样保持器[1,2]。

1. 4 几种常用的模拟数字转换技术

1.4.1 积分型（ICL7135）

积分型A/D转换器又称为双斜率或多斜率A/D转换器，它的基本原理是通过两次积分将输入的模拟电压转换成预期平均值成正比的时间（脉冲宽度信号）或频率（脉冲频率），然后由定时器/计数器对时钟/频率脉冲计数，从而获得数字。其优点是电路简单却能获得高分辨率,但缺点是由于转换精度依赖于积分时间,因此转换速率极低。初期的单片ADC大多采用积分型,现在逐次比较型已逐步成为主流。双积分是一种常用的AD 转换技术,由积分器、过零比较器、时钟脉冲控制门和计数器等几部分组成，精度高，抗干扰能力强。但高精度的双积分AD芯片,价格较贵,增加了单片机系统的成本。

1.4.2 逐次比较型（TLC0831）

逐次逼近型AD由比较器和DA转换器、寄存器、时钟发生器和控制逻辑电路构成。从MSB开始,顺序地将每一位输入电压与内置DA转换器输出进行比较,经n次比较而输出数字值。其电路规模属于虽然只是中等但其速度较高、功耗低,在低分辨率( < 12位)时价格很便宜,但高精度( > 12位)时价格就会很高。

1.4.3 并行比较型/串并行比较型（TLC5540）

并行比较型AD转换器是现今速度最快的A/D转换器，采样速率在十亿次采样/秒以上。采用多个比较器,仅作一次比较而实行转换,又称FLash型。由于转换速率极高, n位的转换需要2n - 1个比较器,因此电路规模也极大,价格也高,只适用于视频AD 转换器等速度要求特别高的领域。串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间,最典型的是由2个n /2位的并行型AD转换器加上DA转换器组成,用两次比较完成转换,所以被称为Halfflash型。