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  • ADC模数转换器(并联比较型

    千次阅读 2018-05-19 15:53:50
    我在课后习题中发现了ADC并联比较型电路的题目,还有电路图,就此引发了思路。题目中的电路是三路的显示,我如果弄清楚了这个原理就可以做6路的显示了~    整体的框架,从左往右看就是输入电压电路、基准电压分压...

        成功不是将来才有的,而是从决定去做的那一刻起,持续累积而成。

        我选的课设题目是模数转换器,题目要求:输入: 05VDC,输出:六位 TTL 电平,转换速率: ≥1kHz,输出可用 LED灯指示。我已经设计出了电路,并且焊好了电路板,还荣幸地给老师和同学们进行了开题报告。接下来就说说我的设计方案吧!
        数电课本的第九章是讲的ADC转换和DAC转换,但是介绍ADC的电路设计的内容很少,只是介绍了一下ADC0809的芯片。我在课后习题中发现了ADC并联比较型电路的题目,还有电路图,就此引发了思路。题目中的电路是三路的显示,我如果弄清楚了这个原理就可以做6路的显示了~

        



        整体的框架,从左往右看就是输入电压电路、基准电压分压电路、比较电路、寄存电路、编码电路、TTL逻辑门电路和LED输出显示电路。
        这里我没有把两片74LS148编码器级联起来,是各自算的。因为题目中是要求输出六路显示就好了,也没说是六位二进制的表示啊。我如果级联了两片74148的芯片的话,我的输出结果就是2^6种了,按照并联比较电路的设计原理,我要在比较电路比较64次,才能在输出电路中有64种状态显示。
        我参照BCD码,四位二进制数可以表示十进制数,我就想用三位二进制数表示八进制数,换算量也刚刚好的~两片74ls148分别表示高三位和低三位,他们相互独立,只受来自编码器输入端0-7的输入信号影响。换算结果显示如图中公式,当然这是高三位和第三位都有输出时的显示结果,如果只有低三位的显示的话,就按照低三位的公式计算就好。
          这样我就可以不用比较64次的电压了。关键是不用那么多的各种芯片了。电路就简单了很多呢~
          这样换算单位显示有三个问题的:
       (1)用的芯片还是太多。比如我就按我上边的电路图来设计的话,我还是要比较16路电压的,就算是用LM339N集成芯片,我也要至少用4个LM339N来做比较的;如果这都不算多的话,那就来看看寄存电路吧,边沿D触发器74LS74芯片,一个芯片最多寄存两路输入输入,也就是我要16路的D触发器的话,就至少需要8个芯片;这些还不算编码电路和逻辑门电路的芯片,当然还要各种的VCC和GND,引脚连接也是个很大的问题。
        (2)计算公式太麻烦。另创了新的数据显示方法,思想上接受起来应该不是问题,但是八进制显然是不如十进制或者二进制来的方便直接的。两个芯片要分别按权相加再一起求和,算然逻辑上是可以算出来的,但是也要根据输出来修改一下这个输出公式的。
        (3)输出显示不直观。虽然是可以做到六位LED的输出了,可以根据灯由下至上亮的多少来判断输入电压的大小,但是输出显示还是要先经过公式计算才能得出来,不能直观的看出分辨值是多少。
         出于更简便地设计电路的思想,我做了一个决定,只比较六路。我们的课题只是要求输出显示六路啊,既然没说是六位二进制的显示,我都能用16位的结果显示六位输出了,我为什么不能用6位的结果显示六位的输出呢?既然是六位的输出了,那我只要比较六路的电压就好了啊,也不用编码器,也不用74LS00这些逻辑门了,从电路上可以简化好多的哦~
        直接上图吧!
        电路经过简化之后,瞬间简单了一大半啊!!!灰常开心,我就迫不及待地去焊电路板了,嘿嘿。
        再对简化后的电路进行一下分析:
        优点:(1)电路简单。那是毋庸置疑啊,不光画图简单,设计的电路板也简单啊!设计思路也更清晰更明了了。
                  (2)元件用的少,电路连接方便。
                  (3)LED输出显示直观,每个led之间的分辨值也都是Vref*1/6。输入的电平越高,led自下向上亮的灯就越多,而且口算就能得出Ui的大概结果。
        缺点:(1)相比64位、16位的比较结果,6位的比较结果显然分辨率会低一些。但是,在这个题目中最高精度可以达到Vref*1/12,应用起来也是足够的了。
        至于CP脉冲信号,我能想到的是两种方式来给出:
        (1)直接输入脉冲信号,就像我们做数电实验一样;
        (2)做一个脉冲信号源。可以采用555定时器做一个多谐振荡器,如图所示,按照公式,设置一下R1、R2和电容C的值就好了。
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    该二极管D1的作用在于当插头断开时,LDO的输入端的电压会降低,如果输出端并联有大电容则可能导致输入端的电压比输出端的电压下降更快,这将导致LDO的输出电压高于输入电压,不加该保护二极管D1,压差过高时对于LDO的伤害是巨大的,从右上电路图可以看出LDO的输入和输出,分别是三极管的发射极和集电极,对于PNP型晶体管而言,发射极和集电极之间的反向耐压值比较低,加上该保护二极管D1后,由于二极管的钳位作用,使得输出电压最大高于输入电压0.7V。

    • 当输出端并联有大电容时,需要考虑加上该二极管
    • 该二极管的选用普通二极管即可,反向耐压要大于LDO输入电压
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  • 文章目录简介原理系统框架转换模式转换速度转换精度寄存器流程示例注意 简介 ...常见的A/D转换器有并联比较型、逐次逼近型、V-F型、双积分型等。 常见的D/A转换器有权电阻网络型、倒T型电阻网络型、...

    简介

    数字信号是一种离散的信号,模拟信号是一种连续的信号,如果数字电路需要处理模拟信号,则需要一种信号转换系统,相反,模拟电路要处理数字信号也需要进行信号转换。A/D与D/A 转换器就是两种信号进行处理的桥梁。
    常见的A/D转换器有并联比较型、逐次逼近型、V-F型、双积分型等。
    常见的D/A转换器有权电阻网络型、倒T型电阻网络型、权电容网络型、权电流型、开关树结构型等。

    原理

    系统框架

    STM8S单片机型号不同,ADC的资源也不同。以ADC2为例,ADC2为10位逐次逼近型A/D转换器,可以提供16个输入通道。
    系统结构
    上图是A/D转换的结构图,左边是信号输入,中间是信号转换,右边是信号输出。核心部分是中间信号转换,下面有3条配置线。
    ADON(ADC_CR1)为上电唤醒/启动转换,首次置1唤醒ADC,二次置1启动转换,置0关闭ADC。
    CONT(ADC_CR1)为单次/连续转换,置0单次转换,置1连续转换。
    CH[3:0](ADC_CSR)为模拟信号输入通道选择,配置值对应AIN0~AIN15。
    启动ADC转换的触发信号有三种,软件触发(ADON),TIM1定时器触发信号(TRGO),外部引脚触发(ADC_ETR)。
    AD转换相关引脚说明如下:
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    转换模式

    ADC1高级AD转换器支持5种转换模式:单次模式、连续模式、带缓存连续模式、单次扫描模式、连续扫描模式。
    ADC2普通AD转换器支持单次和连续模式。
    单次模式
    适合对不同通道逐一转换。
    首先选定输入通道,配置CONT位为0,ADON位为1启动转换,转换完成后,转换结束标志位EOC(ADC_CSR)被置1,数据存储在ADC数据寄存器中。如果使能了转换结束中断EOCIE(ADC_CSR)产生一个中断请求。
    ADC单次转换时序如下图:
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    连续转换

    适合对选定通道连续转换。
    ADC连续转换时序如下图:
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    首先选定通道,配置CONT置1开启连续转换模式,上电后,ADON首次置1唤醒转换单元,延时一段时间稳定时序,二次置1启动转换,转换完成EOC被置1,数据缓存在ADC_DR中(需要及时读取,可查询EOC或中断读取),如果使能中断的话会产生转换结束中断。然后自动启动下一次转换。EOC状态位需要软件清除。

    转换速度

    ADC转换速度取决于ADC时钟频率,ADC时钟频率取决于系统时钟频率和ADC分频系数。分频系数可通过SPSRL[2:0](ADC_CR1)位设置。
    ADC转换一次需要14个时钟周期,3个采样,11个转换。

    转换精度

    以ADC2为例,分辨率为10位,模拟通道输入信号电压为5V,则最小电压等级为5/2的10次,分辨精度可以达到4.88mv。模拟信号高于IC参考电压时需要设计硬件分压电路。

    寄存器

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    控制状态寄存器ADC_CSR
    用于模拟输入通道选择,转换结束中断使能,转换结束标志位设定。
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    控制寄存器1ADC_CR1
    用于分频系数配置,转换模式配置,上电唤醒/开启转换配置。
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    控制寄存器2ADC_CR2
    外部触发方式配置,触发使能配置,数据对齐方式配置
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述
    ADC转换后的数据是10位,需要两个寄存器存储。
    左对齐:高8位写入ADC_DRH,其余位写入ADC_DRL。
    右对齐:低8位写入ADC_DRL,其余位写入ADC_DRH。

    流程

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    示例

    注意

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