ad转换模块简介
A/D 转换模块 1、A/D 转换原理 A/D转换的过程是模拟信号依次通过取样、保持和量化、编码几个过程后 转换为数字格式。 a)取样与保持 一般取样与保持过程是同时完成的,取样-保持电路的原理图如图16 所示,由输入放大器A 1 、输出放大器A 2 、保持电容C H 和电子开关S组成, 要求 A V1 * A V2 = 1。原理是:当开关S闭合时,电路处于取样阶段,电 容器充电,由于 A V1 * A V2 = 1,所以输出等于输入;当开关S断开时, 由于A 2 输入阻抗较大而且开关理想,可认为C H 没有放电回路,输出电压 保持不变。 图16 取样-保持电路 取样-保持以均匀间隔对模拟信号进行抽样, 并且在每个抽样运算后在 足够的时间内保持抽样值恒定,以保证输出值可以被A/D 转换器精确转换。 b)量化与编码 量化的方法,一般有舍尾取整法和四舍五入法,过程是先取顶量化单 位Δ,量化单位取值越小,量化误差的绝对值就越小,具体过程在这里就 不做介绍了。将量化后的结果用二进制码表示叫做编码。2、A/D 转换器的技术指标 a)分辨率分辨率说明 A/D 转换器对输入信号的分辨能力,理论上,n位 A/D 转 换器能区分的输入电压的最小值为满量程的 1/2 n 。也就是说,在参考电 压一定时,输出位数越多,量化单位就越小,分辨率就越高。S12的 ATD 模块中,若输出设置为 8位的话,那么转换器能区分的输入信号最小电压 为 19.53mV。 b)转换时间 A/D转换器按其工作原理可以分为并联比较型(转换速度快 ns 级)、 逐次逼近型(转换速度适中 us 级)、双积分型(速度慢抗干扰能力强)。 不同类型的转化的 A/D 转换器转换时间不尽相同,S12 的 ATD 模块中, 8位数字量转换时间仅有 6us,10 位数字量转换时间仅有 7us。 S12内置了 2组 10位/8 位的 A/D 模块:ATD0 和 ATD1,共有 16个模拟量 输入通道,属于逐次逼近型 A/D 转换器(这个转换过程与用天平称物的原理相 似)。 1、功能结构图 图17 A/D 模块功能结构图图17所示的是 A/D 模块的功能结构,这个功能模块被虚线划分成为图 示所示的虚线所隔离的三个部分:IP 总线接口、转换模式控制/寄存器列表, 自定义模拟量。 IP 总线接口负责该模块与总线的连接,实现 A/D 模块和通用 I/O 的目 的, 还起到分频的作用;转换模式控制寄存器列表中有控制该模块的所有的寄存器, 执行左右对齐 运 行和连续扫描。 自定义模拟量负责实现模拟量到数字量的转换。 包括了执行一次简单转换 所 需的模拟量和数字量。2、 HCS12 中 A/D 转化模块特点 8/10 位精度; 7 us, 10-位单次转换时间.; 采样缓冲放大器; 可编程采样时间;左/右对齐, 有符号/无符号结果数据;外部触发控制;转换完成中断;模拟输 入8 通道复用;模拟/数字输入引脚复用;1 到8 转换序列长度;连续转换模式; 多通 道扫描方式。 ATD 模块有模拟量前端、模拟量转换、控制部分及结果存储等四部分组成。其 中模拟前端包括多路转换开关、采样缓冲器、放大器等,结果存储部分主要有 8 个16 位的存储器和反映工作状态的若干标志位。