一种A/D转换的实现方法及其实用技术

　　一、引　言

　　在传统的A/D转换器中,输出的模拟信号在时间上是连续的,而输出的数字信号是离散的,所以进行转换时必须在一系列选定的瞬间对输入的模拟信号 采样,然后再把采样值转换为数字量输出,所以一般它包括采样、保持、量化、编码4个步骤。这种器件使用起来由于结构复杂,从而使线路接口繁琐,控制困难且 智能化过程也很复杂。本文从理论上介绍了一种A/D转换实现的方法,并且从实践验证了其使用的具体方法。

　　二、理论分析

　　这种模拟转换的原理将模拟信号首先转换成时间T或频率f,然后再将T或f转换为数字量,也称为计数式方法。这种方法的特点是工作速度比双积分式相对速度低,但速度可以做得很高,抑制干扰能力强,再测量仪表中使用的较多。如图1所示。

　　图中各点的工作波形如图2所示。在启动信号的作用下,参考电压以一定的斜率产生一个线性良好的斜坡电压,如图2中VA工作波形所示。参考电压分别送到两个比较器的输入端,分别与零电压和输入的V_i相比较,当斜坡电压V_A<0时,过零比较器输出V_B=0;当VA≥0时,输出V_B=1;当斜坡电压V_A<Vi时,V_C=1;当VA≥Vi时,V_C=0。

　　从图2工作波形图可见,在t₁时刻之前,由于V_A<0,所以V_B=0,这样就封锁了门电路,计数器不工作;在T₁时刻V_A≥0,V_B=1,且此时V_A <Vi,因此门电路打开,将脉冲源导入计数器,计

数器开始累加计数。经过一段时间TW后,到t₂时刻,由于V_A≥V_i使VC=0,则封锁了门电路,于是计数器停止计数。假设斜坡电压的斜率为k(即v/t),计数器脉冲频率F_cp,周期为T_cp,在T_W时间内记录了m个脉冲,因此有下列关系:

　　由上式中可以看出,计数脉冲的数目与输入信号Vi信号成正比。计数器输出的状态为记录了m个计数脉冲的二进制数码,也就表示了输入信号Vi的数字量代码。若斜坡电压为非线性的时间变化量,则可以通过处理来实现用数字量表达模拟量。

　　三、具体的实现方法

　　实现这种A/D转换的关键是产生一个良好的斜坡电压,这个斜坡电压不仅要实现时间有规律的变化,而且要便于控制和处理。这里我们采用RC充放电路来实现,电路构成如图3所示。根据RC充放电回路的电特性则有:

　　电容上的电压是时间的函数,这样就可以实现电压与时间的转换,再利用微处理器计算,就能根据时间求出测量的电压值。

　　四、系统构成