模數(shù)轉(zhuǎn)換相關(guān)學(xué)術(shù)論文

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)要通過一定的時(shí)序來控制才能正確采樣和讀寫,通過單片機(jī)軟件編程的方法控制時(shí)序可以節(jié)約成本,縮小體積,同步性能好,可以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。下面小編給大家分享一些模數(shù)轉(zhuǎn)換相關(guān)學(xué)術(shù)論文，大家快來跟小編一起欣賞吧。

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換相關(guān)學(xué)術(shù)論文篇一

　　逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器原理實(shí)驗(yàn)方案研究

　　摘 要 為了幫助學(xué)生深入理解逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器這一教學(xué)難點(diǎn)，文中設(shè)計(jì)了逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)驗(yàn)配合理論教學(xué)。實(shí)驗(yàn)包括基礎(chǔ)和進(jìn)階兩部分內(nèi)容：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)采用串行10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A轉(zhuǎn)換器)TCL5615設(shè)計(jì)逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器;在進(jìn)階實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生采用雙路D/A轉(zhuǎn)換器方案實(shí)現(xiàn)高精度A/D轉(zhuǎn)換器，引發(fā)學(xué)生獨(dú)立思考，在設(shè)計(jì)過程中培養(yǎng)其創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

　　關(guān)鍵詞 逐次逼近 A/D轉(zhuǎn)換器 單片機(jī) 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

　　中圖分類號：TN792 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.09.033

　　Successive Approximation Analog-principle Experiment Scheme

　　WANG Rui[1]， WANG Yubing[1]， WANG Dexuan[2]

　　([1] College of Electric Science & Engineering， Jilin University， Changchun， Jilin 130012;

　　[2] Changchun No.48 Middle School， Changchun， Jilin 130051)

　　Abstract In order to help students in-depth understanding of the successive-approximation ADC difficulty of teaching， the paper designed the successive approximation A/D converter experiment with theoretical teaching. Experiments including basic and advanced two parts： basic experiments serial 10 DAC (D/A converter) TCL5615 design successive approximation type A/D converter; require students to advanced experiments using dual D/A converter program to achieve high-precision A/D converter， causing students to think independently， to develop their sense of innovation and ability to innovate in the design process.

　　Key words successive approximation; A/D converter; SCM; creative experiment

　　0 引言

　　模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D 轉(zhuǎn)換器)是模擬電路與數(shù)字電路接口的關(guān)鍵部件，在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。①②③根據(jù)設(shè)計(jì)原理的不同，A/D轉(zhuǎn)換器主要分為并行比較型、逐次逼近型和雙積分型等。④其中并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器為滿足高速需求設(shè)計(jì);雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器為滿足高精度需求設(shè)計(jì)。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器具有中等速度(5 MS/s以下)、中高精度(8～16位)、低功耗和低成本的綜合優(yōu)勢，使其在工業(yè)控制領(lǐng)域有著更廣泛的應(yīng)用。⑤關(guān)于A/D轉(zhuǎn)換器原理和應(yīng)用技術(shù)的內(nèi)容是數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)原理與接口技術(shù)和現(xiàn)代電子技術(shù)等理論課程的教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)。該內(nèi)容實(shí)踐性較強(qiáng)，以教師為主體的課堂講授方式，不利于學(xué)生理解和掌握A/D轉(zhuǎn)換器原理。因此，我們設(shè)計(jì)了包括基礎(chǔ)和進(jìn)階兩部分的逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器原理實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分采用串行10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A轉(zhuǎn)換器)TCL5615設(shè)計(jì)逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，幫助學(xué)生理解掌握逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)原理;進(jìn)階實(shí)驗(yàn)部分要求學(xué)生采用雙路D/A轉(zhuǎn)換器方案實(shí)現(xiàn)更高精度A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，對理論的運(yùn)用提出了更高的要求。這樣既充分調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識，又在設(shè)計(jì)過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

　　1 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理

　　逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器主要由逐次逼近寄存器、時(shí)序控制電路、D/A轉(zhuǎn)換器和比較器構(gòu)成，其重點(diǎn)是D/A轉(zhuǎn)換器和比較器。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器采用二進(jìn)制數(shù)搜索法控制D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓逼近輸入模擬電壓。以設(shè)計(jì)位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器為例，步驟為：

　　(1)確定A/D轉(zhuǎn)換器輸出的位，令D/A轉(zhuǎn)換器的輸出為2-1，它與輸入電壓一起輸入到比較器進(jìn)行比較，比較的結(jié)果(1或0)作為A/D轉(zhuǎn)換器輸出的第位，記作。

　　(2)確定A/D轉(zhuǎn)換器輸出的位，令D/A轉(zhuǎn)換器輸出2-1�?2-2，再次與輸入電壓比較，比較結(jié)果作為A/D轉(zhuǎn)換器輸出的第位，記作。

　　(3)以此類推，直到得到A/D轉(zhuǎn)換器的最低位。

　　2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

　　實(shí)驗(yàn)以單片機(jī)為主控制器實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部時(shí)序控制和D/A轉(zhuǎn)換器的控制，利用設(shè)計(jì)的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器測量模擬電壓，將轉(zhuǎn)換結(jié)果顯示在LCD上。

　　2.1 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

　　基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中要求學(xué)生根據(jù)逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理，設(shè)計(jì)具有8位分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間盡量短。設(shè)計(jì)制作一個(gè)0～5 V可連續(xù)調(diào)節(jié)的信號源用來測試設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換器性能，最后將轉(zhuǎn)換結(jié)果顯示在串行段式液晶SMS0401上。

　　為了突出逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)原理這一學(xué)習(xí)重點(diǎn)，我們在實(shí)驗(yàn)中盡量減輕學(xué)生的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，選用最簡設(shè)計(jì)方案。D/A轉(zhuǎn)換器是設(shè)計(jì)逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的核心部件，考慮實(shí)驗(yàn)效果和成本我們選用簡單易用的10位串行D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615。顯示采用段式液晶SMS0401，僅有兩個(gè)控制引腳。設(shè)計(jì)中需要的控制端口較少，對控制速度要求很高，因此，我們選用20引腳的新型STC系列單片機(jī)STC12C5204，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，工作頻率范圍0～35 MHz，相當(dāng)于普通8051的0～420 MHz。用10位D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，理論上A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率可以達(dá)到10位。為了保證設(shè)計(jì)精度，我們要求學(xué)生采用基準(zhǔn)源芯片AD780提供D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓。 　　2.2 進(jìn)階實(shí)驗(yàn)

　　在基本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們?yōu)橛杏嗔Φ耐瑢W(xué)提出更高的要求，用10位D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)精度高于12位的A/D轉(zhuǎn)換電路，盡量保持高的轉(zhuǎn)換速率。新的設(shè)計(jì)任務(wù)需要學(xué)生靈活運(yùn)用理論解決實(shí)際問題，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

　　文中提供一個(gè)較新穎的設(shè)計(jì)方案，采用雙10位D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)16位D/A轉(zhuǎn)換器，替代基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分的D/A轉(zhuǎn)換器，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更高精度的位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。16位D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬電壓模型為：

　　圖1 雙10位D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖

　　圖2 學(xué)生作品的設(shè)計(jì)測量結(jié)果

　　觀察發(fā)現(xiàn)，整理后的16位D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓可以分解為兩部分，一個(gè)10位D/A轉(zhuǎn)換器與另一個(gè)10位D/A轉(zhuǎn)換器衰減64倍后的低6位的結(jié)果相加。因此，采用上述原理設(shè)計(jì)的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

　　設(shè)計(jì)過程中要提醒學(xué)生注意比較器LM393輸入端的信號，根據(jù)信號噪聲特點(diǎn)加適當(dāng)無源濾波電路，可以進(jìn)一步提高測試精度。圖2是學(xué)生設(shè)計(jì)作品的測量結(jié)果，三角形離散點(diǎn)所在曲線是A/D轉(zhuǎn)換器輸出結(jié)果，測量線性度好且無明顯差異。圓形離散點(diǎn)所在曲線是A/D轉(zhuǎn)換器的絕對誤差，結(jié)果在正負(fù)0.0003 V間，滿足14位A/D轉(zhuǎn)換器精度。

　　3 結(jié)語

　　本文設(shè)計(jì)了配合逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理教學(xué)的實(shí)驗(yàn)方案，包括基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和進(jìn)階實(shí)驗(yàn)。文中討論了逐次逼近型A/D的設(shè)計(jì)原理，在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部分詳細(xì)論述了采用10位串行D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615設(shè)計(jì)逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的過程，設(shè)計(jì)原則力求簡潔有效，突出重點(diǎn)。在進(jìn)階實(shí)驗(yàn)中提出更高的要求，讓學(xué)生用低精度D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)高精度A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)，訓(xùn)練學(xué)生靈活運(yùn)用理論解決實(shí)際設(shè)計(jì)問題的能力。在該部分我們采用兩路10位D/A轉(zhuǎn)換器TLC5615設(shè)計(jì)逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，精度達(dá)到14位。通過實(shí)驗(yàn)的方式，讓學(xué)生帶著設(shè)計(jì)需求學(xué)習(xí)理論，達(dá)到了學(xué)以致用的目的，實(shí)際教學(xué)效果好。并且在實(shí)驗(yàn)的過程中培養(yǎng)了學(xué)生的工程素養(yǎng)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

　　注釋

　?、?張文義，張強(qiáng)，張�H鐘，等.特定消諧變頻調(diào)速實(shí)驗(yàn)裝置的研究[J].實(shí)驗(yàn)室探究與探索，2011.30(6)：24-26.

　　② 王睿，于永江，楊罕，等.基于FPGA的雙激光器同步控制的實(shí)現(xiàn)[J].光電子・激光，2010.21(2)：204-207.

　?、?花漢兵.基于MSP430F449單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2007.26(5)：59-60，82.

　?、?席德勛.現(xiàn)代電子技術(shù)[M].北京：高等教育出版社，1999.

　?、?孫彤，李冬梅.逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器綜述[J].微電子學(xué)，2007.37(4)：523-531，547.

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