模数转换器(ADC)将模拟信号转换为实际信号，如温度、压力、电压、电流、距离或光强度。然后，系统可以处理、控制、计算、传输或存储这个数字表示。

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目标

本实验旨在构建解释性活动AD代理以模数转换的概念为例。

背景信息

模数转换器(ADC)将模拟信号转换为实际信号，如温度、压力、电压、电流、距离或光强度。然后，系统可以处理、控制、计算、传输或存储这个数字表示。

图3.量化过程

采样过程提供连续时域信号，信号值测量时间间隔离散均匀。采样信号的最大带宽可以根据奈奎斯特标准确定。该理论认为，信号频率必须小于或等于一半采样频率以防混叠。混合是指目标带宽所需信号频段以外的频率信号。然而，在通信系统设计中，高频信号可以通过这种混合过程向下转换为低频信号。这是欠采样技术。欠采样的标准是ADC最高目标频率信号有足够的输入带宽和动态范围。

图4.采样过程

采样和量化是决定理想的重要概念ADC性能极限。在一个理想ADC中间，码跃迁恰好相距1 LSB(最低有效位)。所以，对于N位ADC，共有2N和1 LSB = FS/2N，其中FS模拟全量程输入电压。然而，实际ADC操作也受到非理想效样速率决定的误差也会影响操作。与ADC这些误差将反映在许多相关的交流和直流性能规格中。

图9.Flash ADC输出码

一元组通道表示两位Flash ADC在整个可用范围内(0 V至5 V)改变内部输入模拟电压以提供所有可能的输出值。并行通道相当于ADC输出状态的二进制值。

作为电压频率转换器ADC

背景信息

在这一特殊应用中，AD654电压频率转换器ADC。

图15.4位SAR ADC示例

图15显示了四位转换的示例。y轴表示DAC输出电压。在这个例子中，第一次比较显示VIN< VDAC。因此，位3设置为0。然后将DAC设置为0100并进行第二次比较。由于VIN> VDAC，位2保持为1。然后将DAC将0110设置为第三次比较。将位1设置为0，然后将位1设置为0DAC设置为0101进行最终比较。最后，由于VIN> VDAC，位0保持为1。

硬件设置

为了利用ADALM2000重点说明SAR ADC对于工作原理DAC该设备将用于下次实验中讨论的电路，但该设置将用于4位DAC(不是8位)。DAC输出端将通过脚本连接到比较器SAR该脚本基于比较器的输出进行二进制搜索，生成正确的二进制值。

图16.SAR ADC原理图

构建SAR ADC测试板电路，。

图19.AD7920采样和转换阶段

图27.双斜率ADC积分器原理图

操作仿真，探测Vintegrate节点。

图28.双斜率ADC积分器仿真1

该仿真将60 Hz将线路噪声添加到直流输入电压中。通过.step指令运行几种情况-1 V、2 V、3 V、4 V 5 V输入电压和60 Hz几个不同相位的线路噪声。由于200 ms上坡时间是60 Hz线路周期的整数，因此噪声在频率响应中为零，无论相位如何，下坡时间都不受影响。将频率改为62.5 Hz，使其处于频率响应的峰值。

图29.双斜率ADC积分器仿真2

硬件设置

为双斜率ADC构建试验板电路，并按图纸对齐M2K进行连接。

图30.双斜率ADC积分器试验板电路

程序步骤

打开Scopy。内核Scopy初始化文件 Dual_slope_scopy_setup.ini帮助设置。

电源：设置为使能跟踪±5 V。

数字IO：DIO2设置为OUT，设置为1。

模型发生器：组DIO0、DIO1.模式:导入(加载文件)dual_slope_pattern.csv）。频率设置为5 Hz。

信号发生器：通道1初始设置为恒定2.5 V。

示波器：200 ms时基，通道1设置为400 mV/刻度 mV(在积分器重置间隔开始时触发M2K）。

图31.双斜率ADC积分器波形

当基准电压源连接到-5时 V将输入电压设置为2.5 V下坡时请注意2格(400) ms)，上坡为1格(2000) ms)。因此：

VIN= 5 V × (200 ms / 400 ms) = 2.5 V

通过改变输入电压，可以看到上坡时间的变化。

图32.不同输入电压的双斜率ADC积分器波形

实际实现双斜率转换器时，将使用微控制器控制积分器，并设置上坡/测量下坡时间。大多数微控制器都提供计数器外设，因此很容易实现。