参考资料
模拟信号是连续的;数字信号是离散的,它的任何一个值都是规定的最小数单位的整数倍,比如电压表上显示的就是数字量。
电压表的作用是将模拟信号转变为数字信号,转换主要靠的是一种 ADC(Analog to Digital Converter, 模拟数字转换器) 的芯片
ADC 转换器有很多类型,如
- 并联比较型 AD
- 计数型 AD
- 主次逼近 AD
- 双积分型 AD
- …
案例分析 并联比较型 AD
这里主要介绍并联比较型 AD,这种类型比较好理解。比如要测量一个量程 0-8V 的电压,主要存在哪些问题呢:
- 假设将量程分为 8 份,也就是 1V 的精度,如何分成 8 等份呢?
- 串联 8 个电阻,每个电阻分压 1V,电路中的不同位置也就有了 1V、2V、3V…8V
- 如何量化电压呢?
- 通过比较器,测量电压大于电路中的电压,比较器输出 1,反之则输出 0
- 比如测量电压为 2.1V,则输 2 个 1,表示 2V
- 如何对比较器的数据进行存储呢?
- 在每一个比较器后面都加一个 D 型触发器(控制端为低电平时,输出端的数据可以保持之前存储的数据,而不会随着数据输入端数据端变化而改变),这样采集到的数据就被锁存器保存下来了
- 这 8 个锁存器共有 8 种输出结果,如何将这些输出结果转换为二进制数呢
- 使用优先编码器
- 那么也就可以通过优先编码器的输出结果得出电压的大小了,比如输出的 000,就表示 1V,输出的 001 表示 2V
- 无论测量电压是 0.2V 还是 0.8V,输出端结果都是 000(也就是 1V),因为精度就只有那么高。如果想要解决这个问题,就需要提高精度。想要提高精度,就需要成倍的增加电阻、比较器和触发器的数量
此外,因为这些比较器和锁存器都是并联的,可以在同一时间同时运行,因此也是各类 AD 转换器中运行速度最快的
补充资料
比如测量一个量程 0-8V 的电压,首先需要对其进行量化,假设将其分成 8 份,也就是精度为 1V,那么可以用三位二进制数对这 8 份进行表示
那如何将电压分成 8 份呢?也就是如何量化呢?以及如何将量化的电压转换成二进制数呢?
那如何将电压分成 8 份呢 —> 串联 8 个阻值相同的电阻
比较器
Vr 为参考电压,Vin 为测量电压。若测量电压 Vin 大于参考电压 Vr,比较器输出 1;反之则输出 0
D 型触发器
也叫做 D 型锁存器,可以存储 1 位数据
当控制端输入 1 时,给数据输入端 D 输入什么,输出端 Q 就会输出什么;如果控制端 C 输入 0,那么输出端 Q 就会保持上一次存储的结果,此时无论数据输入端 D 输入什么,Q 中的值都不会发生改变
优先编码器
将八种输出结果转换为 3 位二进制数表示