逐次逼近A/D转换器是A/D转换器的一种，其功能是将模拟量经过“量化”变转换成数字量。其结构主要由比较器、D/A转换器、逐次逼近寄存器和逻辑控制单元等组成。
其工作过程如下：转换启动后，第一步，控制逻辑电路首先把逐次逼近寄存器的最高位（例如D7）置1、其他位置0，将其存储到逐次逼近寄存器，然后经D/A转换后得到约为满量程（例如2.5V）输出一半的反馈电压（例如1.25V）。这个预估计电压值在比较器中与输入信号进行比较。若比较器判断输入电压值比预估计电压值高，则在下一次比较前对D7修正置1或0。第二步，按对分原理，把逐次逼近寄存器的下一位（例如D6)置l，再次经D/A转换器输出与输入信号进行比较，不断重复这个过程，直到完成LSB(最低位DO)的转换。这时逐次逼近寄存器的各位值均已确定，逐次逼近转换完成。然而，现代的A/D转换器已集成化，过程在lC内部实现，分析其工作过程、学习其原理很抽象，对初学者来说是很困难的。为了让初学者能深入理解，可采用实验板进行演示。
一、实验演示
我们的实验板如下图所示。原来飞速进行A/D转换过程变得非常慢，每按一次键只走一步，我们可以形象地、一步一步地分析A/D转换器进程。
将输入电压调节电位器②调到1.26V，由数字电压表③（红笔接TP1）读出。按一下开关SWlSTART，转换开始：第一步D7灯亮，D6-DO灯全部不亮，数据为10000000（即128）。对满量程2.5V来说，2.5×128/256=2.5×1/2=1.25V，经过D/A转换电压连由数字电压表④（红笔接TP2）读出。因为1.26>1.25，比较器输出l，D7=l保留。第二步，按一下开关SW2STEP，D6置高，D7、D6灯亮，D5-DO灯全部不亮，数据为11000000(即192)，数字电压表④显示1.88V。输入电压1.26V小于1.88V，比较器输出0，D6应为0不能保留l。第三步，再按一下开关SW2，D6=0而D5=1，数据为10100000（即160），数字电压表④显示1.56V-----．开关SW2连续按9次，D9灯亮，表示转换结束。这时D7-DO显示10000001(即129)，数字电压表④读数为1.26V是最终读数。从上面的分析知道，数字电压表③的读数在整个转换过程中不能有变化，不然每次比较的结果不准确了。实际转换过程很快，信号变化相对就小了。再进一步，用所谓的“采样一保持”电路，某个瞬间，把信号的电压放在电容器里存起来，在一个转换过程中是相对于电容器的电压作比较的，很稳定。
我们可以把电位器Wl调到1.5V或其他电压，按SW1重新试试看。你一定会感到很有趣。
二、元器件选配
(1)本实验板消耗电流不足50mA，对5v电压要求稳定，用USB接口从电脑取电比较合适。图1中①是两头是公的USB插头，一边插电脑，一边接PCB板，PCB板上的Jl是USB母座。买插座时注意公母，弄反了不仅插不上，而且电源、地线位置是颠倒的。
(2)UI为十进制计数器一环形分配器CD4017，其管脚分配如下图示。
当复位有一个正脉冲来到时，十个输出端只有QO=1，其他均为0。E的低电平和CP高电平与逻辑构成时钟，即：E=0，CP由O变l计数；CP=1，E由l变0计数；E=l，不论CP何值，禁止计数；CP=O，不论E何值，禁止计数。在本实验例中每计一次数，输出高的状态移位传递一次，如由QO=1传递到Ql=l……一直到Q9=1（其他输出端为0）时，Q9接到E停止计数。完成一个实验周期。QCC为进位信号，QO-Q4为l期间为1，Q5-Q9为1期间为0。本实验不用。
(3)U2—U4双D触发器SN74HC74，其管脚分配如下图示。
当R、S均为1时，CP的前沿(由O变l简写为↑)Q的状态根据D的状态变化。如以前Q=O，D=l当CP↑，Q=l；以前Q=l，D=l当CP↑，Q=l。当R=O不管CP如何，Q=O；当S=O，Q=l。本实验中若干个D触发器的D端并联在一起，而CP端各自连出，当某一个CPn有T，只有相应的Qn根据D的状态发生变化。其他的Q不变。
(4)U5、U6四2输入与门SN74HC32，其管脚分配如下图示。每个与门的两个输入端A、B只要任意一个为1，其输出Y就为l。两个输入端A、B同时为0，其输出Y就为0。注意，CD4017或MC14017的电源地默认为VDD，vss，而74XX的电源地默认为Vcc，GND在PCB自动布线时会有互不相通的两个电源和两个地。可以修改网表来解决
(5)U8双比较器LM393，其管脚分配如下图所示。
LM393可以在很宽的电源电压范围内工作(+2V~36V或±IV～±18V)，能对Ov左右的信号比较，输入电流很小(25nA)，输出外接上拉电阻后，可以满幅度输出。
所以很适合本实验使用。根据手册，输入信号从-0.3V到电源电压-1.5V之间，比较器能正常工作。在单电源Sv情况，两个信号电平在3.5V以上，LM393不能比较其大小。本实验用分压的办法，使输入电压范围为0~25V。
6.D/A转换器，用R-2R梯型网路构成的D/A转换器如下图所示。电压输出时内阻为R，最大幅度为VREF×2n-l/2n，以5v，8位为例，最大量程为5×255/256=4.98V。详细原理参考教科书。由于HCMOS74HC32满负荷输出，高电平驱动能力与低电平驱动能力都很强，而且是对称的，CMOS输出端DO一Dn替代KO~Kn是可能的。下图中的VREF就是CMOS输出高电平电压VOH。本来应该为4.99V，本实验DO—D7还带LED指示灯，消耗约6mA，高电平电压为4.75V。DO～D7=1时，4.75×255/256=4.73V。如果负载电阻正好也是lOk，分压一半输出为2.36V到不了2.5V，为了修正LED影响，负载电阻取11.2k(lOk和1.2k串联)分压输出正好为2.5V。图1中R8-R22是梯型网路电阻，R28-R35是LED限流电阻。R23串R37是负载电阻。
R37在实验中调试选择合适的阻值。R-2R梯型网路还可以电流输出，通过运放转换为电压，本实验没有采用。R8-R23选用RJ-0.125误差0.5%的，其色环为棕黑黑红一绿，红黑黑红一绿。其他电阻可以用RJ-0.125误差2%的，其最后一圈是棕。为什么lOk0.5%不会倒读成绿红黑黑一棕？看距离，红一绿之间距离稍大一些。
(7)其他元器件：电位器Wl规格为3362P103，电容器Cl、C2规格为CT-104，电解电容C3规格为CD-3100¨F/16V。按钮开关SW1、SW2用外型尺寸为lOmm×lOmm的。发光二极管DO-D7用高亮度φ3红的，看起来明显，D9可以用黄的。
三、制作与调试
电原理图和印刷板图分别见上图、下图。先将lOk、20k电阻用3'/2位最好用33/4位数字万用表测量，选出误差小用于R8～R23，如：留下9.97～9.99k删去9.95k，9.96k。同理，留下19.96~20k，删去19.90～9.96k。都选负差的原因是3／2位表只能测19.99k，20.Olk无法取得4位读数。3/2如果用9/4位表没有这个问题。误差大的可以在其他位置使用。安装焊接全部元器件。为了布线方便，有些阻值标为000的电阻，可以用10欧以下的任何阻值的电阻或导线短接。
以下检测步骤①～③是不加电的，④~⑥是加电的，请注意。
(1)用数字万用表通断档测：儿-1、Jl-4、C3两端、各IC的对角两端（电源、地）不能有短路。
(2)用数字万用表通断档测：各lC的电源端，Jl-4、C3-1应该通；各IC的地，Jl-l、C3-2应该通。
(3)测DO—7用电池为3V的指针万用表(如MF368)R×10档，红笔接地，黑笔分别接U6、U7、U8、U9的⑤，⑨脚灯应亮。如果不亮，跳过R28~R35测，还不亮，查LED是否接反？跳过串联电阻就亮，一般是用错电阻了，电阻太大了，也可能虚焊。同理，红笔接地，黑笔分别接R21两端测D9。
(4)插上USB接口、连到电脑。用数字万用表20V测Ul-16对USB接口外壳，应该有Sv电，如果没有，应立即断开USB接口检查。这是万不得已的情况，割断J1-4连线，插上USB接口，Jl-1与J1-4之间没有电压，USB线路有问题；如果Jl-1与Jl-4之间有电压，短路割断点，立即没有电压，证明步骤①没有认真做。
本文关键字：转换器 数字电路，电子制作 - 数字电路
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