数电模数与数模转换电路幻灯片.ppt

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1、数电模数与数模转换电路第1页，共56页，编辑于2022年，星期六1 概述概述 能能将将模模拟拟量量转转换换为为数数字字量量的的电电路路称称为为模模数数转转换换器器，简简称称A/D转转换换器器或或ADC；能能将将数数字字量量转转换换为为模模拟拟量量的的电电路路称称为为数数模模转转换换器器，简简称称D/A转转换换器器或或DAC。ADC和和DAC是是沟沟通通模模拟拟电电路路和和数数字字电电路路的的桥桥梁梁，也也可可称称之之为两者之间的接口。为两者之间的接口。模模 拟拟 传感器传感器 A/D 转换器转换器 数字控制数字控制 计算机计算机 D/A 转换器转换器 模拟模拟 控制器控制器 工业生产过程控制对

2、象工业生产过程控制对象 传感器传感器(温度、压力、流量、温度、压力、流量、应力等）应力等）计算机进行数字处理（如计算机进行数字处理（如计算、滤波）、数据保存计算、滤波）、数据保存等等用模拟量作为控制用模拟量作为控制信号信号ADC和和DAC已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。第2页，共56页，编辑于2022年，星期六2 D/A转换转换2.1 D/A转换器概述转换器概述2.2 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器2.3 权电流型权电流型D/A转换器转换器2.4 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式2.5 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指

3、标2.6 集成集成D/A转换器及其应用转换器及其应用第3页，共56页，编辑于2022年，星期六2.1 D/A转换器概述转换器概述1、DAC的功能的功能:将数字量成正比地转换与之对应成模拟量将数字量成正比地转换与之对应成模拟量。数字量是用代码按数位组合而成的，对于有权码，每位代码数字量是用代码按数位组合而成的，对于有权码，每位代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转换成相应都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟量，比的模拟量，这样，就可以实现数字量这样，就可以

4、实现数字量-模拟量的转换。模拟量的转换。2.实现实现D/A转换的基本思想转换的基本思想第4页，共56页，编辑于2022年，星期六D/A转换器的转换特性转换器的转换特性是指其输出模拟量和输是指其输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。入数字量之间的转换关系。理想的理想的D/A转换器的转换特性转换器的转换特性:输出模拟电压输出模拟电压 uo=KuD或输出模拟电流或输出模拟电流io=KiD。如果输入为如果输入为n位二进制数位二进制数dn-1dn-2d1d0，则输出模拟电压为：，则输出模拟电压为：3.转换特性转换特性第5页，共56页，编辑于2022年，星期六4.D/A转换器的组成转换器的组成:电阻网络电

5、阻网络 模拟电子开关模拟电子开关 求和运算放大器求和运算放大器第6页，共56页，编辑于2022年，星期六2.2 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器Di=0,Si则将电阻则将电阻2R接地接地Di=1,Si接运算放大器反相端，电接运算放大器反相端，电流流Ii流入求和电路流入求和电路 电阻网络电阻网络模拟电子开关模拟电子开关求和运算放大器求和运算放大器输输出出模模拟拟电电压压输入输入4位二进制数位二进制数根据运放线性运用时虚地的概念根据运放线性运用时虚地的概念可知，无论模拟开关可知，无论模拟开关Si处于何种处于何种位置，与位置，与Si相连的相连的2R电阻将接电阻将接“地地”或虚地。或虚地。

6、第7页，共56页，编辑于2022年，星期六D/A转换器的倒转换器的倒T形电阻网络原理分析形电阻网络原理分析基准电源基准电源VREF提供的总电流为：提供的总电流为：I=？流过各开关支路的电流：流过各开关支路的电流：I3=？I2=？I1=？I0=？I/4I/8I/16RRRRI/2I/4I/8I/16I/2I3I2I1I0流入每个流入每个2R电阻的电流从高位到低位按电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。的整数倍递减。第8页，共56页，编辑于2022年，星期六II2I1I0I3流入运放的总电流：流入运放的总电流：i I0 0+I1 1+I2 2+I3 3第9页，共56页，编辑于2022年，星期六4

7、 位倒位倒T形电阻网络形电阻网络DAC的的输出模拟电压输出模拟电压：推广到推广到 n 位倒位倒T形电阻网络形电阻网络DAC,有：有：令：令：则则 O=K NB 上式表明，在电路中输入的每一个二进制数上式表明，在电路中输入的每一个二进制数NB，均能得到与之成正比的模拟电压输出。均能得到与之成正比的模拟电压输出。第10页，共56页，编辑于2022年，星期六为提高为提高D/A转换器的转换器的精度，对电路参数的要求：精度，对电路参数的要求：(1)基准电压稳定性好；基准电压稳定性好；(2)倒倒T形电阻网络中形电阻网络中R和和2R电阻比值的精度要高；电阻比值的精度要高；(3)每个模拟开关的开关电压降要相等

8、每个模拟开关的开关电压降要相等为进一步提高为进一步提高D/A转换器的精度，可采用权电流型转换器的精度，可采用权电流型D/A转换器。转换器。第11页，共56页，编辑于2022年，星期六2.3 权电流型权电流型D/A转换器转换器Di=1时，开关时，开关Si接运放的反接运放的反相端相端;Di=0时，开关时，开关Si接地。接地。在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受其他因素的影响，提高了在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受其他因素的影响，提高了转换精度。转换精度。采用恒流源电路后对提高转采用恒流源电路后对提高转换精度有什么好处？换精度有什么好处？第12页，共56页，编辑于2022年，星期六2.4

9、 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式1.1.单极性输出方式单极性输出方式 倒倒T T形电阻网络形电阻网络D/AD/A转换器单极性电压输出的电路转换器单极性电压输出的电路 反相输出反相输出 同相输出同相输出 第13页，共56页，编辑于2022年，星期六 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0模拟量模拟量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0表表1 8位位D/A转换器在单极性输出时的输入转换器在单极性输出时的输入/输出关系输出关系第1

10、4页，共56页，编辑于2022年，星期六NB2.2.双极性输出方式双极性输出方式 2的补码的补码偏移二进制码偏移二进制码第15页，共56页，编辑于2022年，星期六十进十进制数制数2的补码的补码偏移二进制码偏移二进制码模拟量模拟量 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1D0D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 O/VLSB1270 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11271260 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 012611 1 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 111271 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0

11、0 0 11271281 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0128表表2 8位位D/A转换器在双极性输出时的输入转换器在双极性输出时的输入/输出关系输出关系第16页，共56页，编辑于2022年，星期六1.1.转换精度转换精度：通常用分辨率和转换误差来描述。通常用分辨率和转换误差来描述。分辨率分辨率：其定义为：其定义为D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。实转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。实际应用中往往用输入数字量的位数表示际应用中往往用输入数字量的位数表示D/A转换器的分辨率。转换器的分辨率。分辨率也可以用能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比给出。分辨率也可

12、以用能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比给出。n位位D/A转换器的分辨率可表示为转换器的分辨率可表示为2.5 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标2.2.转换误差：转换误差是指转换误差：转换误差是指D/AD/A转换器实际精度与理论上可达转换器实际精度与理论上可达到的精度之间存在误差。到的精度之间存在误差。产生原因：由于产生原因：由于D/AD/A转换器中各元件参数值存在误差，如基准转换器中各元件参数值存在误差，如基准电压不够稳定或运算放大器的零漂等各种因素的影响。电压不够稳定或运算放大器的零漂等各种因素的影响。第17页，共56页，编辑于2022年，星期六几种转换误差：有如比例系数误差

13、、失调误差等几种转换误差：有如比例系数误差、失调误差等 比例系数误差：比例系数误差：是指实际转换特性曲是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性线的斜率与理想特性曲线斜率的偏差。曲线斜率的偏差。第18页，共56页，编辑于2022年，星期六 失调误差：由运算放失调误差：由运算放大器的零点漂移引起，其大器的零点漂移引起，其大小与输入数字量无关，大小与输入数字量无关，该误差使输出电压的转移该误差使输出电压的转移特性曲线发生平移特性曲线发生平移 。三位三位D/A转换器的失调误转换器的失调误差如图所示。差如图所示。第19页，共56页，编辑于2022年，星期六2.6 集成集成D/A转换器及其应用转换器及其应用1

14、.AD7520D/A转换器10位位CMOS电流开关型电流开关型D/A转换器转换器 第20页，共56页，编辑于2022年，星期六 2、集成、集成D/A转换器应用之一：转换器应用之一：数字式可编程增益控制电路数字式可编程增益控制电路 第21页，共56页，编辑于2022年，星期六 2 2、集成、集成D/AD/A转换器应用之二：转换器应用之二：抛物线波形产生电路抛物线波形产生电路 第22页，共56页，编辑于2022年，星期六本节小结D/A转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出。转换成相对应的模拟信号输出。如如果果输输入入的的是是n位位二二进进

15、制制数数，则则D/A转转换换器器的的输输出电压为：出电压为：第23页，共56页，编辑于2022年，星期六3 A/D转换转换3.1 A/D转换器概述转换器概述3.2 并行比较型并行比较型A/D转换器转换器3.3 逐次比较型逐次比较型A/D转换器转换器3.4 双积分式双积分式A/D转换器转换器3.5 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标3.6 集成集成A/D转换器及其应用转换器及其应用第24页，共56页，编辑于2022年，星期六 A/D转换器要将时间上连续，幅值也连续的模拟量转换为时间上离散，幅值也离散的数字信号，它一般要包括取取样样，保保持持，量化及编码量化及编码4个过程。ADCDnD

16、0输出数字量输出数字量输入模拟电压输入模拟电压能将模拟电压成正比地转换成对应的数字量。能将模拟电压成正比地转换成对应的数字量。1.A/D功能功能:3.1 A/D转换器概述转换器概述第25页，共56页，编辑于2022年，星期六2 2.A/D转换转换的一般工作过程的一般工作过程（1）采样与保持）采样与保持 采样是将随时间连续变化的模拟采样是将随时间连续变化的模拟量转换为在时间离散的模拟量。量转换为在时间离散的模拟量。采样信号采样信号S(t)的频率愈高，所采得信号的频率愈高，所采得信号愈能真实地复现输入信号。合理的采样愈能真实地复现输入信号。合理的采样频率由采样定理确定。频率由采样定理确定。采样定理

17、：采样定理：设采样信号设采样信号S(t)的频率的频率为为fs，输入模拟信号，输入模拟信号 I(t)的最高频率的最高频率分量的频率为分量的频率为fimax，则则 f fs s 2 2f fimaximax第26页，共56页，编辑于2022年，星期六 要将取样电路每次采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，要将取样电路每次采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，为了给后续的量化编码过程提供一个稳定的值，在取样电路后要为了给后续的量化编码过程提供一个稳定的值，在取样电路后要保加持电路，将所采样的模拟信号保持一段时间。取样与保持过保加持电路，将所采样的模拟信号保持一段时间。取样与保持过程往往是通过

18、采样与保持电路同时完成的。程往往是通过采样与保持电路同时完成的。电路要求：电路要求：AV1=AV2=1，A1的的Ri 高，高，Ro 低；低；A2 的的Ri 高高采样采样不能放电不能放电保持保持保持保持第27页，共56页，编辑于2022年，星期六3.3.量化与编码量化与编码为将模拟信号转换为数字量，在为将模拟信号转换为数字量，在A/D转换过程中，必须将采样转换过程中，必须将采样保保持电路的输出电量，按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上。持电路的输出电量，按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上。这一转化过程我们称为数值量化，简称量化。任何一个数字量的大这一转化过程我们称为数值量化，简称量化。

19、任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。小只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。例如：采样得到的电平分别为例如：采样得到的电平分别为0.1 0.2 0.3 1 1.2 1.09可以规定最小的数量单位为可以规定最小的数量单位为0.01，则量化后对应的为，则量化后对应的为 10 20 100 120 109也可以规定最小的数量单位为也可以规定最小的数量单位为0.1，则量化后对应的应该为，则量化后对应的应该为1 2 3 10 12 10（11）量化量化第28页，共56页，编辑于2022年，星期六量化过程中所取最小数量单位称为量化单位用量化过程中所取最小数量单位称为量化单位用 表示。

20、它是数字信号表示。它是数字信号最低位为最低位为1 1时所对应的模拟量，即时所对应的模拟量，即1LSB1LSB。任何一个数字量的大小只能是某。任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。个规定的最小数量单位的整数倍。在量化过程中由于采样电压不一定能被在量化过程中由于采样电压不一定能被 整除，所以量化前后不可避免整除，所以量化前后不可避免地存在误差，此误差我们称之为量化误差，用地存在误差，此误差我们称之为量化误差，用 表示表示。量化误差属原理误差，它是无法消除的。量化误差属原理误差，它是无法消除的。A/DA/D转换器的位数越多，各离散电转换器的位数越多，各离散电平之间的差值越小，量化

21、误差越小。平之间的差值越小，量化误差越小。两种近似量化方式：两种近似量化方式：只舍不入只舍不入量化方式和量化方式和四舍五入四舍五入的量化方式。的量化方式。(1)(1)量化误差量化误差第29页，共56页，编辑于2022年，星期六只舍不入量化方式只舍不入量化方式:量化中把不足量化中把不足1 1个量化单位的部分舍弃；个量化单位的部分舍弃；最大量化误差为：最大量化误差为：四舍五入量化方式四舍五入量化方式:量化过程将不足半个量化单位部分舍弃，对于等于或量化过程将不足半个量化单位部分舍弃，对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理。其最大量化误差为：最大量大于半个量化单位部分按一个量化单位处理。其最

22、大量化误差为：最大量化误差为化误差为(2)(2)两种量化方式两种量化方式量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码表示出来。经编码后量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码表示出来。经编码后得到的代码就是得到的代码就是A/DA/D转换器输出的数字量。转换器输出的数字量。编码编码例如：采样得到的电平分别为例如：采样得到的电平分别为0.1 0.2 0.3 1 1.2 1.09量化后对应量化后对应的应该为的应该为1 2 3 10 12 10（11）编码为）编码为0001 0010 0011 1010 1100 1010（1011）第30页，共56页，编辑于2022年，星期六2.A/D转换器分类转换

23、器分类 并联比较型并联比较型 特点特点:转换速度快转换速度快,转换时间转换时间10ns 1 s,但但电路复杂。电路复杂。逐次逼近型逐次逼近型 特点特点:转换速度适中转换速度适中,转换时间转换时间 为几为几 s 100 s,转换精度高，转换精度高，在转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡。在转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡。双积分型双积分型 特点特点:转换速度慢转换速度慢,转换时间转换时间几百几百 s 几几ms，但抗干扰能力最但抗干扰能力最强。强。第31页，共56页，编辑于2022年，星期六电压比较电压比较器器精密精密参考参考电压电压D触发触发器器VREF/153VREF/157V

24、REF/159VREF/1511VREF/155VREF/1513VREF/15输出输出数字数字量量3.2 并行比较型并行比较型A/D转换器转换器第32页，共56页，编辑于2022年，星期六11VREF/159VREF/1513VREF/157VREF/153VREF/15VREF/155VREF/15VI=8VREF/1511110000001111I7的优先级最高的优先级最高001vivO2.工作原理第33页，共56页，编辑于2022年，星期六 vI CO1 CO2 CO3 CO4 CO5 CO6 CO7 D2 D1 D0 7VREF/15 vI 9VREF/15 0 0 0 1 1 1

25、1 1 0 0 9VREF/15 vI 11VREF/15 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 5VREF/15 vI 7VREF/15 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 3VREF/15 vI 5VREF/15 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 11VREF/15 vI 13VR/15 0 1 1 1 1 1 1 1 1 013VREF/15 vI VREF/15 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 VREF/15 vI 3VREF/15 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 vI VREF/15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 根据各比较器的参考电压值，可

26、以确定输入模拟电压值与各比根据各比较器的参考电压值，可以确定输入模拟电压值与各比较器输出状态的关系。比较器的输出状态由较器输出状态的关系。比较器的输出状态由D D触发器存储，经优先编触发器存储，经优先编码器编码，得到数字量输出。码器编码，得到数字量输出。第34页，共56页，编辑于2022年，星期六在并行在并行A/DA/D转换器中，输入电压转换器中，输入电压 I I同时加到所有比较器的输入端，从同时加到所有比较器的输入端，从 I I加入到三位数字量稳定输出所经历的时间为比较器、加入到三位数字量稳定输出所经历的时间为比较器、D D触发器触发器和编码器延迟时间之和。如不考虑各器件的延迟，可认为三位和

27、编码器延迟时间之和。如不考虑各器件的延迟，可认为三位数字量是与数字量是与 I I输入时刻同时获得的。所以它具有最短的转换时输入时刻同时获得的。所以它具有最短的转换时间。间。缺点是电路复杂，如三位缺点是电路复杂，如三位ADC需比较器的个数目为需比较器的个数目为7个位数越个位数越多矛盾越突出多矛盾越突出。为了解决提高分辨率和增加元件数的矛盾，可以采取为了解决提高分辨率和增加元件数的矛盾，可以采取分级并行转换分级并行转换的方法。的方法。3.3.电路特点电路特点第35页，共56页，编辑于2022年，星期六分级并行转换分级并行转换10位位A/D转换器转换器第36页，共56页，编辑于2022年，星期六3.

28、3 逐次比较型逐次比较型A/D转换器转换器逐次逼近转换过程与用天平称物重非常相似逐次逼近转换过程与用天平称物重非常相似 。所加砝码所加砝码重量重量第一次第一次第二次第二次第三次第三次第四次第四次再加再加4克克再加再加2克克再加再加1克克8 克克砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx，8克砝码保留克砝码保留砝码总重仍砝码总重仍 待测重量待测重量Wx，2克砝码撤除克砝码撤除砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx，1克砝码保留克砝码保留 结果结果8 克克12 克克12 克克13 克克 1.1.转换原理转换原理 所用砝码重量：所用砝码重量：8克、克、4克、克、2克和克和1克。克。设待秤重量设待秤重量W

29、x=13克克。称重过程称重过程 第37页，共56页，编辑于2022年，星期六1.转换原理转换原理 第38页，共56页，编辑于2022年，星期六四位逐次比较型四位逐次比较型A/D转换器的逻辑电路如下图所示。图中五位移位转换器的逻辑电路如下图所示。图中五位移位寄存器可进行并入寄存器可进行并入/并出或串入、串出操作，其并出或串入、串出操作，其F为并行置数端，为并行置数端，高电平有效，高电平有效，S为高位串行输入。数据寄存器由为高位串行输入。数据寄存器由D边沿触发器组成，边沿触发器组成，数字量从数字量从Q4Q1输出试分析电路的工作原理。输出试分析电路的工作原理。1 10 00 00 00 01 11

30、1 1 1 01 1D1D2D3F为并行置数端，为并行置数端，高电平有效高电平有效S为高位为高位串行输入串行输入D/A转换器输出电转换器输出电压压O VREF/2,送送入比较器入比较器C与与 I比较；比较；若若 I O则比较器则比较器C 输出输出 c为为1，否则，否则为为0。比较结果（。比较结果（1或或0）送至数据寄）送至数据寄存器的存器的 D4D1。第39页，共56页，编辑于2022年，星期六1 1D31 11 1 1 0 11 1D1D2D30 00 0第40页，共56页，编辑于2022年，星期六1 1D21 11 1 0 1 11 1D1D2D30 0D3第41页，共56页，编辑于202

31、2年，星期六1 1D21 11 0 1 1 11 1D1D2D3D3D1第42页，共56页，编辑于2022年，星期六 (1)逐次比较型逐次比较型A/D转换器输出数字量的位数越多转换精度越高；转换器输出数字量的位数越多转换精度越高；(2)逐次比较型逐次比较型A/D转换器完成一次转换所需时间与其位数转换器完成一次转换所需时间与其位数n和时钟脉和时钟脉冲频率有关，位数愈少，时钟频率越高，转换所需时间越短；冲频率有关，位数愈少，时钟频率越高，转换所需时间越短；2.逐次比较型逐次比较型A/D的特点的特点第43页，共56页，编辑于2022年，星期六3.4 双积分式双积分式A/D转换器转换器基本原理基本原理

32、基本原理基本原理：对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，进而得到相应的数字之成正比的时间间隔，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，进而得到相应的数字量输出。该量输出。该A/D转换器也称为电压时间数字式积分器转换器也称为电压时间数字式积分器。原理电路原理电路原理电路原理电路第44页，共56页，编辑于2022年，星期六10.2.4 双积分式双积分式A/D转换器转换器0 00 00 00 00 0(1)准备阶段准备阶段 工作原理工作原理CR信号

33、将计数器清零；开关信号将计数器清零；开关S2闭合，待积分电容放电完毕后，断开闭合，待积分电容放电完毕后，断开S2。第45页，共56页，编辑于2022年，星期六(2)第一次积分第一次积分1 10 00 00 01 10 01 10 01 11 11 10 00 00 0t=t0时，开关时，开关S1与与A端接通，正的被测电压端接通，正的被测电压 I 加到积分器的输入端。积分加到积分器的输入端。积分器开始对器开始对 I积分，此阶段称为采样阶段积分，此阶段称为采样阶段工作原理工作原理0 00 00 00 01 10 01 10 01 11 11 10 00 01 10 00 00 01 10 01 1

34、0 01 11 11 11 11 11 10 00 00 01 10 01 10 01 11 11 10 01 10 01 10 00 01 10 01 10 01 11 11 10 00 00 0第46页，共56页，编辑于2022年，星期六10.2.4 双积分式双积分式A/D转换器转换器(2)第二次积分第二次积分1 11 10 00 01 10 01 10 0 VREF加到积分器的输入端，积分器开始向相反方向进行第二加到积分器的输入端，积分器开始向相反方向进行第二次积分；当次积分；当t=t2时，积分器输出电压时，积分器输出电压 O0，比较器输出，比较器输出 C=0，时，时钟脉冲控制门钟脉冲控

35、制门G被关闭，计数停止。被关闭，计数停止。工作原理工作原理0 0第47页，共56页，编辑于2022年，星期六T1=2nTC?T2=Tc T2=t1 t2 第48页，共56页，编辑于2022年，星期六1.转换精度 单片集成单片集成A/DA/D转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描述的。转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描述的。分辨率分辨率:转换误差：转换误差：表示表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。通常以输出误差的最大值形式给字量之间的差别。通常以输出误差的最大值形式给出，常用最低有效位的倍数表示。出，常用最低有效位的倍数表

36、示。3.5 A/D转换器的主要技术指标说明说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。若转换器对输入信号的分辨能力。若n位位A/D转换器的转换器的分辨率表示为分辨率表示为1/2n。第49页，共56页，编辑于2022年，星期六2.2.转换时间转换时间 指指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。信号所经过的时间。A/D转换器的转换时间与转换电路的类型有关转换器的转换时间与转换电路的类型有关并行比较并行比较A/D转换器的转换速度最高转换器的转换速度最高,逐次比较型逐次比较型A/D转换器次之转换器次之,间接间接A/D转

37、换器转换器(如双积分如双积分A/D)的速度最慢。的速度最慢。并行比较并行比较A/D转换器转换器(8位）位）逐次比较型逐次比较型A/D转换器转换器 间接间接A/D转换器转换器1050 s50ns10ms1000ms第50页，共56页，编辑于2022年，星期六例例 某信号采集系统要求用一片某信号采集系统要求用一片A/D转换集成芯片在转换集成芯片在1秒钟内秒钟内对对16个热电偶的输出电压分时进行个热电偶的输出电压分时进行A/D转换。已知热电偶输出电转换。已知热电偶输出电压范围为压范围为00.025V(对应于对应于0450温度范围温度范围)，需要分辨的温度为，需要分辨的温度为0.1，试问应选择多少位的

38、，试问应选择多少位的A/D转换器，其转换时间为多少？转换器，其转换时间为多少？解：解：由题意可知分辨率为由题意可知分辨率为12位位A/D转换器的分辨率为转换器的分辨率为 故必须选用故必须选用13位的位的A/D转换器。转换器。系统的采样速率为每秒系统的采样速率为每秒16次，采样时间为次，采样时间为62.5ms。对于这样慢速的采样任何一个对于这样慢速的采样任何一个A/D转换器都可达到。转换器都可达到。第51页，共56页，编辑于2022年，星期六3.6 集成A/D转换器及其应用1.ADC0804 引脚及使用说明 ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型模数转换芯片。分辨率8位，转换时间10

39、0s，输入电压范围为05V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为5V。以ADC0804介绍集成A/D转换器及其应用。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU 数据总线上，无需附加逻辑接口电路。第52页，共56页，编辑于2022年，星期六引脚功能说明：引脚功能说明：VIN+、VIN-：ADC0804的两模拟信号输入端，用以接收单极性、双极性和差动输入信号。D7D0：A/D转换器数据输出端，该输出端具有三态特性，能与微机总线相接。AGND：模拟信号地。DGND：数字信号地。CLKIN：外电路提供时钟脉冲输入端。CLKR：内部时钟发生器外接电阻端与CLKIN端配

40、合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/1.1RC。第53页，共56页，编辑于2022年，星期六引脚功能说明：引脚功能说明：CS:片选信号输入端，低电平有效，一旦有效表明A/D转换器被选中可启动工作。WR:写信号输入，接受微机系统或其它数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，当CS、WR同时为低电平时，启动转换。RD：读信号输入，低电平有效，当、同时为低电平时，可读取转换输出数据。INTR：转换结束输出信号，低电平有效。输出低电平表示本次转换已完成。该信号常作为向微机系统发出的中断请求信号。第54页，共56页，编辑于2022年，星期六2.ADC0804的典型应用第55页，共56页，编辑于20

41、22年，星期六A/D转换器的功能是将输入的模拟信号转换成一组多转换器的功能是将输入的模拟信号转换成一组多位的二进制数字输出。不同的位的二进制数字输出。不同的A/D转换方式具有各自的转换方式具有各自的特点。并联比较型特点。并联比较型A/D转换器转换速度快，主要缺点是转换器转换速度快，主要缺点是要使用的比较器和触发器很多，随着分辨率的提高，所要使用的比较器和触发器很多，随着分辨率的提高，所需元件数目按几何级数增加。双积分型需元件数目按几何级数增加。双积分型A/D转换器的性能转换器的性能比较稳定，转换精度高，具有很高的抗干扰能力，电路结比较稳定，转换精度高，具有很高的抗干扰能力，电路结构简单，其缺点是工作速度较低，在对转换精度要求较高，构简单，其缺点是工作速度较低，在对转换精度要求较高，而对转换速度要求较低的场合，如数字万用表等检测仪器而对转换速度要求较低的场合，如数字万用表等检测仪器中，得到了广泛的应用逐次逼近型中，得到了广泛的应用逐次逼近型A/D转换器的分辨率较转换器的分辨率较高、误差较低、转换速度较快，在一定程度上兼顾了以上高、误差较低、转换速度较快，在一定程度上兼顾了以上两种转换器的优点，因此得到普遍应用。两种转换器的优点，因此得到普遍应用。本节小结第56页，共56页，编辑于2022年，星期六