第14章模拟量和数字量的转换精选PPT.ppt

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1、第14章模拟量和数字量的转换第1页，此课件共22页哦14.1 D/A转换器 1.D/A转换器的基本原理和转换特性 如图14-2所示为 D/A转换原理图，将输入的每一位二进制码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。D/A转换器的转换特性是指其输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。如图14-3所示是输入为三位二进制数时的 D/A转换器的转换特性。一、D/A转换器的基本原理 第2页，此课件共22页哦 理想D/A转换器的转换特性应是输出模拟量与输入数字量成正比，即输出模拟电压uo=KuD或输出模拟电流io=KiD

2、。其中Ku和Ki为电压和电流转换比例系数，D为输入二进制数所代表的十进制数。如果输入为n位二进制数dn-1dn-2d1d0，则输出模拟电压为 uo=Ku（dn-1 2n-1+dn-22n-2+d121+d020）图14-2 D/A转换原理图 图14-3 D/A转换器的转换特性 第3页，此课件共22页哦2.D/A转换器的主要技术指标 （1）分辨率 分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的 D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同输入二进制码的状态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。分辨率也可以用 D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。十位D/A转换器的分辨率为 （2

3、）转换精度 D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。第4页，此课件共22页哦（3）输出建立时间 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为输出建立时间。第5页，此课件共22页哦1.二进制权电阻网络 D/A转换器 如图14-4所示，不论模拟开关接到集成运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是 1还是0，各支路的电流不变。二、D/A转换器的构成 图14-4 二进制权电阻网络 D/A转换器 第6页，此课件共22页哦各支路电流分别为 则电路中电流i的大小取决于电路中开关（数字信号）的状态，其合成电流为 集成运算放大

4、器的输出电压uo为 第7页，此课件共22页哦2.倒 T型电阻网络D/A转换器 如图14-5所示，分别从虚线 A、B、C、D处向右看的二端网络等效电阻都是R，则从参考电压端输入的电流为 图14-5 倒 T型电阻网络D/A转换器第8页，此课件共22页哦各支路电流分别为 则电路中电流i的大小取决于电路中开关（数字信号）的状态，其合成电流为 集成运算放大器的输出电压uo为 第9页，此课件共22页哦 其主要技术指标如下:（1）分辨率八位;（2）电流稳定时间1s;（3）可双缓冲、单缓冲或直接数字输入;（4）只需在满量程下调整其线性度;（5）单一电源供电（+5+15 V）;（6）低功耗，20 mW。1.DA

5、C0832的结构及原理 DAC0832采用CMOS工艺，是具有20个引脚的双列直插式单片八位D/A转换器，其结构如图14-6所示。三、DAC 0832 第10页，此课件共22页哦图14-6 DAC0832的结构框图 DAC0832由三大部分组成:一个八位输入寄存器、一个八位DAC寄存器和一个八位 D/A转换器。第11页，此课件共22页哦 它的工作原理简述如下:在图14-6中，为寄命令。当=1时，寄存器的输出随输入变化;当=0时，数据锁存在寄存器中，不随输入数据的变化而变化，其逻辑表达式为 由此可见，当ILE=1、=0时，=1，允许数据输入。而当=1时，=0，数据被锁存。能否进行 D/A转换，除

6、了取决于以外，还要依赖于。由图14-6可知，当和均为低电平时，=1，此时允许 D/A转换，否则=0，将停止 D/A转换。2.DAC0832的引脚功能 DAC0832的引脚排列如图14-7所示。各引脚的功能如下:（1）控制信号引脚 第12页，此课件共22页哦（2）其他引脚的功能 D0D7:数字输入量。D0是最低位（LSB），D7是最高位（MSB）。图14-7 DAC0832的引脚图 第13页，此课件共22页哦 IOUT1:DAC电流输出1。当 DAC寄存器为全 1时，表示IOUT1为最大值;当 DAC寄存器为全 0时，表示IOUT1为0。IOUT2:DAC电流输出2。IOUT2为常数减去IOUT

7、1，或者IOUT1+IOUT2=常数。在单级性输出时，IOUT2通常接地。Rfb:反馈电阻，为外部集成运算放大器提供一个反馈电压。Rfb可由内部提供，也可由外部提供。VREF:参考电压输入，要求外部接一个精密的电源。当VREF为10 V（或5 V）时，可 获得满量程四象限的可乘操作。UCC:数字电路供电电压，一般为+5+15 V。AGND:模拟地。DGND:数字地。第14页，此课件共22页哦14.2 A/D转换器 1.D/A转换器的转换过程 如图14-8所示，模拟电子开关 S在采样脉冲CPS的控制下重复接通、断开。S接通时，ui（t）对C充电，为采样过程;S断开时，C上的电压保持不变，为保持过

8、程。在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。2.采样-保持电路 采样-保持电路如图14-9（a）所示，t0时刻 S闭合，CH被迅速充电，电路处于采样阶段。一、A/D转换器的基本原理 第15页，此课件共22页哦 由于两个放大器的增益都为1，因此这一阶段uo跟随ui变化，即uo=ui。t1时刻采样阶段结束，S断开，电路处于保持阶段。若 A2的输入阻抗为无穷大，S为理想开关，则CH没有放电回路，两端保持充电时的最终电压值不变，从而保证电路输出端的电压uo维持不变。输出电压波形如图14-9（b）所示。图14-8 A/D转换器的转换过程第16页，此课件共22页哦3.逐次

9、逼近型 A/D转换器 逐次逼近型 A/D转换器的结构框图如图14-10所示。转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成 1，使输出数字为1000。这个数码被 D/A转换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与ui进行比较。图14-9 采样-保持电路 第17页，此课件共22页哦4.A/D转换器的主要技术指标 （1）分辨率 A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。（2）相对精度 在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。图14-10 逐次逼近型 A/D转换器的结构框图 第18

10、页，此课件共22页哦 （3）转换速度 转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。二、ADC0808、ADC0809 1.ADC0808、ADC0809的组成及工作原理 如图14-11所示，ADC0808、ADC0 809由两部分组成，第一部分为八通道多路模拟开关以及相应的地址锁存与译码电路，可以实现八路模拟信号的分时采集。第二部分为一个逐位逼近式 A/D转换器，它由比较器、控制逻辑、三态输出锁存缓冲器、逐位逼近寄存器、树状开关和256 R梯型电阻网络组成。第19页，此课件共22页哦2.ADC0809的引脚功能 ADC

11、0809的引脚排列如图14-12所示。（1）IN0IN7:八个模拟量输入端。（2）START:启动 A/D转换，当START为高电平时，A/D开始转换。图14-11 ADC0808、ADC0809的结构框图 第20页，此课件共22页哦 图14-12 ADC0809的引脚图（3）EOC:转换结束信号。此信号可用做A/D转换是否完成的查询信号或向CPU请求 中断的信号。（4）OE:输出允许信号或称为 A/D数据读信号。当此信号为高电平时，可从A/D转换 器中读取数据。此信号可作为系统中的片选信号。第21页，此课件共22页哦 （5）CLK:实时时钟，最高允许值为640 kHz，可通过外接电路提供频率信号，也可用系统ALE分频获得。（6）ALE:通道地址锁存允许，高电平有效。当ALE为高电平时，允许ADDC、ADDB、ADDA锁存到通道地址锁存器，并选择对应通道的模拟输入送到 A/D转换器。（7）ADDA、ADDB、ADDC:通道地址输入，C为最高，A为最低。（8）D0D7:数字量输出线。（9）VREF（+）、VREF（-）:正负参考电压，用来提供 D/A转换器的基准参考电压。一般VREF（+）接+5 V，VREF（-）接地。（10）UCC、GND:电源电压UCC接+5 V，GND为地。第22页，此课件共22页哦