第九章数模与模数转换器课件.ppt

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1、第九章数模与模数转换器第1页，此课件共50页哦第九章、数模与模数转换器第2页，此课件共50页哦一般电子（控制）系统的组成一般电子（控制）系统的组成第3页，此课件共50页哦00111、倒、倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器（1）结构原理）结构原理R-2R电阻网电阻网电子开关电子开关数字输入数字输入权电流权电流9.1 D/A转换器转换器 第4页，此课件共50页哦（3）运算放大器的）运算放大器的输出电压输出电压（2）输出电流）输出电流第5页，此课件共50页哦运放的输出电压运放的输出电压若若Rf=R,则有则有（4）推广到一般，输出电流）推广到一般，输出电流模拟输出电压模拟输出电压Uo只与数字只

2、与数字量有关量有关D/A转换。转换。第6页，此课件共50页哦（5）转换精度问题）转换精度问题由运放的输出电压一般表达式由运放的输出电压一般表达式1）R-2R网络精度问题网络精度问题2）电子开关导通时的内阻问题）电子开关导通时的内阻问题制造时采用激光校准技术解决；i、采用权电流型电路解决；ii、采用把内阻归入2R电阻中解决；3）参考电压）参考电压VREF的精度，电阻的精度，电阻Rf的精度的精度用户自己解决。用户自己解决。第7页，此课件共50页哦2、权电流型、权电流型D/A转换器转换器（1）结构原理）结构原理权电权电流源流源一般表一般表达式：达式：（2）运放输出电压）运放输出电压 第8页，此课件共

3、50页哦MSB 数数字字量 LSB模拟量模拟量11111111 10000001100000000111111100000001000000003、D/A转换器的输出方式转换器的输出方式（1）单极性输）单极性输出（出（8位）位）输出极性取决与参输出极性取决与参考电压考电压极性。极性。第9页，此课件共50页哦+IRfD0D1Dn-1VREFVoD/A+（2）反向输出）反向输出输出输出Vo的极性与参考电压的极性与参考电压VREF极性正好相反！极性正好相反！第10页，此课件共50页哦十进制数2的补码模拟D7D6D5D4D3D2D1D0127011111111271260111111012610000

4、000110000000000-111111111-1-12710000001-127-12810000000-128（3）双极性输出）双极性输出 1）2的补码的补码正数：补码原码负数：补码反码1符号位符号位第11页，此课件共50页哦十进制数偏移二进制码模拟量D7D6D5D4D3D2D1D0127111111111271261111111012611000000110100000000-101111111-1-12700000001-127-12800000000-1282）偏移二进制码偏移二进制码第12页，此课件共50页哦偏移二进制码偏移二进制码D双极性输双极性输出电路实出电路实现：现：第1

5、3页，此课件共50页哦4 D/A变换器的主要技术指标变换器的主要技术指标 一般一般用输入数字量的有效位数来表示分辨率。用输入数字量的有效位数来表示分辨率。一、一、分辨率分辨率 二、二、线性度线性度 通常用非线性误差的大小表示通常用非线性误差的大小表示D/A 变换器的线性变换器的线性度。把偏离理想的输入输出特性的偏差与满刻度度。把偏离理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义输出之比的百分数定义 为非线性误差。为非线性误差。三、三、输出电压输出电压(电流电流)的建立时间的建立时间D/A转换的速度，例如：1次/1us第14页，此课件共50页哦5、8位位 D/A转换器转换器 DAC 083

6、2及其应用及其应用 D/A变换器集成电路有多种型号。下面仅以变换器集成电路有多种型号。下面仅以DAC0832为例来介绍集成电路为例来介绍集成电路D/A变换器。变换器。它是八位的它是八位的D/A变换器变换器,即在对其输入八位数即在对其输入八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。的模拟电压值。第15页，此课件共50页哦DAC 0832 简化电路框图简化电路框图八位八位寄存器寄存器(1)输入输入八位八位寄存器寄存器(2)输入输入八位八位变换器变换器URRfbIout1Iout2AGNDVCCuoDGND&ILECSWR1WR2XFERA

7、/DD7D0.11第16页，此课件共50页哦DAC 0832 管脚图管脚图CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCURRf bDGNDILEXFERIout2Iout11234567891019181716151413121120CS：片选端：片选端WR1、WR2：写入端：写入端D7-D0：数据输入端：数据输入端XFER：转移控制端：转移控制端ILE：锁存使能端：锁存使能端Iout2Iout1：电流输出端：电流输出端UR：参考电压端参考电压端Rf b：内部反馈电内部反馈电 阻输出端阻输出端第17页，此课件共50页哦功功 能能数据数据D D7 7-D-D0 0输输入到寄存器

8、入到寄存器1 1数据由寄存器数据由寄存器1 1转送寄存器转送寄存器2 2从输出端取从输出端取模拟量模拟量控控 制制 条条 件件CSILEWR1WR2XFER说说 明明01WR1=0时存入数据时存入数据WR1=1时锁定时锁定WR2=0时存入数据时存入数据WR2=1时锁定时锁定0无控制信号，无控制信号，随时可取随时可取DAC0832 功功 能能 表表第18页，此课件共50页哦例例1.DAC的连接工作的连接工作第19页，此课件共50页哦例例2 集成集成DAC应用应用 可编程电源第20页，此课件共50页哦1ADC的组成的组成 9.2 A/D转换器转换器(1)采样保持采样保持 采采采采样样样样：就就就就

9、是是是是将将将将一一一一个个个个连连连连续续续续变变变变化化化化的的的的模拟模拟模拟模拟量在时间轴上量在时间轴上量在时间轴上量在时间轴上离散离散离散离散化。化。化。化。保保保保持持持持：采采采采样样样样结结结结果果果果存存存存储储储储起起起起来来来来，直直直直到到到到下下下下次次次次采采采采样样样样。采采采采样样样样器器器器和和和和保保保保持持持持电电电电路一起总称为路一起总称为路一起总称为路一起总称为采样保持采样保持采样保持采样保持电路。电路。电路。电路。第21页，此课件共50页哦CuITCPsA（2）采样保持）采样保持示意图示意图（3）采样保持电）采样保持电路图路图 CPs的频率（采样频的

10、频率（采样频率）率）fs必须满足：必须满足：fs2f imax 这样才能将采样保这样才能将采样保持后的持后的 不失真地恢不失真地恢复成输入电压复成输入电压 。采样采样：CPS=1，T导通，电容C充电，运放输出跟踪输入电压uI(t)。保持保持：CPS=0，T截止，电容C无路放电，运放输出。第22页，此课件共50页哦（4）量化编码）量化编码量化：量化：将介于两个离散电平之间的采样值，归并到这两个离散电平之一上。编码：编码：将量化后的有限个整量值用n位一组数字代码来描述以形成数字量。第23页，此课件共50页哦（5）量化方式和量化方式和量化误差量化误差 1)只舍不入法只舍不入法量化误差为：量化误差为：

11、S(量化单位量化单位).000000011101100第24页，此课件共50页哦2)四舍五入法四舍五入法量化误差为：量化误差为：S/2000001100110100第25页，此课件共50页哦 A/D转转转转换换换换器器器器分分分分为为为为：并并并并行行行行比比比比较较较较型型型型、逐逐逐逐次次次次逼逼逼逼近近近近型型型型和和和和双双双双积分型积分型积分型积分型三种。三种。三种。三种。9.3 几种典型的几种典型的A/D转换器转换器 1 1、并行、并行、并行、并行ADCADC工作原理工作原理工作原理工作原理 量化：量化：电阻串分压构成；比较：比较：输入模拟电压uI通过器与量化单位比较；存储：存储：

12、比较结果由D触发器存储；数字量：数字量：D触发器输出通过编码器形成数字量。第26页，此课件共50页哦三位并行三位并行三位并行三位并行ADCADC转换转换转换转换真真真真值值值值表表表表 对于对于对于对于n n位输出二进制码，并行位输出二进制码，并行位输出二进制码，并行位输出二进制码，并行ADCADC就需要就需要就需要就需要2 2n n-1-1个比较器。并行个比较器。并行个比较器。并行个比较器。并行ADCADC适用于速度要求很高，而输出位数较少的场合。适用于速度要求很高，而输出位数较少的场合。适用于速度要求很高，而输出位数较少的场合。适用于速度要求很高，而输出位数较少的场合。第27页，此课件共5

13、0页哦2 2、逐次逼近型、逐次逼近型ADCADC 逐次逼近：采用逐次逼近：采用逐次逼近：采用逐次逼近：采用对分搜索对分搜索对分搜索对分搜索策略，每策略，每策略，每策略，每次以剩余段的中间数与输入值比较。次以剩余段的中间数与输入值比较。次以剩余段的中间数与输入值比较。次以剩余段的中间数与输入值比较。当该数小于输入时，留下；反之弃当该数小于输入时，留下；反之弃当该数小于输入时，留下；反之弃当该数小于输入时，留下；反之弃之。而后再取去之。而后再取去之。而后再取去之。而后再取去剩余段的中间数进剩余段的中间数进剩余段的中间数进剩余段的中间数进行比较直至末位，以逼近值代替输入行比较直至末位，以逼近值代替输

14、入行比较直至末位，以逼近值代替输入行比较直至末位，以逼近值代替输入值。值。值。值。第28页，此课件共50页哦(1)START和CP到达，时序分配器置数01111，使Q3Q2Q1Q0=1000，D/A输出 逐次逼近式逐次逼近式ADC原理原理0 1 1 1 11000若（2）第2个CP到分配器输出10111，使Q3Q0=1100，D/A输出再与uI比较，若 1 0 1 1 11 1 0 1 11100（3）第3个CP使分配器输出11011，使Q3Q0=1010，若1010第29页，此课件共50页哦1 1 1 0 11 1 1 1 01 1 1 1 1（4）第4个CP使分配器输出11101，使Q3Q

15、0=1001，若（5）第5个CP使分配器输出11110，使Q3Q0=1001，转换结束；（6）第6个CP使分配器输出11111，Q3Q0 被打入D触发器，转换结果输出。10011001第30页，此课件共50页哦1 1 1 0 11 1 1 1 01 1 1 1 110011001第31页，此课件共50页哦3、双积分、双积分ADC 1)采样阶段：启动脉冲使Qn=0，开关S与输入信号uI连接,A/D转换开始。积分器对uI进行反向积分。第32页，此课件共50页哦uA0，比 较 器 输 出UC=1，G门打开，n位二进制计数器从0开始计数。一直到触发器FnFn-1F0为：100，开关S转接至基准电源UR

16、，采样阶段结束。第33页，此课件共50页哦2)比较阶段：积分器对-UR进行积分代入上式得求得当uA0时，过零比较器输出UC=0，G门被封锁，计数器停止计数。假设此时计数器已记录了N个脉冲，则N第34页，此课件共50页哦9.4ADC的主要技术指标的主要技术指标 1.分辨率分辨率 分辨率分辨率指ADC对输入模拟信号的分辨能力。分辨率分辨率在最大输入电压一定时，输出位数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高。分辨率分辨率输入最大值例如，n8，（8位的ADC），Um5V，其分辨率为：第35页，此课件共50页哦2.转换误差转换误差 转转换换误误差差:表示ADC实际输出的数字量和理论值之间的差别，常用最低有效位的

17、倍数表示。例如：转换误差LSB/2，表示误差小于最低位的半个字。第36页，此课件共50页哦3.转换速度转换速度 并行ADC转换速度最高，八位二进制输出的单片ADC其转换时间在50ns内；逐次逼近型ADC转换速度次之，一般在10150s；双积分式ADC转换速度最慢，转换时间约在几十毫秒至几百毫秒间。实际应用中，应从系统总的位数、精度要求、输入模拟信号的范围及输入信号极性等方面综合考虑ADC的选用。转换时间：转换时间：指ADC从转换启动，到输出端得到稳定的数据信号所经过的时间。第37页，此课件共50页哦第38页，此课件共50页哦双积分双积分A/D转换器实例转换器实例-TC14433(MC14433

18、)3-1/2 Digit Analog-to-Digital Converters第39页，此课件共50页哦nGENERAL DESCRIPTION(1)The TC14433 is a low power,high-performance,mono-lithic CMOS 3-1/2 digit A/D converter.The TC14433 com-bines both analog and digital circuits on a single IC,thus minimizing the number of external components.第40页，此课件共50页哦 (2

19、)This dual-slope A/D converter provides automatic polarity and zero correction with the addition of two external resistors and two capacitors.(3)The full-scale voltage range of this ratiometric IC extends from 199.9 millivolts to 1.999 volts.(4)The TC14433 can operate over a wide range of power supply voltages,including batteries and standard 5-volt supplies.第41页，此课件共50页哦PIN DESCRIPTIONS第42页，此课件共50页哦第43页，此课件共50页哦第44页，此课件共50页哦FUNCTIONAL BLOCK DIAGRAM第45页，此课件共50页哦千位千位百位百位十位十位十位十位第46页，此课件共50页哦第47页，此课件共50页哦第48页，此课件共50页哦第49页，此课件共50页哦完第50页，此课件共50页哦