第8章 模拟量与数字量转换.ppt

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1、第 8 章模拟量与数字量转换 将数字量转换为模拟量的装置称为将数字量转换为模拟量的装置称为数数/模变换器模变换器(简称简称D/A转换器转换器、DAC);将模拟量转换为数字量的装置称为将模拟量转换为数字量的装置称为模模/数变换器数变换器(简称简称A/D转换器转换器、ADC)。它们是重要的接口器件。它们是重要的接口器件。一、一、DAC的结构、工作原理的结构、工作原理+-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR5 kR=80 k1、权电阻、权电阻D/A变换器变换器第第1节节 D/A转换器转换器+-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R

2、1R0RFD3D2D1D00011 UR5 kR=80 kUo =-URRFR（）D3D0D1D223202122根据反相比例运算公式可得：根据反相比例运算公式可得：输出模拟电压的大小直接与输入输出模拟电压的大小直接与输入 二进制数的二进制数的大小成正比，实现了数字量大小成正比，实现了数字量 到模拟量的转换到模拟量的转换。I0I1I2、R-2R T形电阻网络形电阻网络DAC+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0IABCD+-AuoS2S32R2RR3R2RF00 URRI3I2CD2RUD =URUc =UR/2U

3、B =UR/4UA =UR/8即：即：每个每个 2R支路中的支路中的电流也逐位减半。电流也逐位减半。+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0IABCDI=I3 +I2 +I1 +I0UR2R=D3UR16RD0UR8RD1UR4RD2+=UR16R(8D3 +4D2 +2D1 +1D0)=UR RF16R(8D3 +4D2 +2D1 +1D0)uo-+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0IABCDDAC 0832 管脚分布图管脚分布图CS

4、WR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCURRfbDGNDLCEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120二、二、集成集成DACDAC 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/DD7D0.11 （1）分辨率）分辨率指分辨最小电压的能力。常用最小输出指分辨最小电压的能力。常用最小输出电压和最大输出电压之比。即电压和最大输出电压之比。即1/（2n-1），），有时

5、也用有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。输入数字量的有效位数来表示分辨率。（2）转换精度）转换精度指最大静态转换误差，一般是小于最指最大静态转换误差，一般是小于最低有效位为低有效位为1时的输出电压的时的输出电压的1/2。常用用相对值表示。常用用相对值表示（1/2）/（2n-1）1/2n+1 。（3）输出电压）输出电压(电流电流)的建立时间的建立时间输入数字量为全输入数字量为全0到全到全1，输出电压达到稳定值所需要的时间。超高，输出电压达到稳定值所需要的时间。超高速（速（ui 7Us/87Us/8 ui 6Us/86Us/8 ui 5Us/85Us/8 ui 4Us/84Us/8 ui 3

6、Us/83Us/8 ui 2Us/82Us/8 ui 1Us/81Us/8 ui 0A B C D E F G D2D0D1编码器输出编码器输出输入电压输入电压ui1 1 1 1 1 1 11111 1 1 1 1 1 0000111110 0 0 0 0 0 00000000 0 0 0 0 0000 0 00000 0 000 01111111111111111111000逻辑状态关系表逻辑状态关系表2、逐次逼近式、逐次逼近式ADC 工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重若有四个砝码共重15克，每个重量分别为克，每个重量分别为8、4、2

7、、1克。设待秤重量克。设待秤重量Wx=13.4克，可以用下表克，可以用下表步骤来秤量：步骤来秤量：砝码重砝码重第一次第一次第二次第二次第三次第三次第四次第四次加加4克克加加2克克加加1克克8 克克砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx，故保留故保留砝码总重仍砝码总重仍 待测重量待测重量Wx，故撤除故撤除砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx，故保留故保留暂时结果暂时结果8 克克12 克克12 克克13 克克 结结 论论数模数模转换器转换器逐次逼近比较器逐次逼近比较器控制电路控制电路顺序脉冲发生器顺序脉冲发生器数字量输出数字量输出时钟脉冲时钟脉冲电压比电压比较较 器器Muoui原理原理框图框图Q

8、ARASAQBRBSBQCRCSC&3位数模位数模转换器转换器&Q1Q2Q3Q4Q5B2(22)B1(21)B0(20)CPuiuo顺顺 序序 脉脉 冲冲 发发 生生 器器0000000000000000CP10000010000100001CP0100010000100000CP120100000100010001CP10110000100010000CP1230110000001001001CP1241111000010000101CP1230110000000000100CP123450110000000000011110CP12340000000000000000CP12345 511

9、11000001001000CP123 （1）分辨率：）分辨率：以输出二进制代码的位数表以输出二进制代码的位数表示分辨率。位数越多，量化误差越小，转换精示分辨率。位数越多，量化误差越小，转换精度越高。度越高。（3）转换时间：）转换时间：完成一次转换所需要的时间，完成一次转换所需要的时间，即从它接到转换命令起直到输出端得到稳定的即从它接到转换命令起直到输出端得到稳定的数字量输出所需要的时间。数字量输出所需要的时间。（2）转换精度：）转换精度：最大误差一般不大于最低最大误差一般不大于最低有效位所对应的输入模拟电压。有效位所对应的输入模拟电压。相相对精度对精度 1/（2n-1）。）。三、三、ADC的

10、的主要性能指标主要性能指标四、四、集成集成ADC集成集成ADC：逐次比较型、双积分型等；逐次比较型、双积分型等；8位、位、12位、位、20位等位等集成集成ADC0809：8位、前置位、前置8选选1模拟开关、模拟开关、后置三态输出数据锁存器，后置三态输出数据锁存器，另有相应的控制端，便于程序控制，易于直接微机。另有相应的控制端，便于程序控制，易于直接微机。思考题思考题1、DAC和和ADC有什么用途有什么用途?2、R-2R T形电阻网络有什么特点？形电阻网络有什么特点？为什么通常采用为什么通常采用R-2R T 形电阻网络形电阻网络DAC而不用权电阻而不用权电阻DAC?3、什么是什么是DAC、ADC的分辨率和转换精度？的分辨率和转换精度？4、比较并联比较型、比较并联比较型ADC和逐次比较型和逐次比较型DAC的优缺点的优缺点?习题：习题：P398 8.4.1，8.4.6