數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器PPT課件

1、模擬量（溫度）A/D轉(zhuǎn)換器微處理器顯示打印報(bào)警A/D轉(zhuǎn)換器微處理器D/A轉(zhuǎn)換器加熱器模擬量（溫度）測量控制11.1 概述設(shè)定溫度第1頁/共46頁 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器開關(guān)樹型D/A轉(zhuǎn)換器權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器具有雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器11.2 D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器的分類 第2頁/共46頁D/A轉(zhuǎn)換器功能: 將數(shù)字量成正比地轉(zhuǎn)換成模擬量。N位數(shù)字量模擬量D/A轉(zhuǎn)換器一個n位二進(jìn)制數(shù)可以表示為：Dn = dn-1dn-2. d0dn-1：最高位（MSB），其權(quán)為2n-1d0：最低位（LSB），其權(quán)為20100011221122222niiinn

2、nndddddD102niiidkkDA第3頁/共46頁權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器第4頁/共46頁倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器第5頁/共46頁CB7520（AD7520）的電路原理圖第6頁/共46頁權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器第7頁/共46頁利用倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)的權(quán)電流型D/A 轉(zhuǎn)換器第8頁/共46頁VREF已知VREF=10V，RR=5k， RF=5k試寫出輸出電壓的表達(dá)式第9頁/共46頁開關(guān)樹型D/A轉(zhuǎn)換器對負(fù)載要求？對開關(guān)要求？第10頁/共46頁權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器第11頁/共46頁轉(zhuǎn)換開始前令SD，S0S3接地，電容放電斷開SD假設(shè)d d2d1d0=1000yccccc0012令REFtREFyRE

3、FyyoVccVcccVcccv3333111)2222(2001122334ddddVvREFo第12頁/共46頁1. 輸出電壓精度只與各電容器電容量的比例有關(guān)，而與電容量的絕對值無關(guān)。2. 輸出電壓的穩(wěn)態(tài)值不受開關(guān)電阻及參考電壓源內(nèi)阻的影響，降低了對開關(guān)電路及參考電壓源的要求。3. 穩(wěn)態(tài)下權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)不消耗功率。權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器第13頁/共46頁具有雙極性輸出的DA轉(zhuǎn)換器 目的：能夠把以補(bǔ)碼形式輸入的正、負(fù)數(shù)分別轉(zhuǎn)換成正、負(fù)極性的模擬電壓補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入對應(yīng)的對應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)十進(jìn)制數(shù)要求的要求的輸出電壓輸出電壓d2 d1 d00 1 1+3+3V0 1 0+2+2V0 0 1+1+1V0

4、 0 000V1 1 1-1-1V1 1 0-2-2V1 0 1-3-3V1 0 0-4-4V原碼輸入原碼輸入無偏移時無偏移時的輸出的輸出偏移偏移4V后的輸出后的輸出d2 d1 d01 1 1+7V+3V1 1 0+6V+2V1 0 1+5V+1V1 0 0+4V0V0 1 1+3V-1V0 1 0+2V-2V0 0 1+1V-3V0 0 00V-4V第14頁/共46頁具有雙極性輸出電壓的D/A轉(zhuǎn)換器第15頁/共46頁 DADA轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度能夠分辨出來的最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。也可以用輸入二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)表示。轉(zhuǎn)換精度：通常由分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描

5、述。分辨率：表示DA轉(zhuǎn)換器在理論上能達(dá)到的精度。分辨率的表示方法：第16頁/共46頁轉(zhuǎn)換誤差：描述DA轉(zhuǎn)換器實(shí)際能達(dá)到的精度轉(zhuǎn)換誤差產(chǎn)生的原因：參考電壓的波動。運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移。模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降，電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻阻值的偏差以及三極管的特性的不一致等。第17頁/共46頁比例系數(shù)誤差：比例系數(shù)誤差：由參考電壓誤差產(chǎn)生由參考電壓誤差產(chǎn)生REFnnoVDv211第18頁/共46頁漂移誤差漂移誤差：由運(yùn)放零點(diǎn)漂移產(chǎn)生由運(yùn)放零點(diǎn)漂移產(chǎn)生第19頁/共46頁非線性誤差：模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻和壓降不同造成第20頁/共46頁DADA轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度建立時間：從輸入的數(shù)字量開始突變開始，

6、直到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)相差0.5LSB范圍以內(nèi)的這段時間。第21頁/共46頁如何進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換？時間上幅度上離散的數(shù)字量時間上幅度上連續(xù)的模擬量11.3 A/D轉(zhuǎn)換器 vsvitt第22頁/共46頁A/D轉(zhuǎn)換一般包括采樣、保持、量化、編碼四個步驟。 A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟 采樣保持：完成對模擬信號時間上的離散化。量化：將采保電路得到的模擬信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號。編碼：將數(shù)字信號按照一定的編碼形式輸出。第23頁/共46頁一. 采樣：采樣定理(max)2isff 為了能正確無誤地用取樣信號表示模擬信號，取樣信號必須有足夠高的頻率?？梢宰C明，為了保證能從取樣信號將原來的被取樣信號恢復(fù)，必須滿足(ma

7、x)if為輸入模擬信號的最高頻率分量的頻率其中vivs)(A f(max)if(max)isff f第24頁/共46頁采樣保持電路: 基本形式信號保持精度取樣速度輸入阻抗第25頁/共46頁改進(jìn)的采樣保持電路LF198 第26頁/共46頁A1A2LR1R2SCh30030k1D2DiuLuo uou D1和D2兩個二極管起到什么作用？ 第27頁/共46頁二. 量化和編碼 數(shù)字信號不僅僅在時間上是離散的，而且在幅度上也是離散的，任何一個數(shù)字量的大小只能是某個最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。將一個取樣信號轉(zhuǎn)換為一個最小數(shù)量單位的整數(shù)倍這樣的過程，稱為量化。 這個最小數(shù)量單位叫量化單位，用表示，數(shù)字信號的最低有

8、效位（LSB）的1所代表的數(shù)量大小就為 。 連續(xù)的模擬信號和離散的數(shù)字信號之間的誤差稱為量化誤差。第28頁/共46頁111110101100011010001000111110101100011010001000輸入信號1V7/8V6/8V5/8V4/8V3/8V2/8V1/8V0二進(jìn)制代碼輸入信號二進(jìn)制代碼1V13/15V11/15V9/15V7/15V5/15V3/15V1/15V0代表的模擬電壓7=7/8（V）6=6/8（V）5=5/8（V）4=4/8（V）3=3/8（V）2=2/8（V）1=1/8（V）0 =0 （V）代表的模擬電壓7=14/15（V）6=12/15（V）5=10/15

9、（V）4= 8/15（V）3= 6/15（V）2= 4/15（V）1= 2/15（V）0 = 0 (V）要求：將01V的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成3位二進(jìn)制代碼=1/8V=2/15V第29頁/共46頁 A/D轉(zhuǎn)換器的分類 A/D轉(zhuǎn)換器直接型并行比較型反饋比較型逐次逼近型計(jì)數(shù)型間接型電壓-時間型（VT）型-雙積分型電壓-頻率型（VF）型第30頁/共46頁REFViVCP)(2MSBd)(0LSBd1d電壓比較器寄存器代碼轉(zhuǎn)換器9.3.3 直接A/D轉(zhuǎn)換器并行比較型例：若Vi處于(3/155/15) VREF之間110000011101000010第31頁/共46頁邏輯狀態(tài)關(guān)系表寄存器狀態(tài)(01/15)

10、VREFQ7d2d0d1編碼器輸出輸入電壓Vi0 0 0 0 0 0 00000 0 0 0 0 0 11 11000001 1 1 1 1 1 11111111 1 1 1 1 1111 1 1 1111 1 111 10000000000000000000111(1/153/15) VREF(3/155/15) VREF(7/159/15) VREF(9/1511/15) VREF(11/1513/15) VREF(13/151) VREFQ6Q5Q4Q3Q2Q1(5/157/15) VREF第32頁/共46頁直接A/D轉(zhuǎn)換器反饋比較型（計(jì)數(shù)器型）LvivovBv第33頁/共46頁 其工作

11、原理可用天平秤重作比喻。若有四個砝碼共重15克，每個重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量Wx = 13克，可以用下表步驟來秤量：砝碼重第一次第二次第三次第四次加4克加2克加1克8 克 砝碼總重 待測重量Wx ，故保留砝碼總重仍 待測重量Wx ，故撤除砝碼總重 待測重量Wx ，故保留暫時結(jié)果8 克12 克12 克13 克 結(jié) 論直接A/D轉(zhuǎn)換器反饋比較型（逐次逼近型）第34頁/共46頁2Q3Q4Q5Q&11&+-2d12dd0DAC)2(2)2(1)2(0+-AQBQAFBFCQC1R1S1C1R1S1C1R1S1CF1G2G3G4G5G6G7G8GAU1DC11DC11DC1

12、1DC11DC1LU9GiuBU(LSB)MSB)(CPC1Q1F2F3F4F5FBvivovLv第35頁/共46頁 9.3.4 間接A/D轉(zhuǎn)換器雙積分型第36頁/共46頁第37頁/共46頁 采樣階段定時積分階段：i10i1o1d)(1URCTtRUCUT比較轉(zhuǎn)換階段定電壓積分階段： i1REF2URCTVRCT1RRFi2TVUT iREF12UVNND第38頁/共46頁A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo) 1. 轉(zhuǎn)換精度： 采用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差兩個指標(biāo)描述轉(zhuǎn)換精度。 分辨率：說明AD轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力，通常以輸出二進(jìn)制的位數(shù)來表示。N位的AD轉(zhuǎn)換器能夠區(qū)分的輸入電壓的最小差異為1/2n(FSR)

13、。例：一個10位的AD轉(zhuǎn)換器，滿量程電壓為5V，那么它的分辨率為多少？分辨率mVV88. 42510第39頁/共46頁2. 轉(zhuǎn)換速度：取決于完成一次從模擬量到數(shù)字量之間轉(zhuǎn)換所需要的時間，在組成高速AD轉(zhuǎn)換器時還應(yīng)將采樣保持電路的獲取時間計(jì)入轉(zhuǎn)換時間內(nèi)。 轉(zhuǎn)換誤差：表示實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)有的數(shù)字量之間的差別，一般以最低有效位的倍數(shù)表示。第40頁/共46頁例：電路如圖所示。Ux是輸入被測信號，UO是D/A轉(zhuǎn)換器的輸出，參考電壓UREF=5V。Uc是比較器的輸出，X是控制信號，DA轉(zhuǎn)換器的電路開始工作時，應(yīng)先對計(jì)數(shù)器清零。分析電路功能。 第41頁/共46頁例：電路如圖所示，當(dāng)輸入信號某位Di為0時對應(yīng)的開關(guān)Si接地；Di=1時，Si接基準(zhǔn)電壓UREF。試問：UREF=10V，輸入信號D4D3D2D1D0=10011，則輸出模擬電壓Uo=？A2R2R2R2RRRR3RiUREFUoD0D1S0S12RD2S22RIS3S4D3D4第42頁/共46頁VVVRRVRVRVUREFREFREFREFo94. 5)222(210)222(233213161321301450145）（第43頁/共46頁例：逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器中的10位D/A轉(zhuǎn)換器的Uomax=12.276V,CP的頻率fCP=50