數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換

1、1第十一章第十一章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換 本章的重點(diǎn)：本章的重點(diǎn)： 1D/A轉(zhuǎn)換器的基本工作原理（包括雙極性輸出），輸轉(zhuǎn)換器的基本工作原理（包括雙極性輸出），輸入與輸出關(guān)系的定量計(jì)算；入與輸出關(guān)系的定量計(jì)算； 2A/D轉(zhuǎn)換器的主要類型（并聯(lián)比較型、逐次漸近型、轉(zhuǎn)換器的主要類型（并聯(lián)比較型、逐次漸近型、雙積分型），它們的基本工作原理和綜合性能的比較；雙積分型），它們的基本工作原理和綜合性能的比較； 3D/A，A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度與轉(zhuǎn)換精度及影響它們轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度與轉(zhuǎn)換精度及影響它們的主要因素。的主要因素。 由于目前使用的由于目前使用的D/A、A/D期間都是期間都是LSI電路，所以講授

2、電路，所以講授的重點(diǎn)是在轉(zhuǎn)換原理及器件應(yīng)用方法上，而不在于器件內(nèi)的重點(diǎn)是在轉(zhuǎn)換原理及器件應(yīng)用方法上，而不在于器件內(nèi)部詳細(xì)的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程。部詳細(xì)的結(jié)構(gòu)及工作過(guò)程。本章的難點(diǎn)：本章的難點(diǎn)： 本章的難點(diǎn)在一些本章的難點(diǎn)在一些A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和詳細(xì)工作轉(zhuǎn)換器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和詳細(xì)工作過(guò)程上，但這不是本章學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。過(guò)程上，但這不是本章學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。2第十一章第十一章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換第一節(jié)第一節(jié) 概述概述數(shù)模轉(zhuǎn)換：將數(shù)字量數(shù)模轉(zhuǎn)換：將數(shù)字量 (Digital)轉(zhuǎn)換為模擬量轉(zhuǎn)換為模擬量(Analog)。簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱D/A 轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。模數(shù)轉(zhuǎn)換：將模擬量模數(shù)轉(zhuǎn)換：將模擬量(Analog)轉(zhuǎn)換為

3、數(shù)字量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量(Digital)。簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。被控對(duì)象被控對(duì)象傳感器傳感器A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路3主要指標(biāo)：轉(zhuǎn)換精度；轉(zhuǎn)換速度。主要指標(biāo)：轉(zhuǎn)換精度；轉(zhuǎn)換速度。D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器倒倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器權(quán)電流型權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)樹(shù)型開(kāi)關(guān)樹(shù)型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器直接轉(zhuǎn)換型直接轉(zhuǎn)換型并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型反饋比較型反饋比較型間接轉(zhuǎn)換型間接轉(zhuǎn)換型雙積分型（雙積分型（VT變換型）變換型）VF變換型變換型計(jì)數(shù)型計(jì)數(shù)型逐次漸進(jìn)型

4、逐次漸進(jìn)型分類：分類：4一、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)一、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器第二節(jié)第二節(jié) D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.原理原理由四部分組成：由四部分組成：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)；權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)；求和放大器；求和放大器；模擬開(kāi)關(guān)；模擬開(kāi)關(guān)；參考電源；參考電源；權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)求和放大器求和放大器模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)任務(wù)：求出輸出模擬電壓任務(wù)：求出輸出模擬電壓 與輸入數(shù)字量與輸入數(shù)字量d3d2d1d0間的關(guān)系。間的關(guān)系。oiRFo)(0123IIIIRF)2222(230211203ddddRVRREF)2222(2001122334ddddVREF)2222(200112211ddddVnnnnnREFo 2.特點(diǎn)：特點(diǎn)：

5、1.電阻數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；電阻數(shù)量少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；2.電阻種類多，差別大，不電阻種類多，差別大，不易集成。易集成。Least Significant BitMost Significant Bit輸入數(shù)輸入數(shù)字量字量DVnREF2輸入數(shù)輸入數(shù)字量字量5二、倒二、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.原理：原理：電阻網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：電阻網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)Si不論接何不論接何位置，都相當(dāng)于接地。位置，都相當(dāng)于接地。任意節(jié)點(diǎn)向左看的任意節(jié)點(diǎn)向左看的等效電阻皆為等效電阻皆為R。RVIREFRio公式推導(dǎo)公式推導(dǎo)012316842dIdIdIdIi6Rio)2222(2001122334dddd

6、VREF)2222(200112211ddddVnnnnnREFo RVIREF012316842dIdIdIdIi倒倒T型型)16842(0123ddddRVRREF7集成集成D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器CB7520簡(jiǎn)介：（十位）簡(jiǎn)介：（十位）電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：1.電阻種類少，便于集成；電阻種類少，便于集成；2.開(kāi)關(guān)切換時(shí)，各點(diǎn)電位不變。因此，速度快。開(kāi)關(guān)切換時(shí)，各點(diǎn)電位不變。因此，速度快。可外接反可外接反饋電阻饋電阻R需外接需外接運(yùn)放運(yùn)放模擬開(kāi)關(guān)電路：模擬開(kāi)關(guān)電路：8 在權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)在權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器和倒轉(zhuǎn)換器和倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器中，轉(zhuǎn)換器中，若模擬開(kāi)關(guān)不是理想開(kāi)關(guān)，其導(dǎo)通電

7、阻和導(dǎo)通壓降將影響轉(zhuǎn)換若模擬開(kāi)關(guān)不是理想開(kāi)關(guān)，其導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降將影響轉(zhuǎn)換精度。權(quán)電流型精度。權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器可解決這一問(wèn)題。轉(zhuǎn)換器可解決這一問(wèn)題。三、權(quán)電流型三、權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器FORi)(02122232432ddddRIIIIF)2222(2001122334ddddIRF 恒流源如圖。但電阻恒流源如圖。但電阻REi的種類多。因此，經(jīng)常用倒的種類多。因此，經(jīng)常用倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)的分流作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。型電阻網(wǎng)絡(luò)的分流作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。9)2222(2001122334ddddRVRRREFF)2222(2001122334ddddIRFO10雙極型電路；雙極型電路；8位數(shù)字量輸入；位數(shù)

8、字量輸入；外接求和放大器；外接求和放大器；外接電阻。外接電阻。)2222(2001122334ddddRVRRREFFODRVRRREFFO82若取若取VREF=10V、RR=RF=5K則：則：DO8210輸入數(shù)輸入數(shù)字量字量此時(shí)，輸出模擬電壓范圍為：此時(shí)，輸出模擬電壓范圍為：09.96V。權(quán)電流型集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器權(quán)電流型集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0808簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介參考四位時(shí)的公式：參考四位時(shí)的公式：有：有：11 帶符號(hào)數(shù)以補(bǔ)碼形式給出。輸出為正、負(fù)極性的模擬電壓。帶符號(hào)數(shù)以補(bǔ)碼形式給出。輸出為正、負(fù)極性的模擬電壓。四、具有雙極性輸出的四、具有雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 當(dāng)輸入數(shù)字量是帶符號(hào)數(shù)時(shí)，當(dāng)

9、輸入數(shù)字量是帶符號(hào)數(shù)時(shí)，就需要雙極性輸出的就需要雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。當(dāng)當(dāng)d2=1時(shí)，對(duì)應(yīng)輸出電壓為時(shí)，對(duì)應(yīng)輸出電壓為4V。IB應(yīng)等于應(yīng)等于I/2因此：因此：RVIRVREFBB22DDDVREFO8823三位三位DAC的輸出的輸出取反取反12五、五、D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度（一）轉(zhuǎn)換精度（一）轉(zhuǎn)換精度通常用通常用分辨率分辨率和和轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差來(lái)描述。來(lái)描述。1.分辨率：輸出模擬電壓應(yīng)能區(qū)分分辨率：輸出模擬電壓應(yīng)能區(qū)分02n-1共共2n個(gè)輸入數(shù)字量。個(gè)輸入數(shù)字量。表示方法：表示方法：(1)用輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示；如用輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示；如8

10、位。位。(2)用輸出模擬電壓的最小值與最大值的比值表示。用輸出模擬電壓的最小值與最大值的比值表示。該比值顯然等于：該比值顯然等于：121nnREFV2) 12(2nnREFV13 由于電路各部分都有誤差，還要給出誤差來(lái)表示實(shí)際能達(dá)到由于電路各部分都有誤差，還要給出誤差來(lái)表示實(shí)際能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。的轉(zhuǎn)換精度。 轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差有時(shí)也稱為有時(shí)也稱為線線性誤差性誤差。它表示實(shí)際的。它表示實(shí)際的D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換特性和理想轉(zhuǎn)換特性之間換特性和理想轉(zhuǎn)換特性之間的最大偏差。的最大偏差。轉(zhuǎn)換誤差的表示形式：轉(zhuǎn)換誤差的表示形式： （1）最低有效位的倍數(shù)。如：）最低有效位的倍數(shù)。如：1LSB。（2）輸出電壓滿刻度）輸

11、出電壓滿刻度FSR(Full Scale Range)的百分?jǐn)?shù)。的百分?jǐn)?shù)。如：如：0.1FSR。2.轉(zhuǎn)換誤差：轉(zhuǎn)換誤差：143.轉(zhuǎn)換誤差分析轉(zhuǎn)換誤差分析 D/A轉(zhuǎn)換器的四個(gè)組成部分，均可引起轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器的四個(gè)組成部分，均可引起轉(zhuǎn)換誤差。但具有不同的特點(diǎn)。換誤差。但具有不同的特點(diǎn)。(1)參考電源引起的誤差稱為參考電源引起的誤差稱為比例系數(shù)誤差比例系數(shù)誤差。ODVnREF2O(2)運(yùn)放零點(diǎn)漂移引起的誤差稱為運(yùn)放零點(diǎn)漂移引起的誤差稱為漂移誤差漂移誤差或或平移誤差平移誤差。15(3)模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻和導(dǎo)通壓降以及電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻的模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻和導(dǎo)通壓降以及電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻的偏差引起的誤差稱為偏差引起的

12、誤差稱為非線性誤差非線性誤差。 非線性誤差有時(shí)導(dǎo)致非線性誤差有時(shí)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換特性局部非單調(diào)性，轉(zhuǎn)換特性局部非單調(diào)性，從而引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。從而引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。注意注意：運(yùn)放和參考：運(yùn)放和參考電源多為外接，電電源多為外接，電阻網(wǎng)絡(luò)和模擬開(kāi)關(guān)阻網(wǎng)絡(luò)和模擬開(kāi)關(guān)在集成在集成DAC內(nèi)部。內(nèi)部。16例：在例：在10位倒位倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC中，中，VREF=-10V。為保證。為保證VREF偏離偏離標(biāo)準(zhǔn)值所引起的誤差小于標(biāo)準(zhǔn)值所引起的誤差小于1/2LSB，計(jì)算，計(jì)算VREF相對(duì)穩(wěn)定度應(yīng)取多少？相對(duì)穩(wěn)定度應(yīng)取多少？解：解：1.計(jì)算計(jì)算1/2LSB: 當(dāng)輸入數(shù)字量當(dāng)輸入數(shù)字量D=1時(shí)，輸出電壓為時(shí)，輸出電壓

13、為L(zhǎng)SB。故：。故：2.計(jì)算當(dāng)計(jì)算當(dāng)VREF變化量為變化量為 時(shí)所引起的輸出變化時(shí)所引起的輸出變化 量的最大量的最大值值 :REFVOMREFnnREFOMVV) 12(2而：而：即：即：112REFREFVV1121REFREFVV=0.05%這里這里VREF=10V,允許的參考電源允許的參考電源變化量小于變化量小于5mV1/2LSB = 21210REFV21210REFV112REFV輸入數(shù)字量的最大值輸入數(shù)字量的最大值LSBOM2117（二）轉(zhuǎn)換速度（二）轉(zhuǎn)換速度用完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間用完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間建建立時(shí)間立時(shí)間tset來(lái)衡量。來(lái)衡量。 建立時(shí)間：從輸入信號(hào)變化開(kāi)始建立時(shí)

14、間：從輸入信號(hào)變化開(kāi)始到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差 1/2LSB范圍以內(nèi)的時(shí)間。范圍以內(nèi)的時(shí)間。 輸入信號(hào)由全輸入信號(hào)由全0變?yōu)槿優(yōu)槿?所需時(shí)間所需時(shí)間最長(zhǎng)。最長(zhǎng)。不包含運(yùn)放的不包含運(yùn)放的DAC建立時(shí)間可達(dá)建立時(shí)間可達(dá)0.1 。s當(dāng)外接運(yùn)放時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間還應(yīng)加當(dāng)外接運(yùn)放時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間還應(yīng)加上運(yùn)放的上升（下降）時(shí)間。上運(yùn)放的上升（下降）時(shí)間。RsTRSVtT(max)0(max)轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間建立時(shí)間建立時(shí)間輸出模擬輸出模擬電壓最大電壓最大值值運(yùn)放輸出轉(zhuǎn)運(yùn)放輸出轉(zhuǎn)換速率換速率181.DAC08321.DAC0832結(jié)構(gòu)框圖結(jié)構(gòu)框圖 六、六、8 8位集成位集成DAC0832

15、DAC08328位位輸入輸入寄存器寄存器8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器UREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&RFB 它由一個(gè)它由一個(gè)8 8位輸入寄存器位輸入寄存器、一個(gè)、一個(gè)8 8位位DACDAC寄存器寄存器和一個(gè)和一個(gè)8 8位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器三大三大部分組成，部分組成，D/AD/A轉(zhuǎn)換器采用轉(zhuǎn)換器采用了倒了倒T T型型R R-2-2R R電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)。LELE1 1，跟隨，跟隨 0 0，鎖存，鎖存192.DAC08322.DAC0832引腳功能引腳功能 DIDI7 7DIDI0 0：

16、8 8位輸入數(shù)據(jù)信號(hào)。位輸入數(shù)據(jù)信號(hào)。I IOUT1OUT1：DACDAC輸出電流輸出電流1 1。當(dāng)。當(dāng)DACDAC鎖存器中為全鎖存器中為全1 1時(shí)，時(shí)，I IOUT1OUT1最大（滿最大（滿量程輸出）；為全量程輸出）；為全0 0時(shí)，時(shí)，I IOUT1OUT1為為0 0。 I IOUT2OUT2：DACDAC輸出電流輸出電流2 2。它作為運(yùn)算放大器的另一個(gè)差分輸入信。它作為運(yùn)算放大器的另一個(gè)差分輸入信號(hào)（一般接地）。滿足號(hào)（一般接地）。滿足 I IOUT1OUT1+I+IOUT2 OUT2 滿量程輸出電流。滿量程輸出電流。R Rfbfb：反饋電阻（內(nèi)已含一個(gè)反饋電阻）接線端。：反饋電阻（內(nèi)已含

17、一個(gè)反饋電阻）接線端。DAC0832DAC0832中無(wú)運(yùn)中無(wú)運(yùn)放，且為電流輸出，使用時(shí)須外接運(yùn)放。芯片中已設(shè)置了放，且為電流輸出，使用時(shí)須外接運(yùn)放。芯片中已設(shè)置了R Rfbfb，只要將此引腳接到運(yùn)放的輸出端即可。若運(yùn)放增益不夠，還須只要將此引腳接到運(yùn)放的輸出端即可。若運(yùn)放增益不夠，還須外加反饋電阻。外加反饋電阻。ILEILE：輸入鎖存允許信號(hào)，高電平有效。：輸入鎖存允許信號(hào)，高電平有效。 CSCS：片選信號(hào)，低電平有效。：片選信號(hào)，低電平有效。 WRWR1 1：輸入數(shù)據(jù)選通信號(hào)，低電平有效。（：輸入數(shù)據(jù)選通信號(hào)，低電平有效。（ 上升沿鎖存）上升沿鎖存）XFERXFER：數(shù)據(jù)傳送選通信號(hào)，低電平

18、有效。：數(shù)據(jù)傳送選通信號(hào)，低電平有效。 WRWR2 2：數(shù)據(jù)傳送選通信號(hào)，低電平有效。（：數(shù)據(jù)傳送選通信號(hào)，低電平有效。（ 上升沿鎖存）上升沿鎖存）20 任何導(dǎo)線都可以被理解成電阻，因此，盡管連在一起的任何導(dǎo)線都可以被理解成電阻，因此，盡管連在一起的“地地”，其各個(gè)位置上的電壓也并非一致的，對(duì)于數(shù)字電路，其各個(gè)位置上的電壓也并非一致的，對(duì)于數(shù)字電路，由于噪聲容限較高，通常是不需要考慮由于噪聲容限較高，通常是不需要考慮“地地”的形式的，但對(duì)的形式的，但對(duì)于模擬電路而言，這個(gè)不同地方的于模擬電路而言，這個(gè)不同地方的“地地”對(duì)測(cè)量的精度是構(gòu)成對(duì)測(cè)量的精度是構(gòu)成影響的，因此，影響的，因此，通常是把數(shù)字

19、電路部分的地和模擬部分的地分通常是把數(shù)字電路部分的地和模擬部分的地分開(kāi)布線開(kāi)布線，只在板中的一點(diǎn)把它們連接起來(lái)。，只在板中的一點(diǎn)把它們連接起來(lái)。 DGNDDGND：數(shù)字地，是控制電路中各種數(shù)字電路的零電位。：數(shù)字地，是控制電路中各種數(shù)字電路的零電位。 AGNDAGND：模擬地，是放大器、：模擬地，是放大器、A/DA/D和和D/AD/A轉(zhuǎn)換器中模擬電路的零電位。轉(zhuǎn)換器中模擬電路的零電位。 U UREFREF：參考電壓輸入。一般此端外接一個(gè)精確、穩(wěn)定的電壓：參考電壓輸入。一般此端外接一個(gè)精確、穩(wěn)定的電壓基準(zhǔn)源。基準(zhǔn)源。U UREFREF可在可在-10V-10V至至+10V+10V范圍內(nèi)選擇。范圍內(nèi)

20、選擇。U UCCCC：電源輸入端（一般?。弘娫摧斎攵耍ㄒ话闳?5V+5V+15V+15V）。）。 213.DAC08323.DAC0832特性參數(shù)特性參數(shù) 分辨率：分辨率： 8 8位位建立時(shí)間：建立時(shí)間： 1 1 s s增益溫度系數(shù)：增益溫度系數(shù)： 20ppm/20ppm/（ppmppm-百萬(wàn)分之一，百萬(wàn)分之一，1010-6-6）輸入電平：輸入電平： TTLTTL功耗：功耗： 20mW20mW4.DAC08324.DAC0832工作方式工作方式 當(dāng)當(dāng)ILEILE、CSCS和和WRWR1 1同時(shí)有效時(shí)，輸入數(shù)據(jù)同時(shí)有效時(shí)，輸入數(shù)據(jù)DIDI7 7DIDI0 0進(jìn)入輸入進(jìn)入輸入寄存器；并在寄存器；并

21、在WRWR1 1的上升沿實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鎖存。當(dāng)?shù)纳仙貙?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鎖存。當(dāng)WRWR2 2和和XFERXFER同時(shí)有同時(shí)有效時(shí)，輸入寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入效時(shí)，輸入寄存器的數(shù)據(jù)進(jìn)入DACDAC寄存器；并在寄存器；并在WRWR2 2的上升沿實(shí)的上升沿實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鎖存。八位現(xiàn)數(shù)據(jù)鎖存。八位D/AD/A轉(zhuǎn)換電路隨時(shí)將轉(zhuǎn)換電路隨時(shí)將DACDAC寄存器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為寄存器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)（模擬信號(hào)（I IOUT1OUT1+ +I IOUT2OUT2）輸出。）輸出。 DAC0832 DAC0832 的使用有的使用有雙緩沖器型雙緩沖器型、單緩沖器型單緩沖器型和和直通型直通型三種三種工作方式。工作方式。 22DAC0832DAC

22、0832的三種工作方式的三種工作方式 （b b）單緩沖方式單緩沖方式：適合在不要求多片：適合在不要求多片D/AD/A同時(shí)輸出時(shí)。此時(shí)只需一次寫操同時(shí)輸出時(shí)。此時(shí)只需一次寫操作，就開(kāi)始轉(zhuǎn)換，提高了作，就開(kāi)始轉(zhuǎn)換，提高了D/AD/A的數(shù)據(jù)吞吐量。的數(shù)據(jù)吞吐量。（a a）雙緩沖方式雙緩沖方式：采用二次緩沖方式，可在輸出的同時(shí)，采集下一個(gè)數(shù)：采用二次緩沖方式，可在輸出的同時(shí)，采集下一個(gè)數(shù)據(jù)，提高了轉(zhuǎn)換速度；也可在多個(gè)轉(zhuǎn)換器同時(shí)工作時(shí)，實(shí)現(xiàn)多通道據(jù)，提高了轉(zhuǎn)換速度；也可在多個(gè)轉(zhuǎn)換器同時(shí)工作時(shí)，實(shí)現(xiàn)多通道D/AD/A的的同步轉(zhuǎn)換輸出。同步轉(zhuǎn)換輸出。（c c）直通方式直通方式：輸出隨輸入的變化隨時(shí)轉(zhuǎn)換。：輸

23、出隨輸入的變化隨時(shí)轉(zhuǎn)換。23P54811.2 11.524第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器一、一、A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 在在A/D轉(zhuǎn)換器中，由于輸入轉(zhuǎn)換器中，由于輸入模擬信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)的，模擬信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)的，而輸出數(shù)字信號(hào)是離散的，所而輸出數(shù)字信號(hào)是離散的，所以轉(zhuǎn)換只能在一系列選定的瞬以轉(zhuǎn)換只能在一系列選定的瞬間對(duì)輸入模擬信號(hào)采樣，然后間對(duì)輸入模擬信號(hào)采樣，然后再把這些采樣值轉(zhuǎn)換成輸出數(shù)再把這些采樣值轉(zhuǎn)換成輸出數(shù)字量。字量。A/D轉(zhuǎn)換的基本步驟：轉(zhuǎn)換的基本步驟：采樣（取樣）；采樣（取樣）；保持；保持；量化；量化；編碼。編碼。由取樣保持電路完成由取樣保持電路完成由由A/D

24、轉(zhuǎn)換電路完成轉(zhuǎn)換電路完成取取樣樣保保持持251.取樣、保持取樣、保持取樣定理取樣定理：為保證從取樣信：為保證從取樣信號(hào)恢復(fù)被取樣信號(hào)，必須滿號(hào)恢復(fù)被取樣信號(hào)，必須滿足足取樣信號(hào)頻率取樣信號(hào)頻率在實(shí)際的取樣保持電路中有一個(gè)取樣控制信號(hào)，它的頻率就是取樣在實(shí)際的取樣保持電路中有一個(gè)取樣控制信號(hào)，它的頻率就是取樣信號(hào)頻率。信號(hào)頻率。取樣定理又稱為香農(nóng)定理取樣定理又稱為香農(nóng)定理(Shannon)。(max)2isff 輸入信號(hào)輸入信號(hào)最高頻率最高頻率26 為低電平時(shí)，為低電平時(shí)，T截止。取樣電截止。取樣電容容CH上的電荷無(wú)泄放回路，上的電荷無(wú)泄放回路， 將將保持。保持。OL取樣保持電路取樣保持電路IF

25、IORRL 為高電平時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管為高電平時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管T導(dǎo)通導(dǎo)通,進(jìn)進(jìn)行取樣行取樣L 電路缺點(diǎn)：輸入電阻電路缺點(diǎn)：輸入電阻RI過(guò)大過(guò)大會(huì)降低取樣速度；過(guò)小又加重會(huì)降低取樣速度；過(guò)小又加重信號(hào)源負(fù)載。信號(hào)源負(fù)載。改進(jìn)方法：在輸入端加隔離放大器。改進(jìn)方法：在輸入端加隔離放大器。 下面通過(guò)集成取樣保持電路下面通過(guò)集成取樣保持電路LF198介紹改進(jìn)的取樣保持電路。介紹改進(jìn)的取樣保持電路。27集成取樣保持電路集成取樣保持電路LF198調(diào)零調(diào)零輸入模輸入模擬電壓擬電壓取樣控取樣控制信號(hào)制信號(hào)外接保持電容外接保持電容 在取樣階段，開(kāi)關(guān)在取樣階段，開(kāi)關(guān)S接接通，運(yùn)放通，運(yùn)放AI,A2構(gòu)成兩級(jí)電構(gòu)成兩級(jí)電壓跟隨器

26、壓跟隨器IO 在保持階段，在保持階段，S斷開(kāi)，電斷開(kāi)，電容容CH上電荷保持不變，使輸上電荷保持不變，使輸出電壓出電壓 保持不變。保持不變。O二極管二極管D1,D2和電阻和電阻R1構(gòu)成保護(hù)電路。構(gòu)成保護(hù)電路。在取樣階段，在取樣階段，S接通，接通，D1,D2截止，保護(hù)電路不起作用。截止，保護(hù)電路不起作用。 在保持階段，在保持階段，S斷開(kāi)，斷開(kāi)， 保持不變；但保持不變；但 在變，使在變，使 達(dá)達(dá)到正（負(fù)）最大值，使開(kāi)關(guān)到正（負(fù)）最大值，使開(kāi)關(guān)S承受過(guò)高的電壓。接上保護(hù)電承受過(guò)高的電壓。接上保護(hù)電路后可使路后可使 基本等于輸入電壓基本等于輸入電壓 。IoOIo282.量化和編碼量化和編碼量化：量化：

27、把輸出數(shù)字量為把輸出數(shù)字量為1時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入模擬電壓稱為時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入模擬電壓稱為量化單元量化單元，記做記做 。當(dāng)輸出數(shù)字量為。當(dāng)輸出數(shù)字量為D時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入模擬電壓應(yīng)為時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸入模擬電壓應(yīng)為D ，即量化單元的整數(shù)倍。，即量化單元的整數(shù)倍。 因此，對(duì)于任意輸入模擬電因此，對(duì)于任意輸入模擬電壓壓, 首先首先 應(yīng)把它量化為應(yīng)把它量化為 的整數(shù)倍。這就是量化。的整數(shù)倍。這就是量化。編碼：編碼：用二進(jìn)制代碼表示量化后的輸入模擬電壓。用二進(jìn)制代碼表示量化后的輸入模擬電壓。 量化和編碼是在同一個(gè)電路中完成的。下圖說(shuō)明了兩種量量化和編碼是在同一個(gè)電路中完成的。下圖說(shuō)明了兩種量化方法：化方法：29當(dāng)輸入電壓不

28、為當(dāng)輸入電壓不為 的整數(shù)倍時(shí)，必然產(chǎn)的整數(shù)倍時(shí)，必然產(chǎn)生誤差，稱為生誤差，稱為量化誤差量化誤差。量化誤差量化誤差2量化誤差量化誤差1/15V若用此范圍表示若用此范圍表示001會(huì)更準(zhǔn)確會(huì)更準(zhǔn)確30輸入為雙極性時(shí)：輸入為雙極性時(shí)：輸出一般采用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示?？捎孟聢D表示：輸出一般采用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示?？捎孟聢D表示：=1V二二進(jìn)進(jìn)制制補(bǔ)補(bǔ)碼碼符號(hào)位符號(hào)位量化后輸出的二進(jìn)制補(bǔ)碼量化后輸出的二進(jìn)制補(bǔ)碼31二、直接二、直接A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器將輸入模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，不經(jīng)過(guò)中間變量。將輸入模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，不經(jīng)過(guò)中間變量。介紹并聯(lián)比較型和反饋比較型兩大類

29、。介紹并聯(lián)比較型和反饋比較型兩大類。采用第二類量化方法，采用第二類量化方法，152REFV 轉(zhuǎn)換過(guò)程：將要輸入轉(zhuǎn)換過(guò)程：將要輸入模擬電壓加在輸入端，然模擬電壓加在輸入端，然后加一個(gè)后加一個(gè)CP脈沖，輸出端脈沖，輸出端就出現(xiàn)轉(zhuǎn)換結(jié)果。就出現(xiàn)轉(zhuǎn)換結(jié)果。編碼情況可用下表說(shuō)明。編碼情況可用下表說(shuō)明。特點(diǎn)：特點(diǎn)：速度快，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于速度快，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于50ns；電路復(fù)雜。電路復(fù)雜。不需取樣保持電路；不需取樣保持電路；32d2 = Q4d1= Q6 + Q4Q2d0 = Q7 + Q6Q5 + Q4Q3 + Q2Q1公式化簡(jiǎn)過(guò)程請(qǐng)公式化簡(jiǎn)過(guò)程請(qǐng)同學(xué)自己解決。同學(xué)自己解決。332.反饋比較型反饋比較型A/D

30、轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器(1)計(jì)數(shù)型計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 思路：將一數(shù)字量加到思路：將一數(shù)字量加到D/A轉(zhuǎn)換器上，再把轉(zhuǎn)換器上，再把D/A轉(zhuǎn)換器輸出的轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓與輸入模擬電壓相比較。若不相等，則修改數(shù)字量，直模擬電壓與輸入模擬電壓相比較。若不相等，則修改數(shù)字量，直到兩模擬電壓相等，此時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)字量就是轉(zhuǎn)換結(jié)果。到兩模擬電壓相等，此時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)字量就是轉(zhuǎn)換結(jié)果。數(shù)字量由計(jì)數(shù)數(shù)字量由計(jì)數(shù)器提供。器提供。啟動(dòng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)轉(zhuǎn)換B10OI0I=由于量化引起的誤差為由于量化引起的誤差為1LSB.（第一類量化方法）（第一類量化方法）特點(diǎn)：特點(diǎn)：1.電路簡(jiǎn)單；電路簡(jiǎn)單；2.速度慢。最長(zhǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)速度慢。最長(zhǎng)轉(zhuǎn)換

31、時(shí)間可達(dá)2n-1倍時(shí)鐘信號(hào)周期。倍時(shí)鐘信號(hào)周期。34(2)逐次漸近型逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器數(shù)字量由逐次漸近寄存器提供。數(shù)字量由逐次漸近寄存器提供。思路：思路：從輸出數(shù)字量的最高位起，逐位判斷該位的值（從輸出數(shù)字量的最高位起，逐位判斷該位的值（0,1）。）。以輸出四位數(shù)字量以輸出四位數(shù)字量a3a2a1a0為例為例:1.輸入輸入1000到逐次漸近寄存器，以確定到逐次漸近寄存器，以確定a3的值；的值；2.輸入輸入a3100到逐次漸近寄存器，以確定到逐次漸近寄存器，以確定a2的值；的值；3.輸入輸入a3a210到逐次漸近寄存器，以確定到逐次漸近寄存器，以確定a1的值；的值；4.輸入輸入a3a2a

32、11到逐次漸近寄存器，以確定到逐次漸近寄存器，以確定a0的值；的值；可見(jiàn)，主要轉(zhuǎn)換步驟只需可見(jiàn)，主要轉(zhuǎn)換步驟只需4個(gè)時(shí)鐘周期就可完成。（實(shí)際轉(zhuǎn)個(gè)時(shí)鐘周期就可完成。（實(shí)際轉(zhuǎn)換器還要增加兩個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)間。）換器還要增加兩個(gè)時(shí)鐘周期時(shí)間。）下面結(jié)合具體電路說(shuō)明工作過(guò)程。下面結(jié)合具體電路說(shuō)明工作過(guò)程。28頁(yè)35 時(shí)，該時(shí)，該位為位為1,否否則該位則該位為為0.OI27頁(yè)36移位寄存器初始狀態(tài)：移位寄存器初始狀態(tài)：Q1Q2Q3Q4Q5=10000IBO時(shí)，時(shí)，1CP1后后,移位寄存器為移位寄存器為01000，QAQBQC=100;CP2后后,移位寄存器為移位寄存器為00100，QAQBQC=d210;確

33、定確定d2值。值。CP3后后,移位寄存器為移位寄存器為00010，QAQBQC=d2d11;確定確定d1值。值。CP4后后,移位寄存器為移位寄存器為00001，QAQBQC=d2d1d0;確定確定d0值。值。同時(shí)輸出同時(shí)輸出d2d1d0。CP5后后,移位寄存器為移位寄存器為10000，QAQBQCd2d1d0，但對(duì)下一步無(wú)影響。，但對(duì)下一步無(wú)影響。一般，當(dāng)輸出為一般，當(dāng)輸出為n位時(shí)，需位時(shí)，需n+2個(gè)時(shí)鐘周期可完成轉(zhuǎn)換。個(gè)時(shí)鐘周期可完成轉(zhuǎn)換。特點(diǎn)：特點(diǎn)：速度較快；電路也不太復(fù)雜。速度較快；電路也不太復(fù)雜。因此，逐次漸近型因此，逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器是集成轉(zhuǎn)換器是集成A/D轉(zhuǎn)換器用的最多的一種。

34、轉(zhuǎn)換器用的最多的一種。第二種量化方法第二種量化方法37三、間接三、間接A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器中間變量為時(shí)間中間變量為時(shí)間T的，稱為的，稱為V-T變換型（電壓時(shí)間變換型）；變換型（電壓時(shí)間變換型）；中間變量為頻率中間變量為頻率F的，稱為的，稱為V-F變換型（電壓頻率變換型）；變換型（電壓頻率變換型）；屬于屬于V-T變換型。變換型。第一次積分第一次積分:對(duì)輸入模擬電壓對(duì)輸入模擬電壓定定時(shí)時(shí)積分，時(shí)間為積分，時(shí)間為T1,由控制邏輯由控制邏輯電路決定；電路決定；第二次積分第二次積分:對(duì)參考電源對(duì)參考電源VREF定定速速積分，積分， 的變化速度由的變化速度由VREF,R

35、和和C決定。決定。OIdtCC1dtCRI電容電容C上電壓上電壓38t1時(shí)刻電容電壓時(shí)刻電容電壓 即即 值為：值為：coodtCRIIRCT1第二次積分結(jié)束時(shí)積分器輸出第二次積分結(jié)束時(shí)積分器輸出電壓為電壓為0，即，即0121IttRCVoRCTdtREFIREFRCTVRCT12故：故：IREFVTT1239IREFVTT12設(shè)時(shí)鐘周期為設(shè)時(shí)鐘周期為TC，輸出數(shù)字量為，輸出數(shù)字量為D，則，則CnTT21CDTT2代入上式得：代入上式得：IREFnVD2可使可使T1=2nTC，T2=DTC的電路如的電路如下圖：下圖：至于至于T1，若滿足，若滿足40影響精度因素：影響精度因素： 計(jì)數(shù)器位數(shù)；計(jì)數(shù)器

36、位數(shù)；比較器靈敏度；比較器靈敏度；比較器零點(diǎn)漂移；比較器零點(diǎn)漂移； 運(yùn)放零點(diǎn)漂移；運(yùn)放零點(diǎn)漂移； 積分電容漏電；積分電容漏電；TC瞬間波動(dòng)。瞬間波動(dòng)。41特點(diǎn)：特點(diǎn)： 性能穩(wěn)定。轉(zhuǎn)換結(jié)果與性能穩(wěn)定。轉(zhuǎn)換結(jié)果與R,C無(wú)關(guān)；也與時(shí)鐘周期無(wú)關(guān)。這是無(wú)關(guān)；也與時(shí)鐘周期無(wú)關(guān)。這是兩次積分的結(jié)果。兩次積分的結(jié)果。 抗干擾能力強(qiáng)。積分器對(duì)平均值為抗干擾能力強(qiáng)。積分器對(duì)平均值為0的干擾有很強(qiáng)的抑制能的干擾有很強(qiáng)的抑制能力。如電網(wǎng)干擾，若取第一次積分時(shí)間為交流電網(wǎng)電壓周期的整力。如電網(wǎng)干擾，若取第一次積分時(shí)間為交流電網(wǎng)電壓周期的整數(shù)倍，理論上可完全抑制電網(wǎng)干擾。數(shù)倍，理論上可完全抑制電網(wǎng)干擾。缺點(diǎn)是速度慢。完成

37、一次轉(zhuǎn)換時(shí)間不小于缺點(diǎn)是速度慢。完成一次轉(zhuǎn)換時(shí)間不小于2n+1TC。在要求速度不高的場(chǎng)合有廣泛的應(yīng)用。如數(shù)字電壓表等。在要求速度不高的場(chǎng)合有廣泛的應(yīng)用。如數(shù)字電壓表等。422.V-F變換型變換型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 壓控振蕩器輸出脈沖頻率于輸入電壓有很好的線性關(guān)系。壓控振蕩器輸出脈沖頻率于輸入電壓有很好的線性關(guān)系。 寄存器可防止輸出數(shù)字跳動(dòng)。寄存器可防止輸出數(shù)字跳動(dòng)。影響精度的因素：影響精度的因素： 壓控振蕩器的穩(wěn)定度和線性度、計(jì)數(shù)器的位數(shù)壓控振蕩器的穩(wěn)定度和線性度、計(jì)數(shù)器的位數(shù)特點(diǎn)：特點(diǎn)： VCO輸出是調(diào)頻信號(hào)易于傳輸，且抗干擾能力強(qiáng)。適用于遙測(cè)、輸出是調(diào)頻信號(hào)易于傳輸，且抗干擾能力強(qiáng)。適用于

38、遙測(cè)、遙控系統(tǒng)中。一般將遙控系統(tǒng)中。一般將VCO放在發(fā)射端，其他部分放在接收端。放在發(fā)射端，其他部分放在接收端。由于高精度的由于高精度的VCO不易得到，因此精度不易提高。不易得到，因此精度不易提高。速度慢。這是由于計(jì)數(shù)型原理決定的。速度慢。這是由于計(jì)數(shù)型原理決定的。43四、四、A/D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（一）（一）A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度采用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來(lái)描述。采用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來(lái)描述。1.分辨率：能區(qū)分的最小輸入模擬電壓。分辨率：能區(qū)分的最小輸入模擬電壓。用輸出數(shù)字量的位數(shù)表示。當(dāng)位數(shù)為用輸出數(shù)字量的位數(shù)表示。當(dāng)位數(shù)為n位時(shí)位時(shí) ，能區(qū)分的

39、最小電壓，能區(qū)分的最小電壓為為FSR/2n。2.轉(zhuǎn)換誤差：轉(zhuǎn)換誤差： 通常以輸出誤差最大值的形式給出。表示實(shí)際輸出數(shù)字量與理通常以輸出誤差最大值的形式給出。表示實(shí)際輸出數(shù)字量與理論上應(yīng)有的輸出數(shù)字量之間的差別。多以最低有效位的倍數(shù)表示。論上應(yīng)有的輸出數(shù)字量之間的差別。多以最低有效位的倍數(shù)表示。如轉(zhuǎn)換誤差如轉(zhuǎn)換誤差LSB21有時(shí)也以滿量程的百分?jǐn)?shù)給出。如轉(zhuǎn)換誤差為有時(shí)也以滿量程的百分?jǐn)?shù)給出。如轉(zhuǎn)換誤差為FSR%05. 0使用時(shí)要注意環(huán)境溫度、電源電壓等條件。使用時(shí)要注意環(huán)境溫度、電源電壓等條件。44（二）（二）A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度不同類型間速度相差懸殊。不同類型間速度相差懸殊。并聯(lián)比較型最快。轉(zhuǎn)換時(shí)間小于并聯(lián)比較型最快。轉(zhuǎn)換時(shí)間小于50ns。逐次漸近型次之。轉(zhuǎn)換時(shí)間多在逐次漸近型次之。轉(zhuǎn)換時(shí)間多在10100 之間。之間。s雙積分型速度最低。轉(zhuǎn)換時(shí)間多在數(shù)十毫秒到數(shù)百毫秒之間。雙積分型速度最低。轉(zhuǎn)換時(shí)間多在數(shù)十毫秒到數(shù)百毫秒之間。在速度要求高的場(chǎng)合，還要考慮取樣保持電路的獲取在速度要求高的場(chǎng)合，