第23章模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換

第23章模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換23.1D/A轉(zhuǎn)換器23.2A/D轉(zhuǎn)換器第23章模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換本章要求1.了解數(shù)-模、模-數(shù)轉(zhuǎn)換的基本概念和轉(zhuǎn)換原理。2.了解數(shù)-模、模-數(shù)轉(zhuǎn)換常用芯片的使用方法。能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC；能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。ADC和DAC是溝通模擬電路和數(shù)字電路的橋梁，也可稱之為兩者之間的接口。23.1D/A轉(zhuǎn)換器23.1.1倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器倒T型解碼網(wǎng)絡(luò)uo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR.Uc=UR

/2UB=UR/4UA=UR/8UD

=UR即：由于解碼網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)匹配，則圖中各點(diǎn)(D、C、B、A)電位逐位減半。uo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR因此，每個(gè)2R支路中的電流也逐位減半。即：uo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IRuo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR23.1.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)指最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。

1.分辨率2.線性度通常用非線性誤差的大小表示D/A轉(zhuǎn)換器的線性度。把偏離理想的輸入－輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)定義為非線性誤差。3.輸出電壓(電流)的建立時(shí)間例:十位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為從輸入數(shù)字信號(hào)起，到輸出電壓或電流到達(dá)穩(wěn)定值所需時(shí)間有時(shí)也用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)來表示分辨率。通常D/A轉(zhuǎn)換器的建立時(shí)間不大于1S23.2A/D轉(zhuǎn)換器

模–數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,它是模擬信號(hào)和數(shù)字儀器的接口。根據(jù)其性能不同，類型也比較多。

下面介紹逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換電路的原理和一種常用的集成電路組件。最后舉例說明其應(yīng)用。23.2.1逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器

其工作原理可用天平秤重過程作比喻來說明。若有四個(gè)砝碼共重15克，每個(gè)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：28g+4g38g+4g+2g48g+4g+1g

18g8g<13g，12g<13g，14g>13g，13g＝13g，8g12g12g13g暫時(shí)結(jié)果砝碼重比較判斷順序保留保留撤去保留QF3SRRF2SQRF1SQRF0SQ&d3&d2&d1&d0讀出“與門”&&&&≥1≥1≥1d3d0E讀出控制端U1UA－＋∞△＋電壓比較器逐次逼近寄存器控制邏輯門時(shí)鐘脈沖五位順序脈沖發(fā)生器四位逐次逼近型模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理電路四位D/A轉(zhuǎn)換器CQ4Q3Q2Q1Q0d2d11.轉(zhuǎn)換原理(待轉(zhuǎn)換的模擬電壓)UI數(shù)碼寄存器順序脈沖發(fā)生器－＋＋D/A轉(zhuǎn)換器u0控制邏輯時(shí)鐘清0、置數(shù)清0、置數(shù)CP(移位命令)“1”狀態(tài)是否保留控制端UA試探電壓放哪一個(gè)砝碼砝碼是否保存2.轉(zhuǎn)換過程23411000UA

<

UI6VUA

<

UI5.5V留去留留4VUA

>

UI5VUA

UI“1”留否d3d2d1d0UA(V)順序比較判斷110010101011例：UR=8V，UI

=5.52VD/A轉(zhuǎn)換器輸出UA為正值轉(zhuǎn)換數(shù)字量10114+1+0.5=5.5V轉(zhuǎn)換誤差為–0.02V例：UR=8V，UI=5.52V若輸出為8位數(shù)字量轉(zhuǎn)換數(shù)字量10110001

4+1+0.5+0.03125=5.53125V轉(zhuǎn)換誤差為+0.01125V位數(shù)越多誤差越小逐次逼近轉(zhuǎn)換過程示意圖t0t1t310001100101010001011t2UA>UIUA<UI(轉(zhuǎn)換誤差:–0.02V)23.2.3A/D變換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率

以輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示分辨率。位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。2.轉(zhuǎn)換速度

完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，即從它接到轉(zhuǎn)換控制信號(hào)起，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出所需要的時(shí)間。3.相對(duì)精度實(shí)際轉(zhuǎn)換值和理想特性之間的最大偏差。

4.其它功率、電源電壓、電壓范圍等。

ADC0809八位A/D轉(zhuǎn)換器GNDCB

A－＋＋8通道模擬開關(guān)比較器邏輯控制逐次逼近寄存器D/A轉(zhuǎn)換器地址鎖存譯碼器三態(tài)輸出鎖存器UDDUR(+)UR(-)D7D0D6D5D4D3D2D1IN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0

ALEEOCSTARTCLOCKEOUTADC0809管腳分布圖UR(-)

BD4D0D2D7D6D512345678910