北航933控制工程綜合考研電子數(shù)電課件

7—2DA轉(zhuǎn)換器7—4多路模擬開關(guān)7—3AD轉(zhuǎn)換器7—5數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)介7—1導(dǎo)論第7章A/D與D/A轉(zhuǎn)換器

自然界中存在的物理量大都是模擬量，如溫度、時(shí)間、角度、速度等。隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，用數(shù)字電路處理模擬信號(hào)的情況非常普遍。

模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量—A/D轉(zhuǎn)換（AnalogtoDigital）數(shù)字量變換為模擬量—D/A轉(zhuǎn)換（DigitaltoAnalog）衡量A/D和D/A轉(zhuǎn)換器性能的兩個(gè)主要指標(biāo)轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換速度1-1導(dǎo)論

7-2D/A轉(zhuǎn)換器

D/A轉(zhuǎn)換器是利用電阻網(wǎng)絡(luò)和模擬開關(guān)，將二進(jìn)制數(shù)D轉(zhuǎn)換為與之成比例的模擬量，n位二進(jìn)制數(shù)D可以寫成:而輸出應(yīng)當(dāng)是與輸入的數(shù)字量成比例的模擬量AA=KD=KK為一個(gè)常量，單位為伏特。電阻解碼網(wǎng)絡(luò)為D/A轉(zhuǎn)換器的主要組成部分。

一、權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)

D/A轉(zhuǎn)換器權(quán)由電阻解碼網(wǎng)絡(luò)\電子開關(guān)和運(yùn)算放大器組成。Sn-1~S0是n個(gè)電子開關(guān)，受輸入代碼dn-1~d0控制，當(dāng)該位的值為“1”時(shí)，開關(guān)將電阻接至參考電壓源VREF；當(dāng)該位為“0”時(shí)，開關(guān)將電阻接地。D/A轉(zhuǎn)換器是利用電阻網(wǎng)絡(luò)和模擬開關(guān)，將二進(jìn)制數(shù)D轉(zhuǎn)換為與之成比例的模擬量，n位二進(jìn)制數(shù)D可以寫成：

K為一個(gè)常量，單位為伏特。電阻解碼網(wǎng)絡(luò)為D/A轉(zhuǎn)換器的主要組成部分。

優(yōu)點(diǎn)：所用的電阻數(shù)少；

缺點(diǎn)：阻值分散，集成電路制作困難。二、倒T型電阻解碼網(wǎng)絡(luò)

倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)是集成D/A轉(zhuǎn)換器中采用最多的一種

從每一個(gè)節(jié)點(diǎn)向左看，等效電阻均為2R，所以各支路電流如圖中所標(biāo)注，于是輸出電壓

與權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)相比，電阻阻值僅兩種，便于集成。三、集成D/A轉(zhuǎn)換器AD7524AD7524是CMOS低功耗8位D/A轉(zhuǎn)換器。內(nèi)部采用倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

電源VDD為+5V～+15VD0～D7為輸入數(shù)據(jù)—寫入信號(hào)VREF為參考電源IOUT1和IOUT2是模擬電流輸出使用內(nèi)部反饋電阻RFB時(shí)輸出電壓：—片選信號(hào)四、轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換精度1.分辨率—當(dāng)輸入數(shù)字量的最低位（LSB）發(fā)生變化引起的輸出電壓的變化量。常用輸入數(shù)字量的位數(shù)表示分辨率2.轉(zhuǎn)換誤差—轉(zhuǎn)換器實(shí)際能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。轉(zhuǎn)換誤差用LSB的倍數(shù)表示。轉(zhuǎn)換誤差分靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差。轉(zhuǎn)換速度

1．建立時(shí)間tset

它是在輸入數(shù)字量各位由全0變?yōu)槿?，或由全1變?yōu)槿?，輸出電壓達(dá)到某一規(guī)定值所需要的時(shí)間2．轉(zhuǎn)換速率SR

即輸入數(shù)字量的各位由全0變?yōu)槿?，或由全1變?yōu)?時(shí)，輸出電壓uo的變化率。這個(gè)參數(shù)與運(yùn)算放大器的壓擺率類似。7-2A/D轉(zhuǎn)換器一、A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟

A/D轉(zhuǎn)換一般包括采樣、保持、量化、編碼四個(gè)步驟。采樣保持完成對(duì)模擬信號(hào)時(shí)間上的離散化

采樣頻率的選擇應(yīng)滿足采樣定理：fs≥2fi(max)典型的采樣保持電路—LF198量化與編碼的概念

對(duì)模擬信號(hào)幅值的離散化—量化：用最小數(shù)量單位△度量模擬信號(hào)。量化單位△，也就是最低有效位（LSB）所代表數(shù)值。

把量化的結(jié)果用代碼（二進(jìn)制碼或其他編碼）表示出來，稱為編碼。這些代碼就是A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。量化過程不可避免地會(huì)引入誤差—量化誤差。位數(shù)越多，量化誤差越小；同時(shí)也與量化方法有關(guān)。第一

6.2.2A/D轉(zhuǎn)換器的分類

A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)—轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度

7-3并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器

速度最快；電路復(fù)雜，n位轉(zhuǎn)換器，所用的比較器的個(gè)數(shù)為2n-1個(gè)。ui（VREF）比較器輸出數(shù)字輸出C07

C06

CO5CO4

CO3

CO2

CO1D2

D1

D00≤ui<1/150000000

0001/15≤ui<3/150000001001

3/15≤ui<5/1500000110105/15≤ui<7/1500001110117/15≤ui<9/1500011111009/15≤ui<11/15001111110111/15≤ui<13/15011111111013/15≤ui<11111111111

并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的輸入輸出關(guān)系7-4逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器

轉(zhuǎn)換控制信號(hào)uL為高電平時(shí)開始轉(zhuǎn)換，此時(shí)送出一個(gè)800mV的電壓砝碼與輸入電壓比較，由于ui＜800mV，將800mV的電壓砝碼去掉，加400mV的電壓砝碼，ui＞400mV，于是保留400mV的電壓砝碼。再加200mV的砝碼，ui＞400mV+200mV，200mV的電壓砝碼保留，如此一直進(jìn)行下去，可獲得一組二進(jìn)制碼

011001110011按照BCD8421碼劃分，相當(dāng)673mV。一、工作原理

工作時(shí)序輸入輸出對(duì)應(yīng)關(guān)系二、逐次逼近型集成A/D—ADC08097-5雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器

一、工作原理

采樣階段—定時(shí)積分階段：比較轉(zhuǎn)換階段—定電壓積分階段：

采樣階段—定時(shí)積分階段：比較轉(zhuǎn)換階段—定電壓積分階段：

電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng),精度高。但其轉(zhuǎn)換速度較慢，轉(zhuǎn)換時(shí)間在幾十毫秒（ms）。逐次逼近型A/D的轉(zhuǎn)換時(shí)間一般小于100微秒。二、

集成雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器位A/D轉(zhuǎn)換器的含義：3表示BCD碼有完整的三位，即包含0~9；最大顯示為1999。分母2表示最高位只有二位數(shù)，即0和1，4表示BCD碼有完整的四位，即包含0~9；又如位A/D轉(zhuǎn)換器的含義：分母5表示最高位只有五位數(shù)，即0~4，最大顯示為4