模擬與數(shù)字轉(zhuǎn)換電路

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)五、模擬與數(shù)字轉(zhuǎn)換電路

模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的重要接口,也是數(shù)字測(cè)量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件。

將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器

(簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC)；傳感器模擬控制模擬信號(hào)數(shù)字計(jì)算機(jī)

數(shù)字控制ADCDAC

將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的裝置稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器

(簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC)數(shù)字信號(hào)目錄

ADC01模數(shù)轉(zhuǎn)換器

模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量間接A/D轉(zhuǎn)換器：工作速度較低，但轉(zhuǎn)換精度較高，抗干擾能力強(qiáng)，在測(cè)量儀表中得到廣泛應(yīng)用。分為直接A/D轉(zhuǎn)換器和間接A/D轉(zhuǎn)換器兩大類直接A/D轉(zhuǎn)換器:工作速度高、轉(zhuǎn)換精度容易保證。如逐次逼近型、并行比較型、計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器等如單積分型A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器等一、逐次逼近型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2.轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換開始先將寄存器最高位預(yù)置1，輸出數(shù)字量為100…0，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓UΣ,并與輸入模擬電壓

UX比較,若UΣ<

UX

,最高位的1保留；若UΣ>

UX

，最高位定為0；再將寄存器的次高位預(yù)置1，按上述方法逐位比較下去，直到最低位為止。1結(jié)構(gòu)圖3.轉(zhuǎn)換過程23411000UΣ

<

UX6VUΣ

<

UX5.5V留去留留4VUΣ

>

UX5VUΣ

UX“1”留否d3d2d1d0UΣ(V)順序比較判斷110010101011例：UR=8V，UX

=5.52VD/A轉(zhuǎn)換器輸出UΣ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，UX=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

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

ALEEOCSTARTCLOCKEOUT三、A/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。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.轉(zhuǎn)換誤差：以實(shí)際輸出的數(shù)字量和理想數(shù)字量之間的差別，轉(zhuǎn)換誤差通常用相對(duì)誤差表示。

4.輸入模擬電壓范圍：輸入電壓范圍有單極性和雙極性之分。

分辨率和轉(zhuǎn)換誤差一起反映了A/D轉(zhuǎn)換器的精度。A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)多，其相對(duì)誤差小，轉(zhuǎn)換精度高目錄

DAC01UR=10V，試分別求出4位和8位D∕A轉(zhuǎn)換器的輸出最小電壓、最大電壓。解：4位D∕A轉(zhuǎn)換器d3～d0＝0001時(shí)輸出最小電壓U0min；d3～d0＝1111時(shí)輸出最大電壓U0max

。同理8位D∕A轉(zhuǎn)換器在UR和RF相同條件下，D∕A轉(zhuǎn)換器位數(shù)越多，輸出最小電壓越小，輸出最大電壓越大。

D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)

指最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。

1.分辨率2.轉(zhuǎn)換誤差（轉(zhuǎn)換精度）3.輸出電壓(電流)的建立時(shí)間例:十位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為有時(shí)也用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)來表示分辨率。轉(zhuǎn)換誤差是指輸出模擬電壓的實(shí)際值與理論值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。轉(zhuǎn)換誤差常用輸出滿刻度FSR的百分?jǐn)?shù)表示，也有用最低有效位的倍數(shù)來表示。

輸入由全0變?yōu)槿?或由全1變?yōu)槿?起，到輸出穩(wěn)定電壓(電流)所需的時(shí)間。DAC0832簡化電路框圖八位寄存器輸入八位寄存器DAC八位轉(zhuǎn)換器UREFRFIout1Iout2AGNDUCCDGND&ILECSWR1WR2XFERD/AD7D0......11≥≥DAC0832結(jié)構(gòu)圖片選信號(hào)，低電平有效寫入控制，低電平有效模擬地端D0~D7數(shù)字量輸入?yún)⒖茧妷狠斎攵薉AC0832管腳分布圖CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120數(shù)字地端反饋電阻外接端CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120DAC0832管腳分布圖輸入鎖存允許信號(hào)，高電平有效芯片工作電壓輸入端

寫入控制端低電平有效，與配合使用XFERCSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120DAC0832管腳分布圖電流輸出端單極性輸出時(shí)。Iout2接模擬地

傳送控制端低電平有效，與WR