電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能 第4版 教案 25 AD與DA轉(zhuǎn)換

武漢市儀表電子學(xué)校電工電子教案第10章教案授課班級課程名稱電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)內(nèi)容10.1.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本概念課堂類型學(xué)時學(xué)時授課時間教學(xué)目標(biāo)知識目標(biāo)：1.ADC有以下幾個主要技術(shù)指標(biāo)2.A/D轉(zhuǎn)換器的常見類型技能目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生分析電路、解決問題的能力素養(yǎng)目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作、合作共贏的意識教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重、難點(diǎn)：A/D轉(zhuǎn)換器的常見類型教學(xué)內(nèi)容及步驟備注10.1.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本概念電信號分為兩種——模擬信號（或稱模擬量）和數(shù)字信號（或稱數(shù)字量）。模擬量是隨時間連續(xù)變化的量，而數(shù)字量是非連續(xù)變化的量，所以傳遞和處理電信號的電路也分為模擬電路和數(shù)字電路，他們分別處理模擬信號和數(shù)字信號，在實(shí)際應(yīng)用中常常需要對模擬量和數(shù)字量進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。將模擬量轉(zhuǎn)換成數(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，如圖10-1所示。一個完整的AD轉(zhuǎn)換過程必須包括采樣、保持、量化、編碼四部分電路，在具體實(shí)施時，常把這四個步驟合并進(jìn)行，例如：采樣和保持是利用同一電路連續(xù)完成的，量化和編碼是在轉(zhuǎn)換過程中同步實(shí)現(xiàn)的，而且所用的時間又是保持的一部份。圖10-2A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理示意圖如圖10-2所示，模擬電子開關(guān)S在采樣脈沖CP的控制下重復(fù)接通、斷開。S接通時，ui(t)對電容C充電，這是采樣過程，S斷開時，電容C上的電壓保持不變，稱為保持過程，在保持過程中，采樣的模擬電壓經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字化編碼電路轉(zhuǎn)換成一組n位的二進(jìn)制數(shù)輸出。隨著S的不斷接通、斷開，輸入的模擬電壓將不斷轉(zhuǎn)換成n位二進(jìn)制數(shù)輸出。ADC有以下幾個主要技術(shù)指標(biāo)：【分辨率】通常用ADC輸出的二進(jìn)制碼的位數(shù)N來表示。它表明該轉(zhuǎn)換器可以用2N個二進(jìn)制數(shù)對輸入模擬量進(jìn)行量化，ADC位數(shù)越多，分辨率就越高?！鞠鄬D(zhuǎn)換精度】表示ADC實(shí)際輸出的數(shù)字量與理想的輸出數(shù)字量之間的差別，常用相對誤差的形式給出，ADC的位數(shù)越多，量化單位便越小，分辨率越高，轉(zhuǎn)換精度越高。【轉(zhuǎn)換速度】ADC從接收到轉(zhuǎn)換控制信號開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字量為止所需要的時間，即完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間，稱為轉(zhuǎn)換速度。采用不同的轉(zhuǎn)換電路，其轉(zhuǎn)換速度是不同的，低速的為1ms～3ms，中速ADC的轉(zhuǎn)換時間在50μs左右，ADC0809的轉(zhuǎn)換時間為100μs。【電源電壓抑制比】指在輸入模擬電壓不變的前提下，當(dāng)轉(zhuǎn)換電路的電源電壓發(fā)生變化時，對輸出產(chǎn)生的影響，一般用輸出數(shù)字量的絕對變化量來表示。數(shù)字系統(tǒng)的精度和速度最終取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度，因此轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度是衡量A/D轉(zhuǎn)換器性能的兩個重要指標(biāo)?！続/D轉(zhuǎn)換器的常見類型】通常分為并聯(lián)比較型和逐次逼近型，如圖10-3所示。并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，但使用的比較器和觸發(fā)器較多；逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率高，誤差較低，轉(zhuǎn)換速度較快，是應(yīng)用非常廣泛的一種A/D轉(zhuǎn)換器。(a)三位并聯(lián)比較型ADC電路框圖（b）逐次逼近ADC原理框圖圖10-3ADC常見的類型10章教案授課班級課程名稱電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)內(nèi)容10.1.2A/D轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用課堂類型學(xué)時學(xué)時授課時間教學(xué)目的1、引腳排列圖及各引腳功能說明2、模擬量輸入通道選擇說明教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重、難點(diǎn)：集成A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容及步驟備注10.1.2A/D轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用【集成A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的應(yīng)用】ADC0809是一種常用的集成A/D轉(zhuǎn)換器，采用逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換原理，采用CMOS單片28個引腳雙列直插式封裝，能實(shí)現(xiàn)8位A/D轉(zhuǎn)換。1．引腳排列圖及各引腳功能說明IN0~IN7：8路模擬信號輸入端。A2、A1、A0：模擬通道選擇器地址輸入端，根據(jù)其值選擇8路模擬信號中的一路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。ALE：地址鎖存信號，此端施加正脈沖時，選通A2、A1、A0中的一路模擬信號通過，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。START：啟動A/D轉(zhuǎn)換，應(yīng)在此腳施加正脈沖，在下降沿到達(dá)后，開始A/D轉(zhuǎn)換過程。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出信號，高電平有效。OE：輸入允許信號，高電平有效。CLOCK（CP）：時鐘信號輸入端，外接時鐘頻率10~1280kHz。其數(shù)值的大小決定A/D轉(zhuǎn)換的速度。Vcc：+5V單電源供電。VREF(+)、VREF（-）：基準(zhǔn)電壓的正、負(fù)極。一般VREF(+)接+5V電源 ，VREF（-）接地。D7~D0：8位數(shù)據(jù)輸出端。圖10-4ADC0809轉(zhuǎn)換器引腳圖2．模擬量輸入通道選擇說明ADC0809芯片中23、24、25的三個引腳為（A2、A1、A0）3位地址輸入端。當(dāng)A2、A1、A0三地址輸入端進(jìn)行000~111的8種不同變量組合時，則對應(yīng)有8路模擬信號中的任何一路被選通進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，地址譯碼與模擬輸入通道的選通關(guān)系見表10-1。第10章教案授課班級課程名稱電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)內(nèi)容技能訓(xùn)練10-1用ADC0809構(gòu)成A/D轉(zhuǎn)換器課堂類型學(xué)時學(xué)時授課時間教學(xué)目的1、了解集成A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的性能及工作原理2、掌握A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的正確使用方法教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重、難點(diǎn)：掌握A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的正確使用方法教學(xué)內(nèi)容及步驟備注【訓(xùn)練內(nèi)容及步驟】1．電路制作按圖10-5連接電路，圖10-6是ADC0809實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換實(shí)物圖。在CP端接信號發(fā)生器脈沖信號（f=100kHz），8路輸入模擬信號為1~4.5V,由+5V電源經(jīng)電阻R（R=1KΩ）分壓組成；A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果D0~D7接邏輯電平顯示器輸入插口。A0、A1、A2地址端接邏輯電平輸出插口。圖10-5運(yùn)用ADC0809實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換2．電路調(diào)試（1）連好電路檢查無誤后接通電源，在啟動端（START）加一個正脈沖下降沿，即開始A/D轉(zhuǎn)換