《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課件28實(shí)踐任務(wù)9.1

實(shí)踐任務(wù)9.1模數(shù)轉(zhuǎn)換集成電路應(yīng)用PART01學(xué)習(xí)目標(biāo)PART02任務(wù)描述PART03知識鏈接PART04實(shí)踐準(zhǔn)備PART05工作計劃PART06任務(wù)實(shí)施PART07學(xué)習(xí)評價目錄學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)描述知識鏈接實(shí)踐準(zhǔn)備工作計劃任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)評價學(xué)習(xí)目標(biāo)(1)掌握模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本概念、功能和工作原理(2)掌握模數(shù)轉(zhuǎn)換的主要參數(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)描述知識鏈接實(shí)踐準(zhǔn)備工作計劃任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)評價在電子電氣設(shè)備的檢測、控制系統(tǒng)中，模擬量與數(shù)字量之間的相互轉(zhuǎn)換應(yīng)用十分廣泛，例如：流量、溫度、濕度、亮度等經(jīng)傳感器產(chǎn)生的模擬信號，必須轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后才能送入計算機(jī)進(jìn)行處理。這次的實(shí)踐任務(wù)就是探索使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的途徑。在完成任務(wù)的過程中，可進(jìn)一步掌握模擬量和數(shù)字量的概念，了解模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本概念、功能和工作原理，熟悉模數(shù)轉(zhuǎn)換的主要參數(shù)。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)描述知識鏈接實(shí)踐準(zhǔn)備工作計劃任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)評價01模擬量和數(shù)字量02模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理03模數(shù)轉(zhuǎn)換的主要參數(shù)知識鏈接學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)描述知識鏈接實(shí)踐準(zhǔn)備工作計劃任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)評價①模擬量和數(shù)字量所謂的模擬信號可以定義為：在時間和數(shù)值上都是連續(xù)變化的信號，稱為模擬信號，其波形如圖（a）所示；所謂的數(shù)字信號可以定義為：在時間和數(shù)值上都是離散的信號，稱為數(shù)字信號，其波形只有高低兩種電平信號，如圖（b）所示。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)描述知識鏈接實(shí)踐準(zhǔn)備工作計劃任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)評價①模擬信號②模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理因?yàn)檩斎氲哪M信號在時間上是連續(xù)量，而輸出的數(shù)字信號代碼是離散量，所以進(jìn)行轉(zhuǎn)換時必須在一系列選定的瞬間（亦即時間坐標(biāo)軸上的一些規(guī)定點(diǎn)上）對輸入的模擬信號取樣，然后再把這些取樣值轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量。因此，一般的A/D轉(zhuǎn)換過程是通過取樣、保持、量化和編碼這四個步驟完成的，如下圖所示。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)描述知識鏈接實(shí)踐準(zhǔn)備工作計劃任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)評價①模擬信號③模數(shù)轉(zhuǎn)換的主要參數(shù)

1.轉(zhuǎn)換精度單片集成A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述的。(1)分辨率--它說明A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力。(2)轉(zhuǎn)換誤差--表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。

學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)描述知識鏈接實(shí)踐準(zhǔn)備工作計劃任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)評價①模擬信號③模數(shù)轉(zhuǎn)換的主要參數(shù)2.轉(zhuǎn)換時間指A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。不同類型的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度相差甚遠(yuǎn)。其中并行比較A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度最高，8位二進(jìn)制輸出的單片集成A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時間可達(dá)50ns以內(nèi)。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器次之，他們多數(shù)轉(zhuǎn)換時間在10～50μs之間，也有達(dá)幾百納秒的。間接A/D轉(zhuǎn)換器的速度最慢，如雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間大都在幾十毫秒至幾百毫秒之間。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)從系統(tǒng)數(shù)據(jù)總的位數(shù)、精度要求、輸入模擬信號的范圍及輸入信號極性等方面綜合考慮A/D轉(zhuǎn)換器的選用。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)描述知識鏈接實(shí)踐準(zhǔn)備工作計劃任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)評價模數(shù)轉(zhuǎn)換簡稱A/D轉(zhuǎn)換，其實(shí)現(xiàn)的功能是把連續(xù)變化的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這種轉(zhuǎn)換一般要通過采樣、保持、量化、編碼這4個步驟，其具體過程如下圖所示。將A/D轉(zhuǎn)換工作過程集成在一起的A/D轉(zhuǎn)換芯片，最常用的如ADC0809和ADC0804。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)描述知識鏈接實(shí)踐準(zhǔn)備工作計劃任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)評價ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。其引腳圖右圖所示。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)描述知識鏈接實(shí)踐準(zhǔn)備工作計劃任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)評價ADC0804分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時間為100μs，輸入電壓范圍為0～5V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為±5V。該芯片內(nèi)有輸出數(shù)據(jù)鎖存器，當(dāng)與計算機(jī)連接時，轉(zhuǎn)換電路的輸出可以直接連接到CPU的數(shù)據(jù)總線上，無需附加邏輯接口電路。其引腳圖右圖所示。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)描述知識鏈接實(shí)踐準(zhǔn)備工作計劃任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)評價工作組織因本任務(wù)相對簡單，因此以個人為單位，完成整個任務(wù)。工作方案制定項目具體實(shí)施步驟。工作用具準(zhǔn)備設(shè)計類任務(wù)，無需工具準(zhǔn)備。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)描述知識鏈接實(shí)踐準(zhǔn)備工作計劃任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)評價第一步本項目需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的模擬信號是0~5V電壓信號因本項目只有一路模擬輸入通道，而ADC0809集成了8路模擬輸入通道，因此使用ADC0809就浪費(fèi)了，為此選擇了只有一路模擬輸入通道的集成芯片ADC0804，該芯片內(nèi)部自動完成模擬量的取樣、保持、量化和編碼步驟。ADC0804是CMOS集成工藝制成的逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器芯片，分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時間為100μs，輸入電壓范圍為0～5V，增加某些外部電路后，輸入模擬電壓可為±5V。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)描述知識鏈接實(shí)踐準(zhǔn)備工作計劃任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)評價第二步使用ADC0804進(jìn)行0~5V電壓信號采集其微機(jī)化數(shù)據(jù)采集示意圖如下框?qū)W習(xí)目標(biāo)任務(wù)描述知識鏈接實(shí)踐準(zhǔn)備工作計劃任務(wù)實(shí)施學(xué)習(xí)評價第三步轉(zhuǎn)換精度計算因?yàn)榧尚酒珹DC0804的分辨率是8位，而輸入模擬量的范圍是0~5V，因此該模數(shù)轉(zhuǎn)換器精度能達(dá)到5/28=5/256≈0.02V，也就是說，只要輸入模擬量有0.2V以上的變化時，該