數(shù)字電子技術(shù)ch9.ppt

1、單片機(jī)仿真頭,引入,Analog,Digital,引入,“翻譯”,電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽賽題,Analog,Digital,引入,“翻譯”,9.1 概述,9.2 D/A轉(zhuǎn)換器,9.3 A/D轉(zhuǎn)換器,9.4 D/A和A/D轉(zhuǎn)換器綜合應(yīng)用,第9章 模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器,New！,9.1.0 學(xué)習(xí)要求與學(xué)習(xí)重點(diǎn),New！,9.1.2 A/D轉(zhuǎn)換基本原理,9.1.1 D/A轉(zhuǎn)換基本原理,9.1 本章總論, 本章學(xué)習(xí)要求,掌握D/A 、A/D轉(zhuǎn)換的基本原理 掌握各種D/A 、A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理； 掌握幾種集成D/A、A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用； 能夠估計(jì)D/A、A/D轉(zhuǎn)換器的誤差。,9.1.0 學(xué)習(xí)要求與學(xué)習(xí)重點(diǎn),Ema

2、il me please if you have any questions: win_,9.1.0 學(xué)習(xí)要求與學(xué)習(xí)重點(diǎn), 本章學(xué)習(xí)重點(diǎn), D/A 、A/D轉(zhuǎn)換原理 D/A 、A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)思路和工作原理 集成D/A 、A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用, D/A轉(zhuǎn)換原理,9.1.1 D/A轉(zhuǎn)換基本原理,基礎(chǔ)知識(shí), D/A轉(zhuǎn)換參數(shù), D/A轉(zhuǎn)換原理,基礎(chǔ)知識(shí),9.1.1 D/A轉(zhuǎn)換基本原理,若要DA，須有一個(gè)模擬參考量R ，使得 A=DR,設(shè) maxA=R 則 0D1 D是一個(gè)不大于1的n進(jìn)制數(shù)。,本課程中，D是二進(jìn)制數(shù)： D=a121+a222+an2n , ai(0, 1),基礎(chǔ)知識(shí),9.1.1 D/

3、A轉(zhuǎn)換基本原理, D/A轉(zhuǎn)換原理,可用一個(gè)參考電壓VREF作模擬參考量。,基礎(chǔ)知識(shí),9.1.1 D/A轉(zhuǎn)換基本原理, D/A轉(zhuǎn)換原理,基礎(chǔ)知識(shí),9.1.1 D/A轉(zhuǎn)換基本原理, D/A轉(zhuǎn)換原理,A=DR,D=a121+a222+an2n,A=DR= ( a12 n1+a22 n2+an2 0),A=DR= ( D n12 n1+ D n22 n2+ D 02 0),量化單位D的一個(gè)最低有效位（LSB）, D/A轉(zhuǎn)換參數(shù),基礎(chǔ)知識(shí),9.1.1 D/A轉(zhuǎn)換基本原理,分辨力D/A轉(zhuǎn)換器分辨模擬量最小值的能力，也就是最低位LSB所代表的模擬量。,分辨率D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。D/A轉(zhuǎn)換器分辨最小模擬量的能

4、力也就越強(qiáng)。,分辨力與分辨率是統(tǒng)一的，有的材料對(duì)二者不加區(qū)分。, D/A轉(zhuǎn)換參數(shù),應(yīng)用基礎(chǔ),9.1.1 D/A轉(zhuǎn)換基本原理,滿量程D/A轉(zhuǎn)換器可輸出模擬量的最大值。 (2 n1)VREF,通常用2 nVREF指代滿量程標(biāo)稱滿量程。, D/A轉(zhuǎn)換參數(shù),應(yīng)用基礎(chǔ),9.1.1 D/A轉(zhuǎn)換基本原理,精度 一般以滿量程相對(duì)誤差來說明D/A轉(zhuǎn)換器的精度 ：,Umax最大絕對(duì)誤差, A/D轉(zhuǎn)換原理,9.1.2 A/D轉(zhuǎn)換基本原理,基礎(chǔ)知識(shí), A/D轉(zhuǎn)換參數(shù), A/D轉(zhuǎn)換原理,基礎(chǔ)知識(shí),9.1.2 A/D轉(zhuǎn)換基本原理,A/D轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào),若參考量為R， 則 DA/R,?, A/D轉(zhuǎn)換原理,基礎(chǔ)

5、知識(shí),9.1.2 A/D轉(zhuǎn)換基本原理,量化單位, A/D轉(zhuǎn)換原理,基礎(chǔ)知識(shí),9.1.2 A/D轉(zhuǎn)換基本原理, A/D轉(zhuǎn)換原理,基礎(chǔ)知識(shí),9.1.2 A/D轉(zhuǎn)換基本原理,量化誤差因mmin 不能是無窮小而帶來的誤差。量化誤差是不可消除的。, A/D轉(zhuǎn)換原理,？問題？,9.1.2 A/D轉(zhuǎn)換基本原理,采用了A/D轉(zhuǎn)換器，會(huì)不會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)的精度降低 ？, A/D轉(zhuǎn)換參數(shù),基礎(chǔ)知識(shí),9.1.2 A/D轉(zhuǎn)換基本原理,分辨力與分辨率, A/D轉(zhuǎn)換參數(shù),基礎(chǔ)知識(shí),9.1.2 A/D轉(zhuǎn)換基本原理,量化誤差, A/D轉(zhuǎn)換參數(shù),基礎(chǔ)知識(shí),9.1.2 A/D轉(zhuǎn)換基本原理,精度 nLSB,滿量程相對(duì)誤差 nL

6、SB量化帶來的誤差,A/D轉(zhuǎn)換器的精度不僅僅取決于量化誤差，而是由多種因素決定的。如某A/D轉(zhuǎn)換器的精度為0.5%1LSB。1LSB稱為一個(gè)字誤差，通常即為量化誤差誤差。, A/D轉(zhuǎn)換參數(shù),基礎(chǔ)知識(shí),9.1.2 A/D轉(zhuǎn)換基本原理,線性, A/D轉(zhuǎn)換參數(shù),基礎(chǔ)知識(shí),9.1.2 A/D轉(zhuǎn)換基本原理,轉(zhuǎn)換時(shí)間完成一次轉(zhuǎn)換所用的時(shí)間, A/D轉(zhuǎn)換參數(shù),基礎(chǔ)知識(shí),9.1.2 A/D轉(zhuǎn)換基本原理,轉(zhuǎn)換速率每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù),9.2.1 權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器,New！,9.2.3 集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用,9.2.2 R-2R網(wǎng)絡(luò)型D/A轉(zhuǎn)換器,9.2 D/A轉(zhuǎn)換器,9.2.1 權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器,基礎(chǔ)知識(shí)

7、,9.2.1 權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器,基礎(chǔ)知識(shí),uo=I Rf,基礎(chǔ)知識(shí),9.2.2 R-2R網(wǎng)絡(luò)型D/A轉(zhuǎn)換器,應(yīng)用基礎(chǔ),9.2.3 集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用,7520典型10bit DAC,采用CMOS電子開關(guān) 與TTL電平兼容 電源電壓范圍：515V 采用R-2R電阻網(wǎng)絡(luò),9.2.3 集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用,工程應(yīng)用,應(yīng)用基礎(chǔ),9.2.3 集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用,0832與P兼容的8bitDAC,采用CMOS和薄膜Si-Cr電阻相容工藝，溫漂低 具有二級(jí)數(shù)字輸入緩沖鎖存器，可與數(shù)據(jù)P數(shù)據(jù) 總線直接相連，無需另接鎖存器 屬乘法D/A轉(zhuǎn)換器可工作于四個(gè)象限 與TTL電平兼容 數(shù)字地與模擬地

8、可分開，使用靈活,應(yīng)用基礎(chǔ),9.2.3 集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用,MAX5013新產(chǎn)品12bit高速DAC,工作速率達(dá)100MHZ 建立時(shí)間僅13ns 內(nèi)含主-從式鎖存器 電源電壓+5V或-5.2V 與TTL和ECL電導(dǎo)兼容,工程應(yīng)用,9.2.3 集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用,擴(kuò)充知識(shí),9.2.3 集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用,No_360S D-A轉(zhuǎn)換器,八路13位數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX547,圖象處理DAC,9.3.1 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器,New！,9.3.4 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器,9.3.3 并-串比較型A/D轉(zhuǎn)換器,9.3 A/D轉(zhuǎn)換器,9.3.2 串行比較型A/D轉(zhuǎn)換器,9.3.6 A/D轉(zhuǎn)

9、換器產(chǎn)品舉例,9.3.5 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器,9.3.1 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器,Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC,基本原理,串行比較型A/D轉(zhuǎn)換器,Content:Ch9ADC and DAC9.3 ADC,基本原理,9.3.1 串行比較型A/D轉(zhuǎn)換器,Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC,基本原理,9.3.1 并-串比較型A/D轉(zhuǎn)換器,Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC,9.3.4 逐次比較型ADC,基本原理,Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC,9.3.5 雙積分型ADC,基本原理,C

10、ontent:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC,9.3.5 雙積分型ADC,基本原理,Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC,9.3.5 雙積分型ADC,基本原理,時(shí)段：固定時(shí)間積分,到時(shí)結(jié)束,時(shí)段：固定斜率積分，過零結(jié)束,Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC,9.3.5 雙積分型ADC,基本原理,優(yōu)點(diǎn)：精度較高，對(duì)元件要求低,缺點(diǎn)：速度低,9.3.6 A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品舉例,Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC,工程應(yīng)用基礎(chǔ),ADC0809,特點(diǎn)： 屬CMOS電路 8路模擬輸入，8 bit 輸出(3S門) 與常用

11、P兼容 采用逐次比較法，轉(zhuǎn)換時(shí)間約100s,9.3.6 A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品舉例,Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC,工程應(yīng)用基礎(chǔ),9.3.6 A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品舉例,Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC,工程應(yīng)用基礎(chǔ),ICL7106/7107,特點(diǎn)： 直接輸出7段譯碼信號(hào) 7106驅(qū)動(dòng)LCD；7107驅(qū)動(dòng)LED 十進(jìn)制3位半A/D轉(zhuǎn)換器 雙積分型電路，內(nèi)含基準(zhǔn)源,9.3.6 A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品舉例,Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC,工程應(yīng)用,9.3.6 A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品舉例,Content:Ch9 ADC and DAC9

12、.3 ADC,工程應(yīng)用基礎(chǔ),MAX1011,特點(diǎn)： 6bit高速A/D轉(zhuǎn)換器，速率可達(dá)90M 帶偏移矯正的55MHZ帶寬差動(dòng)放大器 功耗僅190mW 有效位為5.85bit,9.3.6 A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品舉例,Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC,工程應(yīng)用,9.3.6 A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品舉例,Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC,工程應(yīng)用,A/D轉(zhuǎn)換器最新產(chǎn)品舉例,TI推出業(yè)界首個(gè)集成12位a-d轉(zhuǎn)換器和超低功耗閃存的微控制器系列,-ADC,9.4.1 應(yīng)用領(lǐng)域,New！,9.4.3 綜合應(yīng)用舉例,9.4.2 產(chǎn)品選用原則,9.4 D/A和A/D轉(zhuǎn)換

13、器綜合應(yīng)用,9.4.1 ADC 與 DAC 應(yīng)用領(lǐng)域,Content:Ch9 ADC and DAC9.4 How to use,工程應(yīng)用,簡(jiǎn)單數(shù)字應(yīng)用系統(tǒng),數(shù)字計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng),通信,音頻/視頻系統(tǒng),測(cè)量?jī)x器,9.4.2 ADC 與 DAC產(chǎn)品選用原則,Content:Ch9 ADC and DAC9.4 How to use,工程應(yīng)用,選擇電路類型選擇,轉(zhuǎn)換速率選擇,分辨率與精度選擇,功能選擇,性能價(jià)格比, ADC 選用一例,9.4.2 ADC 與 DAC產(chǎn)品選用原則,Content:Ch9 ADC and DAC9.4 How to use,工程應(yīng)用,ADC 工程選用一例,放大,簡(jiǎn)化,簡(jiǎn)化

14、,位置傳感信號(hào),電動(dòng)機(jī)控制信號(hào),規(guī)范化,9.4.2 ADC 與 DAC產(chǎn)品選用原則,Content:Ch9 ADC and DAC9.4 How to use,工程應(yīng)用,ADC 工程選用一例,計(jì)算機(jī) 控制系統(tǒng),機(jī)械 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),傳感器輸出電壓為05V，分辨力為2.5mV,運(yùn)動(dòng)控制范圍為0200mm，控制精度不低于0.2mm,ADC,ADC在何處？,9.4.3 ADC 與 DAC 綜合應(yīng)用舉例,Content:Ch9 ADC and DAC9.4 How to use,工程應(yīng)用,歷屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽題目,Email me please if you have any questions: w

15、in_,問題征集,9.4.3 ADC 與 DAC 綜合應(yīng)用舉例,Content:Ch9 ADC and DAC9.4 How to use,工程應(yīng)用,問題征集,通過觀察，較系統(tǒng)地提出一個(gè)ADC 與/或 DAC 應(yīng)用的問題。,本章小結(jié),1. A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器是數(shù)字系統(tǒng)和各種工程技術(shù)相聯(lián)系的橋梁，在二者之間起著“翻譯”的作用。 2. 實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換，都需要一個(gè)模擬參考量R ，使得 A=DR 和 D,3. 常用的D/A轉(zhuǎn)換器主要有權(quán)電阻型和R-2R網(wǎng)絡(luò)型兩種電路。由于R-2R網(wǎng)絡(luò)型的電阻種類少，易于集成和提高精度，因此多為集成D/A轉(zhuǎn)換器所采用。 4. 常用的A/D轉(zhuǎn)換器主要有雙積分型、逐次比較型和并行比較型三種。三種電路在精度、轉(zhuǎn)