第八章 數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路.ppt

1、概述 D/A轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器,第八章 數(shù)模、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,8.1 概述,模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D）模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換器或ADC（Analog to Digital Converter）實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電路。,數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換 D/A轉(zhuǎn)換器或DAC（Digital to Analog Converter） 能實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的電路。,數(shù)字控制系統(tǒng)原理框圖,溫度壓力流量速度,電流電壓,8.2 數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換,一、 D/A轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu),數(shù)碼鎖存器完成輸入數(shù)字的鎖存并為轉(zhuǎn)換保留一定時(shí)間,電子開關(guān)完成基準(zhǔn)電壓VREF和地之間的倒換,電阻網(wǎng)絡(luò)根據(jù)輸入數(shù)字產(chǎn)生不同的

2、電流或電壓,求和電路產(chǎn)生模擬輸出電壓,1. 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 （1）電路結(jié)構(gòu),（2）工作原理,當(dāng)輸入數(shù)字D0=1時(shí),當(dāng)輸入數(shù)字D1=1時(shí),當(dāng)輸入數(shù)字Di=1時(shí),設(shè)n=4，Rf = R/2，VREF=-5V，則:,【例】已知某8位D/A轉(zhuǎn)換器的輸入為11010001時(shí)，輸出VO=2.09V，求輸入為00111100時(shí)的輸出電壓值。,權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)： （1）電路結(jié)構(gòu)比較簡單； （2）電阻網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)電阻的阻值相差太大； （3）容易產(chǎn)生輸出尖峰現(xiàn)象。,2. 倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 （1）電路結(jié)構(gòu)（AD7520、CB7520）,（2）工作原理,倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)：

3、（1）電路結(jié)構(gòu)比較簡單； （2）電阻網(wǎng)絡(luò)中的種類少（僅R和2R兩種）。,二、 電子開關(guān) 1. CMOS電壓開關(guān),2. CMOS電流開關(guān)（CB7520）,三、 集成D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器 1. DAC0832的內(nèi)部結(jié),1）8位輸入寄存器第一級數(shù)據(jù)鎖存器 2）8位DAC寄存器第二級數(shù)據(jù)鎖存器 3）8位D/A轉(zhuǎn)換器完成數(shù)模轉(zhuǎn)換,2. 信號線,DI7DI08位數(shù)據(jù)輸入 IOUT1模擬電流輸出1，當(dāng)DI7DI0為FFH時(shí)， IOUT1最大， 當(dāng)DI7DI0為0時(shí)， IOUT1=0（最小）,IOUT2模擬電流輸出2， IOUT2=常數(shù)- IOUT1 RFB反饋電阻引出端； VREF參

4、考電壓輸入，范圍：+10V-10V； VCC芯片電壓，范圍：+5V+15V，最佳15V； AGND模擬地； DGND數(shù)字地；,3. 使用說明 （1）雙緩沖器方式特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度快，但控制電路復(fù)雜。,（2）單緩沖器方式特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度慢，但控制電路簡單（常用方式）。,4. DAC0832應(yīng)用舉例 DAC0832采用單緩沖器方式,四、 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 1. 轉(zhuǎn)換精度（分辨率或位數(shù)n）,（一） 分辨率 用輸入二進(jìn)制數(shù)的有效位數(shù)表示 （位數(shù)越多，精度越高） 用DAC的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比給出,（二） 轉(zhuǎn)換誤差 誤差來源 A、非線性誤差 B、比例系數(shù)誤差 C、零漂誤差 表示方法 A、用

5、輸出電壓滿刻度的百分比表示 B、用最低有效位的倍數(shù)表示,（一） 建立時(shí)間tS 大信號工作下，輸出電壓達(dá)到某一規(guī)定值所需要的時(shí)間。,2、轉(zhuǎn)換速度,（二） 轉(zhuǎn)換速率SR 大信號工作下，輸出模擬電壓的變化率。 DAC完成一次轉(zhuǎn)換所需時(shí)間為TTR（max）= ts + UO（max）/ SR,8-3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）,8.3.1 A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟和取樣定理,量化和編碼,取樣定理 fS2 fimax,A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟 采樣保持量化編碼,取樣用周期性的取樣脈沖fS，對輸入模擬信號的幅度定時(shí)取出樣值，將其變成一連串等距而不等幅的脈沖的過程。,保持把取樣電壓保持一段時(shí)間，保證完成A/D轉(zhuǎn)換 。,一

6、、取樣保持電路,1、取樣保持,2、電路組成及工作原理,取樣保持電路的基本形式,T管作為開關(guān)管使用，由uL來控制,uL=1，T導(dǎo)通，uI向Ch充電，充電過程結(jié)束后，uO=uC =uI,uL=0，T截止，uO=uC =uI可以保持一段時(shí)間不變。,取樣時(shí)間,保持時(shí)間,波形表示,3、單片集成取樣保持電路LF198,1. 量化把取樣電平規(guī)范到某個(gè)最小單位電壓的若干倍的過程。,量化方法 （1）只舍不取法 量化誤差=,（2）有舍有取法 量化誤差=/2,二、 量化、編碼,2. 編碼,編碼把量化后的倍數(shù)用二進(jìn)制數(shù)表示的過程,8.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的類型,直接型A/D轉(zhuǎn)換器,間接型A/D轉(zhuǎn)換器,逐次逼近型A/D

7、轉(zhuǎn)換器,并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器,雙積分型ADC,（1）電路組成,一、直接型A/D轉(zhuǎn)換器 1、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器,（2）工作原理：,第一步送出Qn-1=1（最大砝碼）將產(chǎn)生的D/A電壓與輸入電壓VI比較。,第二步根據(jù)比較結(jié)果決定Qn-1的去留，并加入Qn-2與VI比較。,依此類推直至加入Q0。,最后一步根據(jù)比較結(jié)果決定Q0的去留，并輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果。,完成轉(zhuǎn)換時(shí)間： (n+1)TCP,（3）逐次漸近型ADC的特點(diǎn),分辨率較高 轉(zhuǎn)換誤差較低 轉(zhuǎn)換速度較快 應(yīng)用較為廣泛,2、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器,1、電路組成,積分器,時(shí)鐘輸入控制門,二、 間接型A/D轉(zhuǎn)換器 電壓頻率變換（VF變換）；電壓時(shí)間變換

8、（VT變換）,過零比較器,（VT變換）,（2） 工作原理,（3） 工作波形,（4） 波形分析,0t1階段積分器對VI積分：,t1t2階段積分器對-VREF積分：,（5）雙積分型ADC的特點(diǎn),性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高 電路簡單，抗干擾能力強(qiáng) 工作速度低低速ADC; 最小轉(zhuǎn)換時(shí)間=2nTCP 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間=2n+1TCP 適用于要求精度高，速度要求不高的場合,三、 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 轉(zhuǎn)換精度,【例】已知8位A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓VREF=5.12V，求當(dāng)輸入為VI=3.8V時(shí)的數(shù)字量輸出。 解：,2. 轉(zhuǎn)換速度 （1）高速ADC并聯(lián)比較型ADC （2）中速ADC逐次逼近型 （3）低速ADC雙積分型,四、集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809 1. ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu),2. ADC0809的工作過程 （1）根據(jù)所選通道編號，輸入ADDA，ADDB，ADDC的值，并使ALE=1（正脈沖），鎖存通道地址； （2）使START=1（正脈沖）啟動A/D轉(zhuǎn)換； （3）檢測EOC信號是否為“1”，是則表示轉(zhuǎn)換結(jié)束； （4）在EOC=1時(shí)，使OE=1將A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)取出。,第八章小結(jié),轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度的概念以及表示方法,