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第 23 章 模拟量和数字量的转换

第 23 章 模拟量和数字量的转换. 23.1 D / A 转换器. 23.2 A / D 转换器. 第 23 章 模拟量和数字量的转换. 本章要求. 1. 了解 D/A 、 A/D 转换的基本概念和转换原理 ;. 2. 了解 D/A 、 A/D 转换常用芯片的使用方法。. 模  数与数  模转换器是计算机与外部设备的重要接口 , 也是数字测量和数字控制系统的重要部件。. 模拟信号. 数字信号. 传感器. ADC. 数字计算机. 模拟控制. DAC. 数字控制.

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第 23 章 模拟量和数字量的转换

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  1. 第23章 模拟量和数字量的转换 23.1 D/A转换器 23.2 A/D转换器

  2. 第23章 模拟量和数字量的转换 本章要求 1. 了解D/A、A/D转换的基本概念和转换原理; 2. 了解D/A、A/D转换常用芯片的使用方法。

  3. 模数与数模转换器是计算机与外部设备的重要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部件。模数与数模转换器是计算机与外部设备的重要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部件。 模拟信号 数字信号 传感器 ADC 数字计算机 模拟控制 DAC 数字控制 将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换器(简称A/D转换器或ADC)； 将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换器(简称D/A转换器或DAC)

  4. 23.1D/A转换器 数–模转换（D/A转换器）的基本思想： 由于构成数字代码的每一位都有一定的“权”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其“权”转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加即可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成D/A转换器的基本思想。

  5. 1. 电路 23.1.1 倒T型电阻网络D/A转换器 模 拟 开 关 参考电压 各位的数码控制相应位的模拟开关，数码为“1”时，开关接运放反相输入端；为 “0” 时接“地”。

  6. 2. 转换原理 从基准电压UR输出的总电流固定不变

  7. 流入运算放大器的总电流 运算放大器输出的模拟电压 若输入 n位二进制数 若RF=R

  8. 23.1.2 D/A转换器的主要技术指标 1.分辨率 指最小输出电压和最大输出电压之比。 例:十位D/A转换器 的分辨率为 有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。 2.线性度 通常用非线性误差的大小表示D/A转换器的线性度。把偏离理想的输入－输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。 3.输出电压( 电流 )的建立时间 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值所需时间 通常D/A转换器的建立时间不大于1S

  9. 23.1.3 DAC0832 D/A转换器 DAC0832是八位的D/A转换器,即在对其输入八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。

  10. 1. 内部简化电路框图 DAC 0832简化电路框图

  11. 2. 芯片管脚 DAC0832管脚分布图

  12. 片选信号， 低电平有效 写入控制， 低电平有效 模拟地端 D0 ~ D7 数字量输入 参考电压 输入端 DAC 0832管脚分布图

  13. 反馈电阻 外接端 数字地端 DAC 0832 管脚分布图

  14. 写入控制端 低电平有效，与 配合使用 XFER 芯片工作电压 输入端 输入锁存允许信 号，高电平有效 DAC 0832 管脚分布图

  15. 传送控制端 低电平有效，与 配合使用 WR2 电流输出端 单极性输出时。 Iout2接模拟地 DAC 0832 管脚分布图

  16. 单片机的地址线P2.7与XFER连接作为片选信号； D/A中两级寄存器的写信号均由单片机的WR端控制； 当P2.7为“0”选中DAC0832时，只要输出WR控制信号， DAC8032就能完成数字量的输入锁存和D/A的输出。 DA0832的典型应用 当基准电压是5V时，输出电压范围是0～5V。

  17. 集成 ADC 芯片举例 AD7520各管脚功能： d0 ~ d9：十位数字量的输入端； IO1、IO2：电流输出端； RF：反馈信号输入端； UDD：电源接线端； UR：参考电源，可正可负； GND：接地端。 AD7520的外引线排列及连接电路

  18. I/V转换 A/D转换 8位电流输出型D/A转换器。 可通过编程，利用数/模转换器输出特定波形。

  19. 模 –数(A/D)转换器的任务是将模拟量转换成数字量,它是模拟信号和数字仪器的接口。根据其性能不同，类型也比较多。 23.2 A/D转换器 下面介绍逐次逼近式A/D转换电路的原理和一种常用的集成电路组件。最后举例说明其应用。 逐次逼近型模—数转换器原理框图

  20. 比 较 判 断 暂时结果 顺 序 砝 码 重 其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。 若有四个砝码共重15克,每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量： 23.2.1 逐次逼近式 A/D 转换器 保留 8g < 13g ， 1 8 g 8 g 2 12g < 13g ， 8 g + 4 g 保留 12 g 3 8 g + 4 g + 2 g 14g > 13g， 撤去 12 g 保留 13g ＝13g， 8 g + 4 g + 1 g 13g 4

  21. 1. 转换原理 砝码是 否保存 放哪一 个砝码

  22. d3 d2 d1 d0 UA(V) 顺 序 比 较 判 断 “1”留否 例：UR= 8V，UI = 5.52V 2. 转换过程 4V UA<UI 1 1 0 0 0 留 UA>UI 2 6V 去 1 1 0 0 5V UA<UI 3 1 0 1 0 留 UAUI 4 1 0 1 1 5. 5V 留 D/A转换器输出UA为正值

  23. 例：UR= 8V，UI = 5.52V 转换数字量1011 4+1+0.5 = 5.5V 转换误差为 –0.02V 若输出为 8位数字量 转换数字量10110001 4+1+0.5+0.03125 = 5.53125V 转换误差为 +0.01125V 位数越多误差越小

  24. t0 t1 t2 t3 (转换误差: –0.02V) 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 逐次逼近转换过程示意图 UA> UI UA< UI

  25. 1. 分辨率 以输出二进制数的位数表示分辨率。 位数越多，误差越小，转换精度越高。 23.2.2 A/D 变换器的主要技术指标 2. 转换速度 完成一次A/D转换所需要的时间，即从它接到转 换控制信号起，到输出端得到稳定的数字量输出 所需要的时间。 3. 相对精度 实际的各个转换点偏离理想特性的误差。 4.其它 功率、电源电压、电压范围等。

  26. ADC0809八位A/D转换器

  27. B ADC 0809管脚分布图

  28. 23.2.2双积分型A/D转换器 双积分型A/D转换器属于电压－时间变换的间接A/D转换器。 基本原理是将一段时间内的输入模拟电压Ui和参考电压UR 通过两次积分，变换成与输入电压平均值成正比的时间间隔,再变换成正比于输入模拟信号的数字量。

  29. 1. 电路图 双积分型A/D转换器的电路图

  30. 2. 转换原理 (1) 转换开始前 转换信号uC=0,各触发器清零,并使S2闭合,让积分电路的电容C完全放电。 (2) 对输入模拟电压的积分 使uL=1，由控制电路将，S2断开，并将S1接到输入电压端，积分电路开始对uI积分。积分输出uA为负值，比较器输出uC为1，开通CP控制门G，计数器开始计数。 A/D转换器的工作波形图

  31. 2. 转换原理 (2) 对输入模拟电压的积分 当计到2n个脉冲时,计数器输出全0, 同时输出一进位信号,使FFS置1。 对uI的积分结束，积分时间T1= 2n TCP,TCP为CP的周期，即一个脉冲的时间。T1是一定的(定时)，不因uI而变。 A/D转换器 的工作波形图如图所示。 A/D转换器的工作波形图

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