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1、第九章 模拟量和数字量的转换,第一节 数模转换器,第二节 模数转换器,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。,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)；,传感器,模拟控制,模拟信号,数字计算机,数字控制,数字信号,ADC,DAC,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),第九章 模拟量和数字量的转换,第一节 数模转换器,一、R-2R梯形电阻网络D/A转换器,由AA 、BB、CC、DD各点向右看的等效电阻都为R,1、R-2R梯形电阻网络,电流:,当二进制代码为1时，开关合到运算放大器输入一侧
2、，该支路电流成为运放输入电流 的一部分；当二进制代码为0时，开关合到接地的一侧 。,2、R-2R梯形电阻网络D/A转换电路,例1:已知R-2R梯形网络DA转换器中R=RF=20k,UR=10V，试分别求出4位和8位DA转换器的输出最小电压、最大电压。,解：4位DA转换器d3d00001时输出最小电压U0min；d3d01111时输出最大电压U0max 。,同理8位DA转换器,在UR和RF相同条件下，DA转换器位数越多，输出最小电压越小，输出最大电压越大。,二、 D/A转换器的主要参数,指最小输出电压和最大输出电压之比。,1.分辨率,2.转换误差（转换精度）,3.输出电压( 电流 )的建立时间,
3、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。,转换误差是指输出模拟电压的实际值与理论值之差，即最大静态转换误差。转换误差常用输出满刻度FSR的百分数表示，也有用最低有效位的倍数来表示。,输入由全0变为全1或由全1变为全0起，到输出稳定电压(电流)所需的时间。,1.无锁存无放大器,三、集成D/A转换器,按其组成结构(即功能模块)，集成DA转换器可分为以下三种类型：,早期的产品只包含D/A转换网络，如AD7520，其电路和图9-2相似，但运算放大器是外接的。,2.有锁存无放大器,具有数字输入寄存器，使用时需外接运算放大器。,如：DAC0832,DAC 0832 简化
4、电路框图,八位,寄存器,输入,八位,寄存器,DAC,八位,转换器,UREF,RF,Iout1,Iout2,AGND,UCC,DGND,&,ILE,CS,WR1,WR2,XFER,D/A,1,1,DAC0832结构图,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,数字地端,DAC 0832 管脚分布图,输入锁存允许信号，高电平有效,芯片工作电压 输入端,电流输出端单极性输出时。Iout2接模拟地,DAC0832工作方式,(1)直通方式,(2) 单缓冲方式,(3)双缓冲器型方式,例如DAC82： 是CMOS型有锁存有放大的
5、8位D/A转换器。,3.有锁存有放大型,近期生产的D/A转换器，包含了输入数据寄存器、 DA转换网络、模拟输出放大器 及参考电压源4部分功能电路，可实现模拟电压的单极性或双极性输出。,第二节 模数转换器,模数(A/D)转换器是将模拟量转换成数字量,间接A/D转换器：工作速度较低，但转换精度较高，抗干扰能力强，在测量仪表中得到广泛应用。,分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大类,直接A/D转换器:工作速度高、转换精度容易保证。,如逐次逼近型、并行比较型、计数型A/D转换器等,如单积分型A/D转换器、双积分型A/D转换器等,一、逐次逼近型A/D转换器,其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若
6、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：,2,8 g + 4 g,3,8 g + 4 g + 2 g,4,8 g + 4 g + 1 g,1,8 g,8g 13g ，,12g 13g ，,14g 13g，,13g 13g，,8 g,12 g,12 g,13g,保留,保留,撤去,保留,2. 转换原理,转换开始先将寄存器最高位预置1，输出数字量为1000，经D/A转换成相应的模拟电压U ,并与输入模拟电压 UX比较,若U UX ，最高位定为0；再将寄存器的次高位预置1，按上述方法逐位比较下去，直到最低位为止 。,1结构图,3. 转换过
7、程,2,3,4,1,1 0 0 0,U UX,6V,U UX,5. 5V,留,去,留,留,4V,U UX,5V,U UX,1 1 0 0,1 0 1 0,1 0 1 1,例：UR= 8V，UX = 5.52V,D/A转换器输出U为正值,转换数字量1011 4+1+0.5 = 5.5V转换误差为 0.02V,例：UR= 8V，UX = 5.52V,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,逐次逼近转换过程示意图,U UX,U UX,(转换误差: 0.02V),ADC0809八位A/D转换器
8、,ADC 0809管脚分布图,UR(-),B,D4,D0,D2,D7,D6,D5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,19,18,17,16,15,14,13,12,11,20,25,24,23,22,21,26,27,28,IN2,IN1,IN0,GND,D1,ALE,EOC,START,CLOCK,D3,IN3,IN4,IN5,IN6,IN7,EOUT,A,C,UR (+),UDD,二、双积分型A/D转换器,1.结构图,2.转换过程,(1)对输入电压UI积分阶段(T1),UI0 ,开关S1导通其他开关断开，积分电路对输入电压UI积分:,T1阶段结束时积分器的输出电压,(2)对参考电压
9、回积（T2）阶段,开关S2导通，其余断开。积分电路对参考电压（-UR）积分，使积分器的输出回积到0。,回积过程，T2阶段的时间可由下式决定,在T2阶段结束时计数器所累计的计数N2,正比于被测电压在T1阶段中的平均值,(3)清零与准备（T3）阶段 此阶段要为本次转换作收尾工作，并为下次转 换作好准备。,暂时关闭控制门G，计数器值N2送到锁存器寄存；N2被锁存后计数器清零,积分电容C完全放电。,三 、A/D 变换器的主要技术指标,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。,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.转换误差：以实际输出的数字量和理想数字量之间的差别，转换误差通常用相对误差表示。,4.输入模拟电压范围：输入电压范围有单极性 和双极性之分。,分辨率和转换误差一起反映了A/D转换器的精度。A/D转换器的位数多，其相对误差小，转换精度高,
