數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換

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1、第8章數(shù)/模轉(zhuǎn)換和模/數(shù)轉(zhuǎn)換8.1概述8.2數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)8.3模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)返回主目錄第8章數(shù)/模轉(zhuǎn)換和模/數(shù)轉(zhuǎn)換8.1概述從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換稱模/數(shù)轉(zhuǎn)換(又稱A/D轉(zhuǎn)換),完成A/D轉(zhuǎn)換的電路稱A/D轉(zhuǎn)換器（簡稱ADC）；從數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換稱數(shù)/模轉(zhuǎn)換（又稱D/A轉(zhuǎn)換），完成D/A轉(zhuǎn)換的電路稱D/A轉(zhuǎn)換器（簡稱DAC）。例如，要用計(jì)算機(jī)對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，其控制過程原理方框圖如圖8.1所示?？梢姡珹DC和DAC是數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)相互聯(lián)系的橋梁，是數(shù)字系統(tǒng)的重要組成部分。圖8.1計(jì)

2、算機(jī)對生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制原理示意圖8.2數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)8.2.1DAC的基本工作原理8.2.2倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC8.2.3DAC的主要技術(shù)指標(biāo)8.2.4集成DAC舉例8.2數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)8.2.1DAC的基本工作原理DAC用于將輸入的二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與該數(shù)字量成比例的電壓或電流。其組成框圖如圖8.2所示。圖中，數(shù)據(jù)鎖存器用來暫時(shí)存放輸入的數(shù)字量，這些數(shù)字量控制模擬電子開關(guān)，將參考電壓源UREF按位切換到電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)中變成加權(quán)電流，然后經(jīng)運(yùn)放求和，輸出相應(yīng)的模擬電壓，完成D/A轉(zhuǎn)換過程。圖8.2DAC方框圖

3、圖8.3倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器8.2.2倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC如圖8.3所示為一個(gè)四位倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC（按同樣結(jié)構(gòu)可將它擴(kuò)展到任意位），它由數(shù)據(jù)鎖存器（圖中未畫）、模擬電子開關(guān)（S）、R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器（A）及基準(zhǔn)電壓UREF組成。模擬電子開關(guān)S3、S2、S1、S0分別受數(shù)據(jù)鎖存器輸出的數(shù)字信號D3、D2、D1、D0控制。當(dāng)某位數(shù)字信號為1時(shí)，相應(yīng)的模擬電子開關(guān)接至運(yùn)算放大器的反相輸入端（虛地）；若為0則接同相輸入端（接地）。開關(guān)S3～S0是在運(yùn)算放大器求和點(diǎn)（虛地）與地之間轉(zhuǎn)換，因此不管數(shù)字信號D如何

4、變化，流過每條支路的電流始終不變，從參考電壓UR輸入的總電流也是固定不變的。圖8.4倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)簡化等效電路圖8.3所示電路從UREF向左看，其等效電路如圖8.4所示，等效電阻為R，因此總電流I=UREF/R。流入每個(gè)2R電阻的電流從高位到低位依次為I/2、I/4、I/8、I/16，流入運(yùn)算放大器反相輸入端的電流為所以運(yùn)算放大器的輸出電壓為若RF=R,則有推廣到n位DAC，則有例1如圖8.3所示，若UR=10V，求對應(yīng)D3D2D1D0分別為1010、0110和1100時(shí)輸出電壓值。(對應(yīng)D3D2D1D0為0110和110

5、0時(shí)自行練習(xí)。)解當(dāng)D3D2D1D0=1010時(shí)，8.2.3DAC的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率DAC的分辨率是說明DAC輸出最小電壓的能力。它是指最小輸出電壓（對應(yīng)的輸入數(shù)字量僅最低位為1）與最大輸出電壓（對應(yīng)的輸入數(shù)字量各有效位全為1）之比：分辨率=式中,n表示輸入數(shù)字量的位數(shù)。可見，n越大，分辨最小輸出電壓的能力也越強(qiáng)。例如，n=8,DAC的分辨率為分辨率==0.00392.轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度是指DAC實(shí)際輸出模擬電壓值與理論輸出模擬電壓值之差。顯然，這個(gè)差值越小，電路的轉(zhuǎn)換精度越高。3.建立時(shí)間（轉(zhuǎn)換速度）

6、建立時(shí)間是指,DAC從輸入數(shù)字信號開始到輸出模擬電壓或電流達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)所用的時(shí)間。8.2.4集成DAC舉例DAC0832是常用的集成DAC，它是用CMOS工藝制成的雙列直插式單片八位DAC，可以直接與Z80、8080、8085、MCS51等微處理器相連接。其結(jié)構(gòu)框圖和管腳排列圖如圖8.5所示。圖8.5集成DAC0832DAC0832由八位輸入寄存器、八位DAC寄存器和八位D/A轉(zhuǎn)換器三大部分組成。它有兩個(gè)分別控制的數(shù)據(jù)寄存器，可以實(shí)現(xiàn)兩次緩沖，所以使用時(shí)有較大的靈活性，可根據(jù)需要接成不同的工作方式。DAC0832中采用

7、的是倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)，無運(yùn)算放大器，是電流輸出，使用時(shí)需外接運(yùn)算放大器。芯片中已經(jīng)設(shè)置了Rfb,只要將9號管腳接到運(yùn)算放大器輸出端即可。但若運(yùn)算放大器增益不夠，還需外接反饋電阻。DAC0832芯片上各管腳的名稱和功能說明如下：：片選信號，輸入低電平有效。ILE：輸入鎖存允許信號，輸入高電平有效。：輸入數(shù)據(jù)選通信號，輸入低電平有效。：數(shù)據(jù)傳送選通信號，輸入低電平有效。：數(shù)據(jù)傳送控制信號，輸入低電平有效。D0～D7：八位輸入數(shù)據(jù)信號。IOUT1：DAC輸出電流1。此輸出信號一般作為運(yùn)算放大器的一個(gè)差分輸入信號

8、（一般接反相端）。VCC：數(shù)字部分的電源輸入端。UCC可在+5V到+15V范圍內(nèi)選取。DGND：數(shù)字電路地。AGND：模擬電路地。結(jié)合圖8.5(a)可以看出轉(zhuǎn)換器進(jìn)行各項(xiàng)功能時(shí)，對控制信號電平的要求如表8.1所示。DAC0832