章 模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換.ppt

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1、第23章模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換23.1D/A轉(zhuǎn)換器23.2A/D轉(zhuǎn)換器第23章模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換本章要求1.了解D/A、A/D轉(zhuǎn)換的基本概念和轉(zhuǎn)換原理;2.了解D/A、A/D轉(zhuǎn)換常用芯片的使用方法。模?數(shù)與數(shù)?模轉(zhuǎn)換器是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的重要接口,也是數(shù)字測(cè)量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件。將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱(chēng)為模?數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱(chēng)A/D轉(zhuǎn)換器或ADC)；傳感器模擬控制模擬信號(hào)數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)字控制數(shù)字信號(hào)ADCDAC將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的裝置稱(chēng)為數(shù)?模轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱(chēng)D/A轉(zhuǎn)換器或DAC)23.1D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)–模轉(zhuǎn)換（D/A轉(zhuǎn)換器）的基本思想：由于構(gòu)成數(shù)字代碼的每

2、一位都有一定的“權(quán)”，因此為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，就必須將每一位代碼按其“權(quán)”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量，這就是構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換器的基本思想。23.1.1倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D?A轉(zhuǎn)換器分析輸入數(shù)字量和輸出模擬電壓uo之間的關(guān)系轉(zhuǎn)換原理倒T型解碼網(wǎng)絡(luò)UO2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR.UC=UR/2UB=UR/4UA=UR/8UD=UR即：由于解碼網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)匹配，則圖中各點(diǎn)(D、C、B、A)電位逐位減

3、半。UO2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR因此，每個(gè)2R支路中的電流也逐位減半。即：UO2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IRUO2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR23.1.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)指最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。1.分辨率2.線性度通常用非線性誤

4、差的大小表示D/A轉(zhuǎn)換器的線性度。把偏離理想的輸入－輸出特性的偏差與滿(mǎn)刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)定義為非線性誤差。3.輸出電壓(電流)的建立時(shí)間例:十位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為從輸入數(shù)字信號(hào)起，到輸出電壓或電流到達(dá)穩(wěn)定值所需時(shí)間有時(shí)也用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)來(lái)表示分辨率。通常D/A轉(zhuǎn)換器的建立時(shí)間不大于1?S23.2A/D轉(zhuǎn)換器模–數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,它是模擬信號(hào)和數(shù)字儀器的接口。根據(jù)其性能不同，類(lèi)型也比較多。下面介紹逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換電路的原理和一種常用的集成電路組件。最后舉例說(shuō)明其應(yīng)用。順序脈沖發(fā)生器逐次逼近寄存器DAC電壓比較器輸出數(shù)

5、字量輸入電壓UiUA逐次逼近型?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器原理框圖23.2.1逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器其工作原理可用天平秤重過(guò)程作比喻來(lái)說(shuō)明。若有四個(gè)砝碼共重15克,每個(gè)重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量Wx=13克，可以用下表步驟來(lái)秤量：28g+4g38g+4g+2g48g+4g+1g18g8g<13g，12g<13g，14g>13g，13g＝13g，8g12g12g13g暫時(shí)結(jié)果砝碼重比較判斷順序保留保留撤去保留QF3SRRF2SQRF1SQRF0SQ&d3&d2&d1&d0讀出“與門(mén)”&&&&≥1≥1≥1d3d0E讀出控制端UiUA－＋∞△＋電壓比較器逐次逼近寄存器控

6、制邏輯門(mén)時(shí)鐘脈沖五位順序脈沖發(fā)生器四位逐次逼近型模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理電路四位D/A轉(zhuǎn)換器CQ4Q3Q2Q1Q0d2d11.轉(zhuǎn)換原理放哪一個(gè)砝碼砝碼是否保存(待轉(zhuǎn)換的模擬電壓)順序脈沖發(fā)生器UI－＋＋數(shù)碼寄存器D/A轉(zhuǎn)換器uO控制邏輯時(shí)鐘清0、置數(shù)清0、置數(shù)CP(移位命令)“1”狀態(tài)是否保留控制端UA試探電壓2.轉(zhuǎn)換過(guò)程23411000UAUI5VUA?UI“1”留否d3d2d1d0UA(V)順序比較判斷110010101011例：UR=8V，UI=5.52VD/A轉(zhuǎn)換器輸出UA為正值轉(zhuǎn)換數(shù)字量10114+1+0.5=

7、5.5V轉(zhuǎn)換誤差為–0.02V例：UR=8V，UI=5.52V若輸出為8位數(shù)字量轉(zhuǎn)換數(shù)字量101100014+1+0.5+0.03125=5.53125V轉(zhuǎn)換誤差為+0.01125V位數(shù)越多誤差越小逐次逼近轉(zhuǎn)換過(guò)程示意圖t0t1t310001100101010001011t2UA>UIUA

8、換值和理想特性之間的最大偏差。4.其它