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1、第8章 模拟量与数字量的转换第1页，共26页，编辑于2022年，星期一在实际应用中常常需要对模拟量和数字量进行在实际应用中常常需要对模拟量和数字量进行相互转换。相互转换。例如，用传感器测得的温度、压力等的电压或电流信号例如，用传感器测得的温度、压力等的电压或电流信号一般都是模拟量，如果要将这些信号送到数字计算机中一般都是模拟量，如果要将这些信号送到数字计算机中去进行运算和处理，就要将测得的模拟量转换成数字量；去进行运算和处理，就要将测得的模拟量转换成数字量；而计算机处理的结果仍为数字量，只有将它转换成模拟而计算机处理的结果仍为数字量，只有将它转换成模拟量才能去控制原来的被控对象。量才能去控制原
2、来的被控对象。将数字量转换成模拟量的装置称为数将数字量转换成模拟量的装置称为数/模转换器，模转换器，简称简称D/A转换器或转换器或DAC 将模拟量转换成数字量的装置称为模将模拟量转换成数字量的装置称为模/数转换器，数转换器，简称简称A/D转换器或转换器或ADC。第2页，共26页，编辑于2022年，星期一传感器模拟控制ADCDAC数数字字计计算算机机A/D和和D/A转换的原理框图转换的原理框图第3页，共26页，编辑于2022年，星期一8.1 8.1 数数/模转换器模转换器8.1.1 8.1.1 倒倒T T形电阻网络形电阻网络D/AD/A转换器转换器D/A转换器是将数字量转换成模拟量的装置转换器是
3、将数字量转换成模拟量的装置 D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关、解码网转换器由数码寄存器、模拟电子开关、解码网络、求和电路和基准电压几部分组成。络、求和电路和基准电压几部分组成。第4页，共26页，编辑于2022年，星期一（1）R和和2R两种阻值的电阻组成多级倒两种阻值的电阻组成多级倒T形电阻网络形电阻网络（2）运算放大器接成反相比例运算电路，用以输出）运算放大器接成反相比例运算电路，用以输出合适的模拟电压合适的模拟电压uo。（3）UR是参考电压；是参考电压；（4）D0、D1、D2、D3是待转换的数字量是待转换的数字量（5）S0、S1、S2、S3是电子转换开关，是电子转换开关，由输入数字量由
4、输入数字量D0、D1、D2、D3控制。控制。第5页，共26页，编辑于2022年，星期一第6页，共26页，编辑于2022年，星期一如果输入数字量为如果输入数字量为n位二进制数，则位二进制数，则，则为，则为倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器的转换速度转换器的转换速度快，但转换误差较大快，但转换误差较大 第7页，共26页，编辑于2022年，星期一8.1.2 8.1.2 权电流型权电流型D/AD/A转换器转换器 第8页，共26页，编辑于2022年，星期一8.1.3 D/A8.1.3 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1.分辩率分辩率 指转换器输出模拟电压可能被分离的数目指转换器输出模拟
5、电压可能被分离的数目 2.比例系数误差比例系数误差 指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线斜率的指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线斜率的偏差。偏差。3.失调误差失调误差由运算放大器的零点漂移引起的，其大小与输由运算放大器的零点漂移引起的，其大小与输入数字量无关入数字量无关 4.非线性误差非线性误差 指指D/A转换器的实际传输特性曲线和平均传输特性转换器的实际传输特性曲线和平均传输特性曲线之间的最大偏差曲线之间的最大偏差 第9页，共26页，编辑于2022年，星期一5.建立时间建立时间 指指D/A转换器的输入从全转换器的输入从全“0”突变为全突变为全“1”（或从全（或从全“1”突变为全突变为全
6、“0”）时，输出达到与最终稳定值相差）时，输出达到与最终稳定值相差 LSB范围内所需要的时间，也叫做满量程建立时间。范围内所需要的时间，也叫做满量程建立时间。6.传输延迟传输延迟从数字输入变化到模拟输出，电流达到其最终值的从数字输入变化到模拟输出，电流达到其最终值的90%所需的时间。所需的时间。7.静态功耗静态功耗 8.电源电压抑制比电源电压抑制比第10页，共26页，编辑于2022年，星期一8.1.4 8.1.4 集成集成D/AD/A转换器转换器16151413121110912345678RFGNDAD7520第11页，共26页，编辑于2022年，星期一+uo16123413输入数字量+5V
7、1415URIo1Io2AD7520AD7520单极性电压输出的应用实例单极性电压输出的应用实例 第12页，共26页，编辑于2022年，星期一双极性电压输出的应用实例双极性电压输出的应用实例 第13页，共26页，编辑于2022年，星期一16151413121110912345678DAC0808第14页，共26页，编辑于2022年，星期一DAC0808512数字量输入+5V13315V16+141524RR=5k5kUR5kuo模拟量输出0.01FDAC0808的应用电路的应用电路第15页，共26页，编辑于2022年，星期一8.2 8.2 模模/数转换器数转换器A/D转换器的功能转换器的功能是
8、将输入的模拟信号转换成数字信号输是将输入的模拟信号转换成数字信号输出。出。由于输入的模拟信号在时间上是连续变化的，而输出的由于输入的模拟信号在时间上是连续变化的，而输出的数字信号是不连续的，所以转换只能在某些瞬间对输入数字信号是不连续的，所以转换只能在某些瞬间对输入进行取样，然后将这些取样值转换成数字量输出。进行取样，然后将这些取样值转换成数字量输出。8.2.1 8.2.1 并联比较型并联比较型A/DA/D转换器转换器由电压比较器、寄存器和代码转换器由电压比较器、寄存器和代码转换器3部分组成部分组成 第16页，共26页，编辑于2022年，星期一8个电阻将参考电压个电阻将参考电压UR分压分压 当
9、当输输入入电压电压，各，各D触发器均被置触发器均被置0，Q1为为1，其余触发器被置，其余触发器被置0。第17页，共26页，编辑于2022年，星期一第18页，共26页，编辑于2022年，星期一8.2.2 8.2.2 逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D转换器转换器天平称重的过程顺序砝码重量比较判别砝码是否保留18g8g 13g保留28g+4g12g 13g去除48g+4g+1g13g=13g保留第19页，共26页，编辑于2022年，星期一逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器的原理框图转换器的原理框图第20页，共26页，编辑于2022年，星期一第21页，共26页，编辑于2022年，星期一顺序脉冲发生器的输
10、出波形顺序脉冲发生器的输出波形 第22页，共26页，编辑于2022年，星期一8.2.3 A/D8.2.3 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1.分辨率分辨率 分辨率是指分辨率是指A/D转换器能够分辨最小的量化信号的能力，转换器能够分辨最小的量化信号的能力，一般以输出二进制数或十进制数的位数表示。一般以输出二进制数或十进制数的位数表示。2.量化误差量化误差 A/D转换器的量化误差是由于转换器的有限分辨率（量转换器的量化误差是由于转换器的有限分辨率（量化单位有限）而造成的。化单位有限）而造成的。3.最大线性误差（即精度）最大线性误差（即精度）指其实际传输特性曲线与理想传输特性曲线之间的最指其实际传输特性曲线与理想传输特性曲线之间的最大偏差大偏差 4.转换速度转换速度完成一次转换所需的时间完成一次转换所需的时间 第23页，共26页，编辑于2022年，星期一8.2.4 8.2.4 集成集成A/DA/D转换器转换器ADC0809ADC0809ADC0809的结构框图的结构框图 第24页，共26页，编辑于2022年，星期一ADC0809的外引线排列图的外引线排列图第25页，共26页，编辑于2022年，星期一第八章第八章结结 束束第26页，共26页，编辑于2022年，星期一