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1、第9章 数模和模数变换器1第1页，共59页，编辑于2022年，星期一第九章第九章 数模与模数转换器数模与模数转换器9.1 D/A 转换器转换器9.2 A/D 转换器转换器2第2页，共59页，编辑于2022年，星期一 数数/模与模模与模/数转换器是计算机与外部设备的重要接口数转换器是计算机与外部设备的重要接口,也是数字也是数字测量和数字控制系统的重要部件。测量和数字控制系统的重要部件。能将数字量转换为模拟量的装置称为数能将数字量转换为模拟量的装置称为数(Digital)/模模(analog)转换器转换器(简称简称D/A转换器转换器);能将模拟量转换为数字量能将模拟量转换为数字量的装置称为模的装置
2、称为模/数转换器数转换器(简称简称A/D转换器转换器)。概述概述 为了能用数字技术来处理模拟信号，必须把模拟信号转换为了能用数字技术来处理模拟信号，必须把模拟信号转换成数字信号，才能送入数字系统进行处理。同时，往往还需把成数字信号，才能送入数字系统进行处理。同时，往往还需把处理后的数字信号转换成模拟信号，作为最后的输出。处理后的数字信号转换成模拟信号，作为最后的输出。3第3页，共59页，编辑于2022年，星期一9.1 D/A转换器：转换器：D/A转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号，转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号，以电压或电流的形式输出。因此，以电压或电流的形式输出。因此
3、，D/A转换器可以看作是一个转换器可以看作是一个译码器。一般常用的线性译码器。一般常用的线性D/A转换器，其输出模拟电压转换器，其输出模拟电压U和输和输入数字量入数字量D之间成正比关系，即之间成正比关系，即U=KD，式中，式中K为常数。为常数。由于构成数字代码的每一位都有一定的由于构成数字代码的每一位都有一定的“权重权重”，因此为，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了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其“权重权重”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，这就是构成得到与该
4、数字量成正比的模拟量，这就是构成D/A变换器的基变换器的基本思想。本思想。4第4页，共59页，编辑于2022年，星期一 D/A转换器的一般结构如图所示，转换器的一般结构如图所示，图中数据锁存器用来暂时图中数据锁存器用来暂时存放输入的数字信号。存放输入的数字信号。n位寄存器的并行输出分别控制位寄存器的并行输出分别控制n个模拟开个模拟开关的工作状态。通过模拟开关，将参考电压按权关系加到电阻解码关的工作状态。通过模拟开关，将参考电压按权关系加到电阻解码网络。网络。数码寄存器数码寄存器n位数字位数字量输入量输入n位模拟开关位模拟开关解码网络解码网络求和电路求和电路基准电压基准电压模拟量模拟量输出输出5
5、第5页，共59页，编辑于2022年，星期一D/A转换器的种类很多，主要有：转换器的种类很多，主要有：权电阻网络权电阻网络DACT形电阻网络形电阻网络DAC倒倒T形电阻网络形电阻网络DAC权电流权电流DAC6第6页，共59页，编辑于2022年，星期一一、一、权电阻、权电流权电阻、权电流D/A转换器：转换器：这种变换器由这种变换器由“电子模拟开关电子模拟开关”、“权电阻求和网络权电阻求和网络”、“运算放大器运算放大器”和和“基准电源基准电源”等部分组成。等部分组成。UR+-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D000115 kR=80 k00111、权电阻、权
6、电阻D/A转换器：转换器：7第7页，共59页，编辑于2022年，星期一 电子模拟开关电子模拟开关(S0-S3)由电子器件构成，其动作受二进由电子器件构成，其动作受二进制数制数D0-D3 控制。当控制。当 DK=1 时，则相应的开关时，则相应的开关SK 接到位置接到位置1上，将基准电源上，将基准电源UR经电阻经电阻Rk引起的电流接到运算放大器的虚引起的电流接到运算放大器的虚地点（如图中地点（如图中S0、S1）；当）；当Dk0 时，开关时，开关Sk 接到位置接到位置0，将，将相应电流直接接地而不进运放（如图中相应电流直接接地而不进运放（如图中S2、S3）。）。UR+-AuoS2S3S1S0RR/2
7、R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D000115 kR=80 k0011第8页，共59页，编辑于2022年，星期一T1T2SDa电子模拟开关的电子模拟开关的简化原理电路简化原理电路 当当 D=1 时，时，T2 管饱和导通，管饱和导通，T1 管管截止，则截止，则 S 与与 a 点通点通；当当 D=0 时，时，T1 管饱和导通，管饱和导通，T2 管截止，则管截止，则 S 被接地被接地。前者相当于开关前者相当于开关S 接到接到“1”端端，后者则，后者则 相当于开关相当于开关S 接到接到“0”端端。9第9页，共59页，编辑于2022年，星期一根据反相比例运算公式可得：根据反相比例运算公式可得
8、：显然，输出模拟电压的大小直接与输入显然，输出模拟电压的大小直接与输入 二进制数的大小成正比，从二进制数的大小成正比，从而实现了数字量而实现了数字量 到模拟量的转换到模拟量的转换。UR+-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D000115 kR=80 k0011第10页，共59页，编辑于2022年，星期一2、权电流、权电流D/A转换器：转换器：-UR+-AuoS2S3S1S0RFD3D2D1D0I16I8I4I2i11第11页，共59页，编辑于2022年，星期一二、二、T形和倒形和倒T解码网络解码网络D/A转换器：转换器：由于解码网络的电路结构和参数匹配，
9、使得上图中由于解码网络的电路结构和参数匹配，使得上图中D、C、B、A四点的电位逐位减半四点的电位逐位减半.和权电阻网络相比，和权电阻网络相比，T形解码网络中电阻的类型少，只有形解码网络中电阻的类型少，只有R、2R两种，电路构成比较方便。两种，电路构成比较方便。AB+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0ICD1、T形网络形网络D/A转换器：转换器：第12页，共59页，编辑于2022年，星期一UD =URUC =UR/2UB =UR/4UA =UR/8即：即：因此，每个因此，每个 2R支路中的电流也逐位减半。支路中的电
10、流也逐位减半。AB+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0ICD13第13页，共59页，编辑于2022年，星期一I=I3 +I2 +I1 +I0UR2R=D3UR16RD0UR8RD1UR4RD2+=UR16R(8D3 +4D2 +2D1 +1D0)=URRF16R(8D3 +4D2 +2D1 +1D0)uo-AB+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0ICD第14页，共59页，编辑于2022年，星期一2、倒倒T形网络形网络D/A转换器：转
11、换器：UR+-AuoS2S3S1S0RFD3D2D1D0I16I8I4I2iI2I4I16I8RRR2R2R2R2R2R=URRF16R(8D3 +4D2 +2D1 +1D0)uo-15第15页，共59页，编辑于2022年，星期一三、三、D/A转换器的输出方式：转换器的输出方式：大部分的常用大部分的常用D/A转换器是数字电流转换器，输出量是电流，转换器是数字电流转换器，输出量是电流，需要变为电压。需要变为电压。输出电压有单极性（正、负极性），也有双极性。输出电压有单极性（正、负极性），也有双极性。16第16页，共59页，编辑于2022年，星期一四、四、D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术
12、指标指最小输出电压和最大输出电压之比。指最小输出电压和最大输出电压之比。有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。1、分辨率、分辨率n位的位的D/A转换器的分辨率为转换器的分辨率为 分辨率分辨率 分辨率越高，转换对输入量的微小变化的反应越灵敏。分辨率越高，转换对输入量的微小变化的反应越灵敏。而分辨率与输入数字量的位数有关，而分辨率与输入数字量的位数有关，n越大，分辨率越高。越大，分辨率越高。17第17页，共59页，编辑于2022年，星期一 2、转换精度：、转换精度：转换误差是实际输出值与理论计算值之差转换误差是实际输出值与理论计算值之差,包括比包括比例
13、系数误差、失调误差和非线性误差。例系数误差、失调误差和非线性误差。比例系数误差比例系数误差失调误差失调误差18第18页，共59页，编辑于2022年，星期一3、转换速度：、转换速度：4、温度系数：、温度系数：从数字信号输入从数字信号输入DAC起，到输出电流（或电压）达到稳态起，到输出电流（或电压）达到稳态值所需的时间为建立时间。值所需的时间为建立时间。建立时间的大小决定了转换速度。建立时间的大小决定了转换速度。目前目前 1012 位单片集成位单片集成D/A转换器（不包括运算放大器）的建立转换器（不包括运算放大器）的建立时间可以在时间可以在 1 微秒以内。微秒以内。在输入不变的情况下，输出模拟电压
14、随温度变化而变在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化而变化的量，称为化的量，称为DAC的温度系数。的温度系数。一般用满刻度的百分数表示温度每升高一度输出电压变化的一般用满刻度的百分数表示温度每升高一度输出电压变化的值。值。19第19页，共59页，编辑于2022年，星期一五、五、集成电路集成电路D/A转换器及其应用转换器及其应用 D/A变换器集成电路有多种型号。下面仅以变换器集成电路有多种型号。下面仅以DAC0832为例来为例来介绍集成电路介绍集成电路D/A变换器。变换器。它是八位的它是八位的D/A变换器变换器,即在对其输入八位数字量后，通过外接即在对其输入八位数字量后，通过外接的运算放大器
15、，可以获得相应的模拟电压值。的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。20第20页，共59页，编辑于2022年，星期一DAC 0832 简化电路框图简化电路框图八位八位寄存器寄存器(1)输入输入八位八位寄存器寄存器(2)输入输入八位八位变换器变换器URRfbIout1Iout2AGNDVCCuoDGND&ILECSWR1WR2XFERD/AD7D0.11下图是它的内部下图是它的内部简化电路框图简化电路框图 和和管脚图管脚图：第21页，共59页，编辑于2022年，星期一DAC 0832 管脚图管脚图CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCURRf bDGNDILEXFERIo
16、ut2Iout11234567891019181716151413121120CS：片选端：片选端WR1、WR2：写入端：写入端D7-D0：数据输入端：数据输入端XFER：转移控制端：转移控制端ILE：锁存使能端：锁存使能端Iout2Iout1：电流输出端：电流输出端UR：参考电压端：参考电压端Rf b：内部反馈电：内部反馈电 阻输出端阻输出端第22页，共59页，编辑于2022年，星期一功功 能能数据数据D D7 7-D-D0 0输入输入到寄存器到寄存器1 1数据由寄存器数据由寄存器1 1转送寄存器转送寄存器2 2从输出端取从输出端取模拟量模拟量控控 制制 条条 件件CSILEWR1WR2XF
17、ER说说 明明01WR1=0时存入数据时存入数据WR1=1时锁定时锁定WR2=0时存入数据时存入数据WR2=1时锁定时锁定0无控制信号，无控制信号，随时可取随时可取DAC0832 功功 能能 表表23第23页，共59页，编辑于2022年，星期一例例.单步输入操作单步输入操作-适用于单个适用于单个DAC工作工作ILEWR2WR1CSXFERRfbD0D7Iout2Iout1-+.1(a)D7 D0CSWR1数据数据存入存入数据数据 锁定锁定(b)24第24页，共59页，编辑于2022年，星期一10位二进制加法计数器从全位二进制加法计数器从全“0”加到全加到全“1”，电路的模拟输，电路的模拟输出电
18、压出电压uo由由0V增加到最大值。增加到最大值。如果计数脉冲不断，则可在电如果计数脉冲不断，则可在电路的输出端得到周期性的锯齿波。路的输出端得到周期性的锯齿波。应用举例应用举例（组成锯齿波发生器）（组成锯齿波发生器）25第25页，共59页，编辑于2022年，星期一 A/D转换器的任务是将模拟量转换成数字量转换器的任务是将模拟量转换成数字量,它是模拟信它是模拟信号和数字仪器的接口。号和数字仪器的接口。9.2 A/D 转换器转换器 A/D转换器类型比较多，按其工作原理，可分为转换器类型比较多，按其工作原理，可分为直接直接A/D转换转换器器和和间接间接A/D转换器转换器。直接直接A/D转换器转换器有
19、：逐次逼近型、并行比较型；有：逐次逼近型、并行比较型；间接间接A/D转换器转换器有双积分型、电压频率转换型等有双积分型、电压频率转换型等26第26页，共59页，编辑于2022年，星期一一、一、A/D转换的一般工作过程转换的一般工作过程1、取样与保持：、取样与保持：将一个时间上连续变化的模拟量转换成时间上离散的模将一个时间上连续变化的模拟量转换成时间上离散的模拟量称为拟量称为采样采样(取样取样)。由于。由于A/D转换需要一定的时间，在每转换需要一定的时间，在每次采样以后，需要把采样电压保持一段时间。次采样以后，需要把采样电压保持一段时间。27第27页，共59页，编辑于2022年，星期一取样保持电
20、路及输出波形取样保持电路及输出波形(a)取样保持电原理图；取样保持电原理图；(b)输出波形图输出波形图 取样定理：取样定理：输入的模拟信号的最高频率分量为输入的模拟信号的最高频率分量为fmax，取样信号频率，取样信号频率为为fs，如果，如果fs2fmax，则可以无失真地复现输入信号。，则可以无失真地复现输入信号。28第28页，共59页，编辑于2022年，星期一2、量化和编码：、量化和编码：数字量最小单位所对应的最小量值叫做数字量最小单位所对应的最小量值叫做量化单位量化单位。将采样保持电路的输出电压归化为量化单位将采样保持电路的输出电压归化为量化单位的整数倍的过的整数倍的过程叫做程叫做量化量化。
21、用二进制代码来表示各个量化电平的过程，叫做用二进制代码来表示各个量化电平的过程，叫做编码编码。一个一个n位二进制数只能表示位二进制数只能表示2n个量化电平，量化过程中不可避免个量化电平，量化过程中不可避免会产生误差，这种误差称为会产生误差，这种误差称为量化误差量化误差。量化级分得越多（。量化级分得越多（n越大），越大），量化误差越小。量化误差越小。29第29页，共59页，编辑于2022年，星期一划分量化电平的两种方法划分量化电平的两种方法（a）量化误差大；（）量化误差大；（b）量化误差小）量化误差小 第30页，共59页，编辑于2022年，星期一 二、二、并行比较型并行比较型 电路由三部分组成电
22、路由三部分组成:分压器分压器、比较器比较器和和编码编码器器。这种这种A/D 变换器的优变换器的优点是转换速度快，缺点点是转换速度快，缺点 是所需比较器数目多，是所需比较器数目多，位数越多矛盾越突出。位数越多矛盾越突出。uxERRRRRRRRD2D1D0数字输出数字输出AGFECDB先先码码器器7E/86E/85E/84E/83E/82E/8E/8编编优优CP31第31页，共59页，编辑于2022年，星期一比较器输入比较器输入E ux 7E/87E/8 ux 6E/86E/8 ux 5E/85E/8 ux 4E/84E/8 ux 3E/83E/8 ux 2E/82E/8 ux 1E/81E/8
23、ux 0A B C D E F G D2D0D1编码器输出编码器输出输入电压输入电压ux1 1 1 1 1 1 11111 1 1 1 1 1 0000111110 0 0 0 0 0 00000000 0 0 0 0 0000 0 00000 0 000 01111111111111111111000逻辑状态关系表逻辑状态关系表32第32页，共59页，编辑于2022年，星期一 三、三、逐次逼近型逐次逼近型 其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重15克，每克，每个重量分别为个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量克。设待秤重量Wx=13克，
24、可以用下表步克，可以用下表步骤来秤量：骤来秤量：砝码重砝码重第一次第一次第二次第二次第三次第三次第四次第四次加加4克克加加2克克加加1克克8 克克 砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx，故保留，故保留砝码总重仍砝码总重仍 待测重量待测重量Wx，故撤除，故撤除砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx，故保留，故保留暂时结果暂时结果8 克克12 克克12 克克13 克克 结结 论论33第33页，共59页，编辑于2022年，星期一vi计数器计数器D/A转换器转换器&CPdn-1dn-2d1d0控制信号控制信号vL并并行行数数字字输输出出34第34页，共59页，编辑于2022年，星期一CPD n-1D
25、 n-2 D n-3D1D0u0(V)uIuO？01 0 0 000.5UREF1（D n-1为1）/0（D n-1为0）1D n-1 1 0 000.75/0.25UREF1（D n-2为1）/0（D n-2为0）2D n-1 D n-2 1 001（D n-3为1）/0（D n-3为0）n-1D n-1D n-2 D n-3D111（D 0为1）/0（D 0为0）基准电压基准电压UREFn位位A/D转换器转换器 电路由启动脉冲启动后:35第35页，共59页，编辑于2022年，星期一例例:8位位A/D转换器，输入模拟量转换器，输入模拟量uI=6.84V，D/A转换器基准电压转换器基准电压 U
26、REF=10V。相对误差仅为相对误差仅为0.06%。转换精度取决于位数。转换精度取决于位数。CPD7D6D5D4D3D2D1D0u0(V)uIuO010000000511110000007.502101000006.2513101100006.87504101010006.562515101011006.7187516101011106.79687517101011116.83593751uIuO为1否则为0 36第36页，共59页，编辑于2022年，星期一8 8位逐次比较型位逐次比较型A/DA/D转换器波形图转换器波形图 第37页，共59页，编辑于2022年，星期一第38页，共59页，编辑于
27、2022年，星期一 四、四、双积分型双积分型 工作原理：工作原理：对输入的模拟电压和参考电压进行两次积分，先将输对输入的模拟电压和参考电压进行两次积分，先将输入电压的平均值变换为与之成正比的时间间隔，再利用时钟脉冲和计入电压的平均值变换为与之成正比的时间间隔，再利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，从数器测出此时间间隔，从 而得到与其相应的数字量。而得到与其相应的数字量。包括：包括：积分器、过零比较器、计数器和定时器、积分器、过零比较器、计数器和定时器、时钟脉冲控制器时钟脉冲控制器39第39页，共59页，编辑于2022年，星期一+vi n位二进制计数器位二进制计数器开关控开关控制电路制电路&-V
28、RS1S2CPQn-1Qn-2Q1Q0积分器积分器过零比较器过零比较器vo1vo2vGNt1t2t1t22nvo1vo2vGviRCVRRC第40页，共59页，编辑于2022年，星期一 积分器：积分器：Qn=0，对被测电压，对被测电压uI进行积分；进行积分；Qn=1，对基准电压，对基准电压-UREF进行积分。进行积分。检零比较器检零比较器C：当：当uO0时，时，uC0；当当uO0时，时，uC1。计数器：为计数器：为n1位异步二进制计数器。第一次计数，是从位异步二进制计数器。第一次计数，是从0开始开始直到直到2n对对CP脉冲计数，形成固定时间脉冲计数，形成固定时间T12nTc（Tc为为CP脉冲的
29、周脉冲的周期），期），T1时间到时时间到时Qn1，使，使S1从从A点转接到点转接到B点。第二次计数，点。第二次计数，是将时间间隔是将时间间隔T2变成脉冲个数变成脉冲个数N保存下来。保存下来。时钟脉冲控制门时钟脉冲控制门G1：当：当uC=1时，门时，门G1打开，打开，CP脉冲通过脉冲通过门门G1加到计数器输入端。加到计数器输入端。第41页，共59页，编辑于2022年，星期一积分器：积分器：Qn=0，对被测电压，对被测电压uI进行积分；进行积分；Qn=1，对基准电，对基准电压压-UREF进行积分。进行积分。检零比较器检零比较器C：当：当uO0时，时，uC0；当；当uO0时，时，uC1。计数器：为计
30、数器：为n1位异步二进制计数器。第一次计数，是位异步二进制计数器。第一次计数，是从从0开始直到开始直到2n对对CP脉冲计数，形成固定时间脉冲计数，形成固定时间T12nTc（Tc为为CP脉冲脉冲的周期），的周期），T1时间到时时间到时Qn1，使，使S1从从A点转接到点转接到B点。第二次计数，点。第二次计数，是将时间间隔是将时间间隔T2变成脉冲个数变成脉冲个数N保存下来。保存下来。时钟脉冲控制门时钟脉冲控制门G1：当：当uC=1时，门时，门G1打开，打开，CP脉冲通过脉冲通过门门G1加到计数器输入端。加到计数器输入端。（1）电路组成）电路组成42第42页，共59页，编辑于2022年，星期一 （2）
31、工作原理）工作原理 先定时（先定时（T1）对）对uI正向积分，正向积分，得到得到Up，UpuI；再对再对UREF积分，积分器的积分，积分器的输出将从输出将从Up线性上升到零。这段积线性上升到零。这段积分时间是分时间是T2，T2UpuI；在在T2期间内计数器对时钟脉冲期间内计数器对时钟脉冲CP计得的个数为计得的个数为N，NT2UpuI。由于这种转换需要两次积分由于这种转换需要两次积分才能实现，因此称该电路为双积才能实现，因此称该电路为双积分型分型ADC。第43页，共59页，编辑于2022年，星期一工作过程：工作过程：准备阶段准备阶段：转换控制信号：转换控制信号CR0，将计数器清，将计数器清0，并
32、通过，并通过G2接通开接通开关关S2，使电容，使电容C放电；同时，放电；同时，Qn0使使S1接通接通A点。点。44第44页，共59页，编辑于2022年，星期一采采样样阶阶段段：当当t0时时，CR变变为为高高电电平平，开开关关S2断断开开，积积分分器器从从0开始对开始对uI积分，积分器的输出电压从积分，积分器的输出电压从0V开始下降，即开始下降，即45第45页，共59页，编辑于2022年，星期一 与与此此同同时时，由由于于uO0，故故uC1，G1被被打打开开，CP脉脉冲冲通通过过G1加加到到FF0上上，计计数数器器从从0开开始始计计数数。直直到到当当tt1时时，FF0FFn-1都都翻翻转转为为0
33、态态，而而Qn翻翻转转为为1态态，将将S1由由A点点转转接接到到B点点，采采样样阶阶段段到到此此结结束束。若若CP脉冲的周期为脉冲的周期为Tc，则，则T12nTc。第46页，共59页，编辑于2022年，星期一设设UI为输入电压在为输入电压在T1时间间隔内的平均值，则第一次积分结束时时间间隔内的平均值，则第一次积分结束时积分器的输出电压为积分器的输出电压为 47第47页，共59页，编辑于2022年，星期一 比比较较阶阶段段：在在t=t1时时刻刻，S1接接通通B点点，-UREF加加到到积积分分器器的的输输入入端端，积积分分器器开开始始反反向向积积分分，uO开开始始从从Up点点以以固固定定的的斜斜率
34、率回回升升，若若以以t1算算作作0时时刻，此时有刻，此时有第48页，共59页，编辑于2022年，星期一当当tt2时，时，uO正好过零，正好过零，uC翻转为翻转为0，G1关闭，计数器停止关闭，计数器停止计数。在计数。在T2期间计数器所累计的期间计数器所累计的CP脉冲的个数为脉冲的个数为N，且有，且有T2NTC。第49页，共59页，编辑于2022年，星期一若以若以t1算作算作0时刻，当时刻，当tT2时，积分器的输出时，积分器的输出uO0，此时则有，此时则有50第50页，共59页，编辑于2022年，星期一可见，可见，T2UI。由于由于T12nTc，所以有，所以有51第51页，共59页，编辑于2022
35、年，星期一结论：结论：可见，可见，NUIuI，实现了，实现了A/D转换，转换，N为转换结果。为转换结果。第一，如果减小第一，如果减小uI（即图（即图7-12中的中的uI），则当），则当tT1时，时，uOUp，显然，显然UpUp，从而有，从而有T2T2；第二，第二，T1的时间长度与的时间长度与uI的大小无关，均为的大小无关，均为2nTc；第三，第二次积分的斜率是固定的，与第三，第二次积分的斜率是固定的，与Up的大小无关。的大小无关。由于由于T2NTc，所以，所以 52第52页，共59页，编辑于2022年，星期一 优优点点1：抗抗干干扰扰能能力力强强。积积分分采采样样对对交交流流噪噪声声有有很很强
36、强的的抑抑制制能能力力；如如果果选选择择采采样样时时间间T1为为20ms的的整整数数倍倍时时，则则可可有有效效地地抑抑制制工工频频干扰。干扰。缺缺点点：转转换换速速度度较较慢慢。完完成成一一次次A/D转转换换至至少少需需要要（T1T2）时时间间，每每秒秒钟钟一一般般只只能能转转换换几几次次到到十十几几次次。因因此此它它多多用用于于精精度度要要求求高、抗干扰能力强而转换速度要求不高的场合。高、抗干扰能力强而转换速度要求不高的场合。优点优点2：具有：具有良好的稳定性良好的稳定性，可实现，可实现高精度高精度。由于在转换。由于在转换过程中通过两次积分把过程中通过两次积分把UI和和UREF之比变成了两次
37、计数值之比，故转之比变成了两次计数值之比，故转换结果和精度与换结果和精度与R、C无关。无关。53第53页，共59页，编辑于2022年，星期一 五、五、A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 A/D转换器对输入模拟信号的分辨能力，用输转换器对输入模拟信号的分辨能力，用输出数字量的有效位数来表示分辨率。出数字量的有效位数来表示分辨率。1、分辨率、分辨率 2、转换误差：、转换误差：以输出误差的最大值的形式给出。以输出误差的最大值的形式给出。3、转换速度：、转换速度：并联比较型：并联比较型：50ns逐次逼近型逐次逼近型:10-50us双积分型双积分型:几十几十-几百几百ms54第54页，共59
38、页，编辑于2022年，星期一 六、集成电路六、集成电路A/D转换器转换器 及其应用及其应用 ADC0804 的的 分辨率为八位分辨率为八位,工作原理为逐次逼近型。工作原理为逐次逼近型。A/D变换组件有多种型号可供选择，如：高速的，高分辨率的，变换组件有多种型号可供选择，如：高速的，高分辨率的，高速且高精度的等等。使用者可根据任务要求进行选择。下面以高速且高精度的等等。使用者可根据任务要求进行选择。下面以 ADC0804 为例为例，介绍集成电路，介绍集成电路A/D变换器。变换器。55第55页，共59页，编辑于2022年，星期一+-+-11控控制制逻逻辑辑时时 钟钟CP电阻网络电阻网络及电子开关及
39、电子开关数据寄存器数据寄存器移位寄存器移位寄存器八八位位三三态态输输出出锁锁存存器器U in(+)U in(-)UccUR/2AGND.D7D0WRCSINTRRDCSADC0804 内部电路框图内部电路框图CLKRCLKinDGND第56页，共59页，编辑于2022年，星期一CSWRAGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUR/2DGND1234567891019181716151413121120RDCLKRCLKinINTRU in(+)U in(-)ADC 0804 管脚分布图管脚分布图CS：片选端片选端WR：写入端写入端D7-D0：数据输出端：数据输出端INTR：中断请求端：中
40、断请求端CLKin：外接时钟端：外接时钟端Uin(+)Uin(-)：电压输入端：电压输入端UR/2：参考电压端：参考电压端RD：读出端：读出端CLKR：内部产生：内部产生 时钟端时钟端第57页，共59页，编辑于2022年，星期一控控 制制 端端CS WRRDINTR 对输入模对输入模拟信号进行拟信号进行A/D变换变换 在在WR 上升沿后约上升沿后约 100微秒微秒 变换完成。变换完成。RD=0 时三态门时三态门接通外部总线接通外部总线,RD=1 时三态门处于高时三态门处于高阻态。阻态。当当A/D变换结束时，变换结束时，INTR 自动自动 变低以便通变低以便通知其它设备知其它设备(如计算如计算机机)取结果，在取结果，在RD 前前沿后沿后INTR自动变高。自动变高。读出输出读出输出数字信号数字信号中断请求中断请求功功能能说说明明00第58页，共59页，编辑于2022年，星期一转换时间约转换时间约 100 微秒微秒CSWRINTRRD数据数据读出读出ADC0804 工作时序图工作时序图59第59页，共59页，编辑于2022年，星期一