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1、第9章 模拟量与数字量之间的转换第1页，共19页，编辑于2022年，星期一 9.1 9.1 概述概述 执行机构执行机构被控对象被控对象传感器传感器A/D转换器转换器计算机计算机控制系统控制系统D/A转换器转换器图图9.1 计算机控制系统框图计算机控制系统框图第2页，共19页，编辑于2022年，星期一 9.2 9.2 D/A转换器 包含：译码网络、模拟开关、求和运算电路和基准电压源等部分组成。根据译码网络的不同，D/A转化器可分为多种。本节将介绍权电阻网络权电阻网络D/A转换器转换器、倒倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器。D/A转换器的功能：是将数字信号转换为模拟信号。第3页，
2、共19页，编辑于2022年，星期一1、权电权电阻网阻网络络D/A转换转换器器 第4页，共19页，编辑于2022年，星期一输出正比于输入的数字量，输出正比于输入的数字量，实现模拟量到数字量的转换实现模拟量到数字量的转换第5页，共19页，编辑于2022年，星期一9.2.2 倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器 第6页，共19页，编辑于2022年，星期一第7页，共19页，编辑于2022年，星期一 倒倒T型型电电阻阻网网络络D/A转转换换电电路路：电阻只有和两种阻值，便于电路集成。同时,这种结构中的电子开关在虚地和地之间转换时,各支路的电流始终保持不变,不需要电流的建立时间,这样不仅提高了转换
3、速度，而且也减少了动态变化过程中输出端可能出现的尖脉冲，因此应用较广。权权电电阻阻网网络络D/A转转换换器器电电路路：结构简单，所需要的器件也很少。但每一位的电阻阻值都不同且相差很大，给制造工艺带来很大的困难，并且很难保证电阻的精度，容易引起转换误差。尤其是当转换位数较多时，问题就显得更加突出，因此实际应用较少。第8页，共19页，编辑于2022年，星期一9.2.3 D/A转换器的主要性能指标转换器的主要性能指标 1.分辨率：分辨率：分辨率是用来表征分辨率是用来表征D/A转换器对输入量微小变化的敏感程转换器对输入量微小变化的敏感程度，或者说对最小输入电压的分辨能力。分辨率通常定义为最小输出电度，
4、或者说对最小输入电压的分辨能力。分辨率通常定义为最小输出电压压(即对应输入数字信号量只有最低有效位为即对应输入数字信号量只有最低有效位为1)与最大输出电压与最大输出电压(即对应即对应输入数字信号量所有有效位全为输入数字信号量所有有效位全为1)的比值。的比值。2.2.转换精度：转换精度：在给定满刻度数字量的情况下，在给定满刻度数字量的情况下，D/A转换电路实际输转换电路实际输出的模拟电压和理论值之间的偏差。出的模拟电压和理论值之间的偏差。3.3.转换速度：转换速度：一般用建立时间来定量描述，建立时间是指输入数字信一般用建立时间来定量描述，建立时间是指输入数字信号从全号从全0跳变到全跳变到全1，或
5、者由全，或者由全1跳变为全跳变为全0时，模拟信号电压或电流达到时，模拟信号电压或电流达到稳定值所需要的时间。建立时间越短，说明稳定值所需要的时间。建立时间越短，说明D/A转换的速度越快。转换的速度越快。第9页，共19页，编辑于2022年，星期一9.2.4 集成集成D/A转换器转换器CC7520 第10页，共19页，编辑于2022年，星期一 9.3 A/D 9.3 A/D转换器转换器 A/D转换器的功能：将模拟信号转换为数字信号 A/D转换器的种类很多，按工作原理可以分为直接型和间接型直接型和间接型两大类。前者直接将模拟量转换成数字量，而后者是将输入的模拟信号先转换为一个中间量（时间或频率），然
6、后再将中间量转换成数字量。本节将主要介绍直接型中的并行型A/D转换器和逐次逼近型A/D转换器。第11页，共19页，编辑于2022年，星期一9.3.1 并行并行A/D转换器转换器 分压电路分压电路比较器比较器编码器编码器 第12页，共19页，编辑于2022年，星期一9.3.2 逐次逼近逐次逼近A/D转换器转换器 第13页，共19页，编辑于2022年，星期一第14页，共19页，编辑于2022年，星期一 逐次逼近转换技术：逐次逼近转换技术：实质上是由实质上是由D/AD/A转换器从高位到低位逐位转换器从高位到低位逐位增加转换位数，产生不同的比较电压，并把输入电压逐次与这增加转换位数，产生不同的比较电压
7、，并把输入电压逐次与这些已知电压进行比较而实现。逐次逼近些已知电压进行比较而实现。逐次逼近A/DA/D转换器的转换精度转换器的转换精度高，速度快，容易和微机接口，是目前应用较为广泛的一种高，速度快，容易和微机接口，是目前应用较为广泛的一种A/DA/D转换器件。转换器件。并联比较型并联比较型A/DA/D转换器：转换器：转换速度快。当要求输出精度较转换速度快。当要求输出精度较高时需要较多的比较器，所需的元件数目也按几何级数增高时需要较多的比较器，所需的元件数目也按几何级数增加。对于位的加。对于位的A/DA/D转换器，需要个比较器，其编码电路也转换器，需要个比较器，其编码电路也会变得相当复杂。会变得
8、相当复杂。第15页，共19页，编辑于2022年，星期一9.3.3 A/D转换器的主要性能指标转换器的主要性能指标 1分辨率：通常用输出数据二进制的位数表示，它表征了通常用输出数据二进制的位数表示，它表征了A/D转换器对转换器对输入模拟信号的分辨能力。当输入信号在一定范围内变化时，位数越多，输入模拟信号的分辨能力。当输入信号在一定范围内变化时，位数越多，量化的误差越小，分辨能力越强，转换精度也越高。量化的误差越小，分辨能力越强，转换精度也越高。2转换误差：通常以输出误差最大值来衡量转换误差。它表示实际输通常以输出误差最大值来衡量转换误差。它表示实际输出的数字量与理论值的差别，一般用最低有效位的倍
9、数表示。转换误差出的数字量与理论值的差别，一般用最低有效位的倍数表示。转换误差与电源电压、环境温度有很大的关系。与电源电压、环境温度有很大的关系。3转换速度：是指是指A/D转换器完成一次模数转换所需要的时间。转换速度转换器完成一次模数转换所需要的时间。转换速度与转换器的电路形式密切相关，不同类型的转换器，其转换速度相差很大。总与转换器的电路形式密切相关，不同类型的转换器，其转换速度相差很大。总体来说，直接型体来说，直接型A/D转换器的转换速度较间接型转换器的转换速度较间接型A/D转换器快，但转换精度和转换器快，但转换精度和抗干扰能力相对较差。抗干扰能力相对较差。第16页，共19页，编辑于202
10、2年，星期一9.3.4 集成集成A/D转换器转换器ADC0809 第17页，共19页，编辑于2022年，星期一地址码C B A选通通道0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7当地址锁存控制端的当地址锁存控制端的ALE=1(高电平高电平)时：时：根据地址代码根据地址代码C、B、A的不同，输入的不同，输入8路模拟信号路模拟信号(IN0IN7)中的某一路将被选中中的某一路将被选中进行进行A/D转换。转换。ALE=0(低电低电)时：时：锁存锁存C、B、A的数的数值，保证在值，保证在ALE=1时所选择的通道保持不时所
11、选择的通道保持不变。变。第18页，共19页，编辑于2022年，星期一+UREF和和-UREF：分别为基准电压的高电平分别为基准电压的高电平端和低电平端，提供端和低电平端，提供D/A转换器权电阻的标转换器权电阻的标准电平。准电平。CLK：时钟脉冲输入端。时钟脉冲输入端。ADC0809只只有在时钟脉冲信号的同步下才能进行有在时钟脉冲信号的同步下才能进行A/D转换。时钟频率越高，转换速度转换。时钟频率越高，转换速度越快。越快。START：启动脉冲输入端。在此端应启动脉冲输入端。在此端应该加一个完整的正脉冲信号，脉冲的该加一个完整的正脉冲信号，脉冲的上跳沿将使内部寄存器清上跳沿将使内部寄存器清0，下跳沿启，下跳沿启动动A/D转换。转换。EOC：转换结束信号。：转换结束信号。A/D转换期间，转换期间，EOC=0(低电平低电平)，表示转换正在进行，输出数据不可信；，表示转换正在进行，输出数据不可信；A/D转换完成转换完成后，后，EOC=1(高电平高电平)，表示转换结束，输出数据可信。，表示转换结束，输出数据可信。第19页，共19页，编辑于2022年，星期一