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1、微机原理与接口技术第十二章 模数(A/D)和数模(D/A)转换杭州电子科技高校杭州电子科技高校杭州电子科技高校杭州电子科技高校11/1/202211/1/20221 111/1/202211/1/20222 2第十二章 模数(A/D)和数模(D/A)转换 本章内容提要本章内容提要概述概述实时限制系统实时限制系统多路模拟开关多路模拟开关采样、量化和编码采样、量化和编码采样保持器采样保持器 D/AD/A转换器转换器数数/模转换原理模转换原理数数/模转换器的主要性能指标模转换器的主要性能指标几种数几种数/模转换器模转换器A/DA/D转换转换模数转换器原理模数转换器原理典型的模典型的模/数转换器数转换
2、器11/1/202211/1/20223 312-1 概述l数字量和模拟量数字量和模拟量l数字量数字量:01011010:01011010、11000011,11000011,随时间断续变更的量。随时间断续变更的量。l模拟量模拟量:12.5V:12.5V、10A10A、37.537.5、1000m3/s1000m3/s、9.6m/s9.6m/s，l随时间连续变更的量。随时间连续变更的量。l 数数/模转换器模转换器DACDAC和模和模/数转换器数转换器ADCADCl将数字量转换为模拟量的器件，将数字量转换为模拟量的器件，DACDAC或或D/AD/Al将模拟量转换为数字量的器件，将模拟量转换为数字
3、量的器件，ADCADC或或A/DA/D11/1/202211/1/20224 412-1 概述控控制制对对象象计计算算机机传感器传感器放大滤波放大滤波多多路路开开关关MUXMUX采采样样保保持持器器S/HS/HA/DA/D转转换换器器I/OI/O接接口口多多路路开开关关MUXMUXD/AD/A转转换换器器I/OI/O接接口口传感器传感器放大滤波放大滤波执执行行部部件件11/1/202211/1/20225 5一、一个实时限制系统一、一个实时限制系统l l传感器的种类很多：传感器的种类很多：l l同一种物理量可以用几种不同的传感器来测量同一种物理量可以用几种不同的传感器来测量,同一种传感器同一种
4、传感器,依据依据它们的特性又可分成不同的型号。例如它们的特性又可分成不同的型号。例如,室温顺体温常用热敏电阻测室温顺体温常用热敏电阻测量量;假如测量的是工业窑炉的炉温假如测量的是工业窑炉的炉温,则可选用各种热电偶则可选用各种热电偶;压力可以用压力可以用压阻式、压电式、振动式等压力传感器来测量压阻式、压电式、振动式等压力传感器来测量;若测量人体血压若测量人体血压,则应则应接受特地的血压传感器。此外接受特地的血压传感器。此外,还有流量传感器、位移传感器、光电还有流量传感器、位移传感器、光电传感器等各种不同功能的传感器。传感器等各种不同功能的传感器。l l信号的预处理信号的预处理 ：信号放大、滤波、
5、电平转换等。：信号放大、滤波、电平转换等。l l多路切换的方法有两种多路切换的方法有两种:l l多路模拟开关多路模拟开关MUX(Multiplexer)MUX(Multiplexer)实现多路信号的切换实现多路信号的切换;另一种是选用另一种是选用内部带多路转换开关的内部带多路转换开关的A/DA/D转换器转换器(ADC0809,(ADC0809,带有带有8 8路模拟开关的路模拟开关的A/DA/D转换器转换器)。D/AD/A通道中也可以运用多路开关通道中也可以运用多路开关,不过由于不过由于D/AD/A转换器比较转换器比较便宜便宜,实际系统中较少运用多路开关。实际系统中较少运用多路开关。12-1 1
6、2-1 12-1 12-1 概述概述概述概述11/1/202211/1/20226 6二、多路模拟开关二、多路模拟开关 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述1 1 1 1多路开关的作用多路开关的作用多路开关的作用多路开关的作用2 2 2 2多路开关的工作原理多路开关的工作原理多路开关的工作原理多路开关的工作原理3 3 3 3多路开关芯片多路开关芯片多路开关芯片多路开关芯片11/1/202211/1/20227 71.1.1.1.多路开关的作用多路开关的作用多路开关的作用多路开关的作用对多个变更较为缓慢的模拟信号进行对多个变更较为缓慢的模拟信号进行A/DA/D转换时，转换时，
7、利用多路开关将各路模拟信号轮番与利用多路开关将各路模拟信号轮番与A/DA/D转换器接通，转换器接通，使一个使一个A/DA/D转换器能完成多个模拟信号的转换，节约硬件开销。转换器能完成多个模拟信号的转换，节约硬件开销。n n选选选选1 1多路开关多路开关采采采采样样样样保保保保持持持持A/DA/D模拟量模拟量模拟量模拟量1 1模拟量模拟量模拟量模拟量2 2模拟量模拟量模拟量模拟量n n微微机机系系统统多路开关在模拟量输入多路开关在模拟量输入/输出通道中，输出通道中，作用是切换模拟信号，故又称作用是切换模拟信号，故又称模拟多路开关模拟多路开关模拟多路开关模拟多路开关。二、多路模拟开关二、多路模拟开
8、关 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述11/1/202211/1/20228 8二、多路模拟开关二、多路模拟开关l l用途（作用）用途（作用）:切换模拟信号切换模拟信号l l 对于对于A/DA/D通道来说通道来说,须要用多路输入、一路输出的模拟开关须要用多路输入、一路输出的模拟开关,使输入的多路模拟信号轮番与使输入的多路模拟信号轮番与A/DA/D转换器接通。对于转换器接通。对于D/AD/A通道通道,则要在则要在D/AD/A转换器之后加一个一路输入、多路输出的模拟开关转换器之后加一个一路输入、多路输出的模拟开关,使输出的模拟信号轮番安排到各模拟通路。使输出的模拟信号轮番安排
9、到各模拟通路。l lAnalog MultiplexerAnalog MultiplexerN-1N-1，1-N 1-N 分时运用分时运用1 1端器件端器件 l l典型典型MUXMUX芯片芯片l lAD7501/3AD7501/3八选一单向八选一单向;l lCD4051CD4051、CD4052 8-1 CD4052 8-1 双向切换，它们既可作多路输入、一双向切换，它们既可作多路输入、一路输出的模拟开关路输出的模拟开关,也可作一路输入、多路输出的模拟开关。也可作一路输入、多路输出的模拟开关。12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述11/1/202211/1/20229 92.
10、2.2.2.多路开关的工作原理多路开关的工作原理多路开关的工作原理多路开关的工作原理电电平平转转换换译译码码驱驱动动A A0 0A A1 1A An nS S0 0S S1 1S Sn nOUTOUT多路多路模拟输入模拟输入选择选择限制限制输入输入一一 路路模拟输出模拟输出二、多路模拟开关二、多路模拟开关 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述11/1/202211/1/202210103.3.3.3.多路开关芯片多路开关芯片多路开关芯片多路开关芯片rr 4 4选选1 1：CD4052CD4052、AD7502AD7502rr8 8选选1 1：CD4051CD4051、AD7
11、501AD7501rr1616选选1:CD40671:CD4067、AD7506AD7506二、多路模拟开关二、多路模拟开关 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述11/1/202211/1/20221111微机的数据采集与限制系统微机的数据采集与限制系统控制控制对象对象D/AD/A放大器放大器执行部件执行部件计计算算机机多多路路开开关关传传感感器器1 1放放大大器器1 1滤滤波波器器1 1模模拟拟量量1 1采采样样保保持持A/DA/D传传感感器器n n放放大大器器n n滤滤波波器器n n模模拟拟量量n n11/1/202211/1/20221212二、多路模拟开关二、多路模
12、拟开关l l引脚引脚引脚引脚S S为选通端为选通端为选通端为选通端,只有当只有当只有当只有当S S为低为低为低为低电平时电平时电平时电平时,才能选中某一通道才能选中某一通道才能选中某一通道才能选中某一通道,使使使使开关接通。开关接通。开关接通。开关接通。A A2 2AA0 0是开关通道是开关通道是开关通道是开关通道号输入端号输入端号输入端号输入端,当当当当A A2 2AA0 0输入输入输入输入000111000111时时时时,分别对应分别对应分别对应分别对应0707通通通通道上的开关处于闭合状态。通道上的开关处于闭合状态。通道上的开关处于闭合状态。通道上的开关处于闭合状态。通常常常常,S,S和
13、和和和A A2 2AA0 0信号由接在信号由接在信号由接在信号由接在CPUCPU数据总线上的一个锁存器数据总线上的一个锁存器数据总线上的一个锁存器数据总线上的一个锁存器提供提供提供提供,这样就可以用输出指令这样就可以用输出指令这样就可以用输出指令这样就可以用输出指令实现通道选择。实现通道选择。实现通道选择。实现通道选择。12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述11/1/202211/1/20221313多路开关多路开关AD4501AD4501AD4501AD4501真值表真值表真值表真值表I/OI/O7 7I/OI/O0 0 为为为为8 8路模拟路模拟路模拟路模拟输入输入输入输
14、入I/O I/O 为为为为1 1路模拟路模拟路模拟路模拟输出输出输出输出S SA2A2A1A1A0A0选通选通0 00 00 00 0I/OI/O0 00 00 00 01 1I/OI/O1 10 00 01 10 0I/OI/O2 20 00 01 11 1I/OI/O3 30 01 10 00 0I/OI/O4 40 01 10 01 1I/OI/O5 50 01 11 10 0I/OI/O6 60 01 11 11 1I/OI/O7 71 1 CDCD4051405116161515141413131212111110109 91 12 23 34 45 56 67 78 8V VDDD
15、DI/OI/O2 2I/OI/O1 1I/OI/O0 0I/OI/O3 3A A0 0A A1 1A A2 2I/OI/O4 4I/OI/O6 6O/IO/II/OI/O7 7I/OI/O5 5S SV VEEEEV VSSSS 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述二、多路模拟开关二、多路模拟开关11/1/202211/1/20221414 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述二、多路模拟开关二、多路模拟开关11/1/202211/1/20221515 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述二、多路模拟开关二、多路模拟开关CDCD405
16、14051I/OI/O7 7I/OI/O6 6 I/OI/O0 0 I/OI/O S SA A2 2A A1 1A A0 0ININ7 7ININ6 6 .ININ0 0S/HS/HA/DA/D74LS74LS3733734Q4Q3Q3Q2Q2Q1Q1Q4D4D3D3D2D2D1D1DD D3 3D D2 2D D1 1D D0 0译译码码器器CLKCLK地址总线地址总线11/1/202211/1/20221616 多路模拟开关的典型应用是与采样保持器和多路模拟开关的典型应用是与采样保持器和多路模拟开关的典型应用是与采样保持器和多路模拟开关的典型应用是与采样保持器和A/DA/D转换器协作转换器
17、协作转换器协作转换器协作,构构构构成多路数据采集通道。图成多路数据采集通道。图成多路数据采集通道。图成多路数据采集通道。图12-412-4是用是用是用是用CD4051CD4051作多路开关作多路开关作多路开关作多路开关,构成具构成具构成具构成具有有有有8 8个输入通道的数据采集电路的例子。个输入通道的数据采集电路的例子。个输入通道的数据采集电路的例子。个输入通道的数据采集电路的例子。经放大、滤波等预处理之后的经放大、滤波等预处理之后的经放大、滤波等预处理之后的经放大、滤波等预处理之后的8 8路模拟信号路模拟信号路模拟信号路模拟信号IN0 IN7IN0 IN7分别送分别送分别送分别送到到到到CD
18、4051CD4051的的的的8 8个个个个I/OI/O引脚引脚引脚引脚,CPU,CPU数据总线的数据总线的数据总线的数据总线的D3 D0D3 D0接到锁存器接到锁存器接到锁存器接到锁存器74LS27374LS273的输入端。锁存后的的输入端。锁存后的的输入端。锁存后的的输入端。锁存后的D3D3位位位位4Q4Q与选通端与选通端与选通端与选通端S S相连相连相连相连,当当当当D3=0D3=0时时时时,S=0,S=0,使使使使CD4051CD4051选通；选通；选通；选通；D2D0D2D0位经锁存后分别与位经锁存后分别与位经锁存后分别与位经锁存后分别与CD4051CD4051的的的的通道号输入端通道
19、号输入端通道号输入端通道号输入端A2A0A2A0相连相连相连相连,实现通道选择。实现通道选择。实现通道选择。实现通道选择。假设锁存器的假设锁存器的假设锁存器的假设锁存器的I/0I/0地址为地址为地址为地址为ADPORT,ADPORT,若要将接在若要将接在若要将接在若要将接在IN6IN6端的模拟信号切端的模拟信号切端的模拟信号切端的模拟信号切换到换到换到换到A/DA/D转换器去转换器去转换器去转换器去,可用如下指令实现可用如下指令实现可用如下指令实现可用如下指令实现:MOV AL,00000110B ;D3 MOV AL,00000110B ;D3必需为必需为必需为必需为0,D2D0=110,0
20、,D2D0=110,表示表示表示表示通道通道通道通道6 6 OUT ADPORT,AL OUT ADPORT,AL 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述二、多路模拟开关二、多路模拟开关11/1/202211/1/20221717三、采样、量化和编码三、采样、量化和编码 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述微机的数据采集系统微机的数据采集系统11/1/202211/1/20221818 模拟信号经预处理后从多路开关输出时模拟信号经预处理后从多路开关输出时模拟信号经预处理后从多路开关输出时模拟信号经预处理后从多路开关输出时,信号幅度已达到几伏信号幅度已达到几
21、伏信号幅度已达到几伏信号幅度已达到几伏的数量级的数量级的数量级的数量级,它还必需经过采样、量化和编码的过程才能成为数它还必需经过采样、量化和编码的过程才能成为数它还必需经过采样、量化和编码的过程才能成为数它还必需经过采样、量化和编码的过程才能成为数字量。字量。字量。字量。1.1.采样和量化采样和量化采样和量化采样和量化 采样就是按相等的时间间隔采样就是按相等的时间间隔采样就是按相等的时间间隔采样就是按相等的时间间隔t t从电压信号上截取一个个离散的从电压信号上截取一个个离散的从电压信号上截取一个个离散的从电压信号上截取一个个离散的电压瞬时值电压瞬时值电压瞬时值电压瞬时值,这些值都有精确的大小。
22、严格地讲这些值都有精确的大小。严格地讲这些值都有精确的大小。严格地讲这些值都有精确的大小。严格地讲,必需用无穷多必需用无穷多必需用无穷多必需用无穷多位小数才能真正表示出它们的电压值来位小数才能真正表示出它们的电压值来位小数才能真正表示出它们的电压值来位小数才能真正表示出它们的电压值来,但事实上只能把这些但事实上只能把这些但事实上只能把这些但事实上只能把这些采集下来的电压瞬时值表示到确定的精度。采集下来的电压瞬时值表示到确定的精度。采集下来的电压瞬时值表示到确定的精度。采集下来的电压瞬时值表示到确定的精度。有一个被采样的信号电压的幅度范围为有一个被采样的信号电压的幅度范围为有一个被采样的信号电压
23、的幅度范围为有一个被采样的信号电压的幅度范围为0 07 7伏伏伏伏,若把它们分为若把它们分为若把它们分为若把它们分为8 8层层层层,包括电平包括电平包括电平包括电平0V0V在内在内在内在内,每个分层为每个分层为每个分层为每个分层为1 1伏伏伏伏,然后看每个采样处于哪个然后看每个采样处于哪个然后看每个采样处于哪个然后看每个采样处于哪个分层之中分层之中分层之中分层之中,该分层的起始电平就是这个采样的数字量。该分层的起始电平就是这个采样的数字量。该分层的起始电平就是这个采样的数字量。该分层的起始电平就是这个采样的数字量。三、采样、量化和编码三、采样、量化和编码 12-1 12-1 12-1 12-1
24、 概述概述概述概述11/1/202211/1/20221919三、采样、量化和编码三、采样、量化和编码 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述11/1/202211/1/20222020 将将将将t0t0时刻采样的实际值变成数字量的过程称为量化。每个分层所包时刻采样的实际值变成数字量的过程称为量化。每个分层所包时刻采样的实际值变成数字量的过程称为量化。每个分层所包时刻采样的实际值变成数字量的过程称为量化。每个分层所包含的最大电压值与最小电压值之差为含的最大电压值与最小电压值之差为含的最大电压值与最小电压值之差为含的最大电压值与最小电压值之差为1 1伏伏伏伏,它被称为量化单位它
25、被称为量化单位它被称为量化单位它被称为量化单位,用用用用q q表示。表示。表示。表示。明显明显明显明显,量化单位越小量化单位越小量化单位越小量化单位越小,确定范围内的电压值被分的层数就越多确定范围内的电压值被分的层数就越多确定范围内的电压值被分的层数就越多确定范围内的电压值被分的层数就越多,采样值采样值采样值采样值的数字量与实际电平之间的误差也越小的数字量与实际电平之间的误差也越小的数字量与实际电平之间的误差也越小的数字量与实际电平之间的误差也越小,精度也就越高。精度也就越高。精度也就越高。精度也就越高。每个每个每个每个A/DA/D转换器都有一个允许的最大输入电压范围转换器都有一个允许的最大输
26、入电压范围转换器都有一个允许的最大输入电压范围转换器都有一个允许的最大输入电压范围,通常还有一个参通常还有一个参通常还有一个参通常还有一个参考电压考电压考电压考电压VRVR输入引脚输入引脚输入引脚输入引脚,在输入电压值范围内变更在输入电压值范围内变更在输入电压值范围内变更在输入电压值范围内变更VRVR的值的值的值的值,可以设定可以设定可以设定可以设定A/DA/D转换器能够转换的电压范围转换器能够转换的电压范围转换器能够转换的电压范围转换器能够转换的电压范围,也即指定它的量程。也即指定它的量程。也即指定它的量程。也即指定它的量程。例如，一个例如，一个例如，一个例如，一个8 8位的位的位的位的A/
27、DA/D转换器，它将把输入电压信号分成转换器，它将把输入电压信号分成转换器，它将把输入电压信号分成转换器，它将把输入电压信号分成28=25628=256层，层，层，层，若它的量程为若它的量程为若它的量程为若它的量程为0 05V5V，那么，它能辨别的最小的量化单位（，那么，它能辨别的最小的量化单位（，那么，它能辨别的最小的量化单位（，那么，它能辨别的最小的量化单位（A A代表电压代表电压代表电压代表电压量程范围）为：量程范围）为：量程范围）为：量程范围）为：三、采样、量化和编码三、采样、量化和编码 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述11/1/202211/1/2022212
28、12.2.编码编码 经采样和量化后经采样和量化后经采样和量化后经采样和量化后,模拟量转化成了数字量模拟量转化成了数字量模拟量转化成了数字量模拟量转化成了数字量,数字量可以用不同数字量可以用不同数字量可以用不同数字量可以用不同的代码来表示的代码来表示的代码来表示的代码来表示,这就是数字量的这就是数字量的这就是数字量的这就是数字量的编码编码编码编码。编码的形式有好几种编码的形式有好几种编码的形式有好几种编码的形式有好几种,如如如如二进制码二进制码二进制码二进制码,BCD,BCD码码码码,ASCII,ASCII码码码码等。等。等。等。两种最常用的编码形式两种最常用的编码形式两种最常用的编码形式两种最
29、常用的编码形式:l l自然二进制码自然二进制码自然二进制码自然二进制码l l双极性二进制编码。双极性二进制编码。双极性二进制编码。双极性二进制编码。三、采样、量化和编码三、采样、量化和编码 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述11/1/202211/1/20222222(1)(1)(1)(1)自然二进制码自然二进制码自然二进制码自然二进制码 数据转换中常用二进制小数形式表示数字量数据转换中常用二进制小数形式表示数字量数据转换中常用二进制小数形式表示数字量数据转换中常用二进制小数形式表示数字量,这就是自然二这就是自然二这就是自然二这就是自然二进制码进制码进制码进制码,或称为自
30、然二进制小数码。或称为自然二进制小数码。或称为自然二进制小数码。或称为自然二进制小数码。n n n n位自然二进制小数码表示一个小数位自然二进制小数码表示一个小数位自然二进制小数码表示一个小数位自然二进制小数码表示一个小数N N N N的形式是的形式是的形式是的形式是:N=d12-1+d22-2+dn2-n N=d12-1+d22-2+dn2-n N=d12-1+d22-2+dn2-n N=d12-1+d22-2+dn2-n式中式中式中式中,系数系数系数系数didididi的取值只有的取值只有的取值只有的取值只有0 0 0 0或或或或1 1 1 1两种可能两种可能两种可能两种可能,它表示二进制
31、小数中第它表示二进制小数中第它表示二进制小数中第它表示二进制小数中第i i i i位上的数码位上的数码位上的数码位上的数码,2-n,2-n,2-n,2-n表示了小数中各位上的加权。第表示了小数中各位上的加权。第表示了小数中各位上的加权。第表示了小数中各位上的加权。第1 1 1 1位加权最大位加权最大位加权最大位加权最大,当当当当di=1di=1di=1di=1时时时时,它对它对它对它对N N N N的贡献的贡献的贡献的贡献(加权加权加权加权)最大最大最大最大,等于等于等于等于1/2,1/2,1/2,1/2,它被称为最高有它被称为最高有它被称为最高有它被称为最高有效位效位效位效位MSBMSBMS
32、BMSB；最右边的第；最右边的第；最右边的第；最右边的第n n n n位的加权最小，等于位的加权最小，等于位的加权最小，等于位的加权最小，等于1/2n1/2n1/2n1/2n，被称为最小，被称为最小，被称为最小，被称为最小有效位有效位有效位有效位LSBLSBLSBLSB，事实上就等于量化单位，事实上就等于量化单位，事实上就等于量化单位，事实上就等于量化单位q q q q。三、采样、量化和编码三、采样、量化和编码 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述11/1/202211/1/20222323三、采样、量化和编码三、采样、量化和编码 12-1 12-1 12-1 12-1 概
33、述概述概述概述输入模拟量输入模拟量 二进制小数二进制小数输出数码输出数码对应电压对应电压FSR=+5VFSR=+5VFSR=+10VFSR=+10V0 00.00000.0000000000000.0000.0000.0000.0001/16FSR1/16FSR0.00010.0001000100010.3120.3120.6250.6252/16FSR2/16FSR0.00100.0010001000100.6250.6251.2501.2503/16FSR3/16FSR0.00110.0011001100110.9370.9371.8751.87515/16FSR15/16FSR0.111
34、10.1111111111114.6874.6879.3759.375四位（四位（四位（四位（n=4n=4）二进制小数码的表示）二进制小数码的表示）二进制小数码的表示）二进制小数码的表示11/1/202211/1/20222424(2)(2)双极性二进制编码双极性二进制编码双极性二进制编码双极性二进制编码 假如假如假如假如A/DA/D转化器允许输入双极性信号，如转化器允许输入双极性信号，如转化器允许输入双极性信号，如转化器允许输入双极性信号，如5V5V，为了表示，为了表示，为了表示，为了表示VxVx的极性，还可用双极性码来表示数字量。常用的双极性二进制的极性，还可用双极性码来表示数字量。常用的
35、双极性二进制的极性，还可用双极性码来表示数字量。常用的双极性二进制的极性，还可用双极性码来表示数字量。常用的双极性二进制编码主要有符号编码主要有符号编码主要有符号编码主要有符号-数值二进制码和偏移二进制码两种编码方式，数值二进制码和偏移二进制码两种编码方式，数值二进制码和偏移二进制码两种编码方式，数值二进制码和偏移二进制码两种编码方式，它们的它们的它们的它们的4 4位二进制编码如表位二进制编码如表位二进制编码如表位二进制编码如表12-212-2所示。所示。所示。所示。三、采样、量化和编码三、采样、量化和编码 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述11/1/202211/1/2
36、0222525常用的双极性二进制编码表常用的双极性二进制编码表 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述数数输入量输入量符号数值符号数值偏移二进制偏移二进制对应电压对应电压(V),FSR=+-5V(V),FSR=+-5V7 77/8FSR7/8FSR0111011111111111+4.375+4.3756 66/8FSR6/8FSR0110011011101110+3.750+3.7505 55/8FSR5/8FSR0101010111011101+3.125+3.1254 44/8FSR4/8FSR0100010011001100+2.500+2.5003 33/8FSR3
37、/8FSR0011001110111011+1.875+1.8752 22/8FSR2/8FSR0010001010101010+1.250+1.2501 11/8FSR1/8FSR0001000110011001+0.625+0.6250 00 00 000000000100010000.0000.0000 010001000 1 1-1/8FSR-1/8FSR1001100101110111-0.625-0.625 2 2-2/8FSR-2/8FSR1010101001100110-1.25-1.25 3 3-3/8FSR-3/8FSR1011101101010101-1.875-1.87
38、5 4 4-4/8FSR-4/8FSR1100110001000100-2.500-2.500 5 5-5/8FSR-5/8FSR1101110100110011-3.125-3.125 6 6-6/8FSR-6/8FSR1110111000100010-3.750-3.750 7 7-7/8FSR-7/8FSR1111111100010001-4.375-4.375 8 8-8/8FSR-8/8FSR00000000-5.000-5.00011/1/202211/1/20222626四、采样保持器四、采样保持器1.1.采样过程采样过程 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述
39、11/1/202211/1/20222727 图图图图中中中中,连连连连续续续续的的的的模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号x(t)x(t)加加加加到到到到采采采采样样样样器器器器的的的的输输输输入入入入端端端端，采采采采样样样样器器器器的的的的输输输输出出出出受受受受采采采采样样样样脉脉脉脉冲冲冲冲S(t)S(t)的的的的限限限限制制制制，采采采采样样样样脉脉脉脉冲冲冲冲是是是是一一一一种种种种周周周周期期期期为为为为A A，宽宽宽宽度度度度为为为为t0t0的的的的矩矩矩矩形形形形脉脉脉脉冲冲冲冲序序序序列列列列。每每每每当当当当采采采采祥祥祥祥脉脉脉脉冲冲冲冲出出出出现现现现时时时时，开开开开
40、关关关关S S接接接接通通通通t0t0秒秒秒秒，输输输输入入入入模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号可可可可以以以以通通通通过过过过采采采采样样样样器器器器到到到到达达达达输输输输出出出出端端端端；采采采采样样样样脉脉脉脉冲冲冲冲消消消消逝逝逝逝时时时时,S,S断断断断开开开开，采采采采样样样样器器器器无无无无输输输输出出出出。这这这这样样样样，从从从从采采采采样样样样器器器器输输输输入入入入的的的的连连连连续续续续模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号在在在在采采采采样样样样脉脉脉脉冲冲冲冲的的的的调调调调制制制制下下下下，在在在在输输输输出出出出端端端端得得得得到到到到宽宽宽宽度度度度为为为为t0t
41、0，周周周周期期期期为为为为A A的的的的脉脉脉脉冲冲冲冲序序序序列列列列x(x()，脉脉脉脉冲冲冲冲序序序序列列列列的的的的幅幅幅幅度度度度被被被被x(x()所所所所调调调调制制制制，这这这这个个个个过过过过程程程程就就就就是是是是采采采采样样样样。x(nx(n)序序序序列列列列就就就就是是是是采采采采样样样样所所所所得得得得的的的的离离离离散散散散模模模模拟拟拟拟量量量量，这这这这些些些些离离离离散散散散量量量量出出出出现现现现的重复频率就是采样脉冲的频率的重复频率就是采样脉冲的频率的重复频率就是采样脉冲的频率的重复频率就是采样脉冲的频率fsfs，fsfs称为采样率称为采样率称为采样率称为
42、采样率,其值为其值为其值为其值为1/1/。四、采样保持四、采样保持 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述11/1/202211/1/20222828 一一一一个个个个模模模模数数数数转转转转换换换换器器器器完完完完成成成成一一一一次次次次模模模模数数数数转转转转换换换换，要要要要进进进进行行行行量量量量化化化化、编编编编码码码码等等等等操操操操作作作作,每每每每种种种种操操操操作作作作均均均均需需需需化化化化费费费费确确确确定定定定的的的的时时时时间间间间,这这这这段段段段时时时时间间间间称称称称为为为为模模模模数数数数转转转转换换换换时时时时间间间间tctc。在在在在转转
43、转转换换换换时时时时间间间间tctc内内内内,若若若若输输输输入入入入模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号比比比比较较较较平平平平坦坦坦坦,即即即即x(t)x(t)的的的的变变变变更更更更量量量量x x很很很很小小小小,可可可可认认认认为为为为x x 0 0。这这这这样样样样,由由由由采采采采样样样样过过过过程程程程引引引引入入入入的的的的误误误误差差差差可可可可以以以以忽忽忽忽视视视视不不不不计计计计。在在在在这这这这种种种种状状状状况况况况下下下下，模模模模数数数数转转转转换换换换器器器器可可可可干干干干脆脆脆脆与与与与采采采采样样样样器器器器的的的的输输输输出出出出端端端端相相相相连连连连。
44、一一一一般般般般将将将将采样开关制作在采样开关制作在采样开关制作在采样开关制作在A/DA/D转换器内部转换器内部转换器内部转换器内部,使采样器和转换器合为一体。使采样器和转换器合为一体。使采样器和转换器合为一体。使采样器和转换器合为一体。当当当当x(t)x(t)变变变变更更更更速速速速率率率率较较较较高高高高时时时时,在在在在转转转转换换换换过过过过程程程程中中中中,输输输输入入入入模模模模拟拟拟拟量量量量有有有有一一一一个个个个可可可可观观观观的的的的AxAx，结结结结果果果果将将将将会会会会引引引引入入入入较较较较大大大大的的的的误误误误差差差差。也也也也就就就就是是是是说说说说，在在在在
45、A/DA/D转转转转换换换换过过过过程程程程中中中中，加加加加在在在在转转转转换换换换器器器器上上上上的的的的电电电电平平平平在在在在波波波波动动动动，这这这这样样样样，就就就就很很很很难难难难说说说说输输输输出出出出的的的的数数数数字字字字量量量量表表表表示示示示tctc期期期期间间间间输输输输入入入入信信信信号号号号上上上上哪哪哪哪一一一一点点点点的的的的电电电电压压压压值值值值，在在在在这这这这种种种种状状状状况况况况下下下下就就就就要要要要用用用用采采采采样样样样保保保保持器来解决这个问题。持器来解决这个问题。持器来解决这个问题。持器来解决这个问题。四、采样保持四、采样保持 12-1
46、12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述11/1/202211/1/20222929四、采样保持器四、采样保持器 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述采采采采样样样样保保保保持持持持器器器器电电电电路路路路由由由由模模模模拟拟拟拟开开开开关关关关S,S,保保保保持持持持电电电电容容容容CHCH和和和和缓缓缓缓冲冲冲冲放放放放大大大大器器器器A A组组组组成成成成。S S合合合合上上上上,输输输输入入入入模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号ViVi通通通通过过过过开开开开关关关关S S向向向向保保保保持持持持电电电电容容容容CHCH充充充充电电电电。由由由由于于于于缓缓缓缓
47、冲冲冲冲放放放放大大大大器器器器的的的的跟跟跟跟随随随随特特特特性性性性,这这这这期期期期间间间间输输输输出出出出电电电电压压压压VoVo眼眼眼眼随随随随输输输输入入入入电电电电压压压压ViVi而而而而变变变变更更更更。当当当当采采采采样样样样脉脉脉脉冲冲冲冲吩吩吩吩咐咐咐咐结结结结束束束束后后后后,开开开开关关关关S S断断断断开开开开,电电电电容容容容CHCH上上上上的的的的电电电电压压压压能能能能在在在在一一一一段段段段时时时时间间间间内内内内保保保保持持持持基基基基本本本本不不不不变变变变,缓缓缓缓冲冲冲冲放放放放大大大大器器器器的的的的输输输输出出出出电电电电压压压压VoVo便便便便
48、被被被被保保保保持持持持在在在在开开开开关关关关断断断断开开开开前前前前瞬瞬瞬瞬间间间间的的的的值值值值,从从从从而而而而实现了采样和保持的功能。实现了采样和保持的功能。实现了采样和保持的功能。实现了采样和保持的功能。11/1/202211/1/202230302.2.采样保持器采样保持器A/DA/D转换器完成一次转换过程须要确定的时间，在这段时间内转换器完成一次转换过程须要确定的时间，在这段时间内,输入端模拟信号的大小应保持不变，否则将影响转换的精度。输入端模拟信号的大小应保持不变，否则将影响转换的精度。四、采样保持四、采样保持 12-1 12-1 12-1 12-1 概述概述概述概述11/
49、1/202211/1/2022313112-2 D/A转换器1 1数数/模转换原理模转换原理2 2数数/模转换器的主要性能指标模转换器的主要性能指标3 3几种数几种数/模转换器模转换器11/1/202211/1/202232321)1)原理分析原理分析1数数/模转换原理模转换原理 12-2 DA12-2 DA转换器转换器D/AD/A转换器转换器是把输入的数字量转换为与输入量成比例的模拟信号的器件。是把输入的数字量转换为与输入量成比例的模拟信号的器件。多数多数D/AD/A变换器把数字量（如二进制编码）变成模拟电流，假如要变换器把数字量（如二进制编码）变成模拟电流，假如要将其转换成模拟电压，还要运
50、用电流将其转换成模拟电压，还要运用电流/电压转换器（电压转换器（I/VI/V）来实现）来实现（少数（少数D/AD/A转换器内部有转换器内部有I/VI/V变换电路，可干脆输出模拟电压）。变换电路，可干脆输出模拟电压）。I/VI/V转换电路由运算放大器组成。转换电路由运算放大器组成。11/1/202211/1/20223333数字量数字量 D D=D=Dn-1 n-1 D D1 1D D0 0 B B =D Dn-1n-1 2 2n-1n-1+D D1 1 2 21 1+D D0 0 2 20 0将数字量的每一位按权值转换为对应的模拟量，再将各模拟量将数字量的每一位按权值转换为对应的模拟量，再将各