数模与模数转换器精品文稿.ppt

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1、数模与模数转换器第1页，本讲稿共77页 10.1 D/A(10.1 D/A(Analog to Digital)转换器转换器 10.2 A/D(10.2 A/D(Digital to Analog)转换器转换器 10.0 10.0 引言引言本章内容简介:第2页，本讲稿共77页教学基本要求1 1、掌掌握握倒倒T T形形电电阻阻网网络络D/AD/A转转换换器器(DAC)(DAC)、集集成成D/AD/A转转换换器器75207520的工作原理及相关计算。的工作原理及相关计算。2 2、正确理解、正确理解D/AD/A转换器的两种输出方式。转换器的两种输出方式。3 3、掌掌握握并并行行比比较较、逐逐次次比比

2、较较、双双积积分分A/DA/D转转换换器器(ADC)(ADC)的工作原理及其特点。的工作原理及其特点。4 4、正确理解、正确理解D/AD/A、A/DA/D转换器的主要参数。转换器的主要参数。Analog Digital Converter and Digital Analog Converter第3页，本讲稿共77页D/AD/A转换、转换、A/DA/D转换的应用转换的应用 模 拟 传感器 A/D 转换器 数字控制 计算机 D/A 转换器 模拟 控制器 工业生产过程控制对象 ADCADC和和DACDAC已成为计算机系统中不可缺少的接口电路已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。传感器(温度、压力、

3、流量、应力等）计算机进行数字处理（如计算、滤波）、数据保存等用模拟量作为控制信号第4页，本讲稿共77页10.1.1 倒T形电阻网络D/A转换器 10.1.2 权电流型D/A转换器 10.1.3 D/A转换器的输出方式 10.1.4 D/A转换器的主要技术指标 10.1.5 集成D/A转换及其应用 10.1.0 D/A转换器概述 10.1 D/A转换器转换器第5页，本讲稿共77页1 1、DACDAC的功能的功能:将数字量成正比地转换与之对应将数字量成正比地转换与之对应 成模拟量成模拟量 。（设（设D/AD/A转换器的输转换器的输 入数字量为入数字量为 n n位）位）n位数字量模拟量05V或010

4、V等10.1.0 D/A 转换器概述转换器概述DAC4位8位10位1位16位等n=第6页，本讲稿共77页如何实现如何实现D/AD/A？10.1.0 D/A 10.1.0 D/A 转换器概述转换器概述 数字量是用代码按数位组合而成的数字量是用代码按数位组合而成的,对于有权码对于有权码,每每位代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小位代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量转换成相应的模拟量,然后，将这些模拟量相加然后，将这些模拟量相加,即可得即可得到与数字量成正比的模拟量到与数字量成正比的模拟量,这样，就可以实现数字量这样，就可以实现数字量-模拟量的转换。模拟量

5、的转换。2.2.实现实现D/AD/A转换的基本思想转换的基本思想第7页，本讲稿共77页3.3.D/AD/A转换器的组成转换器的组成:10.1.0 D/A 10.1.0 D/A 转换器概述转换器概述 电阻网络电阻网络 模拟电子开关模拟电子开关 求和运算放大器求和运算放大器第8页，本讲稿共77页4.4.D/AD/A转换器的分类转换器的分类:10.1.0 D/A 10.1.0 D/A 转换器概述转换器概述按解码网络结构分类 T型电阻网络DAC倒T形电阻网络DAC权电流DAC 权电阻网络DAC 按模拟电子开关电路分类 CMOS开关型DAC双极型开关型DAC 电流开关型DAC ECL电流开关型DAC D

6、/A 转换器第9页，本讲稿共77页10.1.1 倒T形电阻网络D/A转换器Di=0,Si则将电阻2R接地Di=1,Si接运算放大器反相端，电流Ii流入求和电路 电阻网络模拟电子开关求和运算放大器输出模拟电压输入4位二进制数根据运放线性运用时虚地的概念可知，无论模拟开关根据运放线性运用时虚地的概念可知，无论模拟开关S Si i处于处于何种位置，与何种位置，与S Si i相连的相连的2R2R电阻将接电阻将接“地地”或虚地或虚地。1 1、原理电路、原理电路第10页，本讲稿共77页10.1.1 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器2、D/A转换器的倒转换器的倒T形电阻网络形电阻网络基准电源VR

7、EF提供的总电流为：I=？流过各开关支路的电流：I3=？I2=？I1=？I0=？I/4I/8I/16RRRRI/2I/4I/8I/16I/2I3I2I1I0流入每个流入每个2R电阻的电流从高位到低位按电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。的整数倍递减。第11页，本讲稿共77页10.1.1 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器3.3.工作原理：工作原理：II2I1I0I3流入运放的总电流：i I0+I1+I2+I3(10.1.1)第12页，本讲稿共77页10.1.1 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器3.3.工作原理：工作原理：II2I1I0I3输出模拟电压：(10.1.2)

8、第13页，本讲稿共77页10.1.1 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器3.3.工作原理：工作原理：4 位倒T形电阻网络DAC的输出模拟电压：(10.1.2)推广到 n 位倒T形电阻网络DAC,有：(10.1.3)令：则O=K NB(10.1.4)上式表明，在电路中输入的每一个二进制数NB，均能得到与之成正比的模拟电压输出。第14页，本讲稿共77页为提高为提高D/AD/A转换器的转换器的精度，对电路参数的要求：精度，对电路参数的要求：(1)基准电压稳定性好；基准电压稳定性好；(2)倒倒T形电阻网络中形电阻网络中R和和2R电阻比值的精度要高；电阻比值的精度要高；(3)每个模拟开关的开关

9、电压降要相等每个模拟开关的开关电压降要相等(4)为实现电流从高位到低位按为实现电流从高位到低位按2的整数倍递减，模拟开关的整数倍递减，模拟开关的导通电阻也相应地按的导通电阻也相应地按2的整数倍递增。的整数倍递增。为进一步提高为进一步提高D/AD/A转换器的精度，可采用权电流型转换器的精度，可采用权电流型D/AD/A转换器。转换器。10.1.1 10.1.1 倒倒T T形电阻网络形电阻网络D/AD/A转换器转换器第15页，本讲稿共77页10.1.2 权电流型权电流型D/A转换器转换器Di=1时，开关Si接运放的反相端;Di=0时，开关Si接地。电路在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受开关导通

10、电阻和压降的影响，这样降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。采用恒流源电路后对提高转换精度有什么好处？第16页，本讲稿共77页实际的权电流D/A转换器电路10.1.2 10.1.2 权电流型权电流型D/AD/A转换器转换器第17页，本讲稿共77页 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0模拟量模拟量 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 010.1.3 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式表10.1.1 8位D/A转换器在单极性输出时的

11、输入/输出关系第18页，本讲稿共77页1.单极性输出方式 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器单极性电压输出的电路转换器单极性电压输出的电路 反相输出 同相输出 10.1.3 D/A10.1.3 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式第19页，本讲稿共77页10.1.3 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式双极性输出的8位D/A转换器输入与输出关系十进十进制数制数2的补码的补码偏移二进制码偏移二进制码模拟量模拟量 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1D0D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 O/VLSB1270 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 11271

12、260 1 1 1 1 1 1 01 1 1 1 1 1 1 012611 1 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11127 1 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 1127128 1 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0128第20页，本讲稿共77页10.1.3 D/A转换器的输出方式转换器的输出方式双极性输出的8位D/A转换器NB第21页，本讲稿共77页10.1.4 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1.1.转换精度转换精度 ：通常用分辨率和转换误差来描述。：通常用分辨率和转换误差来描述。分辨率：其定义为分辨率：其定义为D/

13、AD/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。实际应用中往往用输入数字量的位数表示实际应用中往往用输入数字量的位数表示D/AD/A转换器的分辨率。转换器的分辨率。分辨率也可以用能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比给出。分辨率也可以用能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比给出。n n位位D/AD/A转换器的分辨率可表示为转换器的分辨率可表示为第22页，本讲稿共77页转换误差：转换误差：转换误差：转换误差是指转换误差：转换误差是指D/A转换器实际精度与转换器实际精度与理论上可达到的精度之间存在误差。理论上可达到的精度之间存在误差。产生原因：由于产生原因：由于

14、D/AD/A转换器中各元件参数值存在误差，转换器中各元件参数值存在误差，如基准电压不够稳定或运算放大器的零漂等各种因素如基准电压不够稳定或运算放大器的零漂等各种因素的影响。的影响。几种转换误差：有如比例系数误差、失调误差和几种转换误差：有如比例系数误差、失调误差和非线性误差等非线性误差等10.1.4 D/A10.1.4 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标第23页，本讲稿共77页10.1.4 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 比例系数误差：比例系数误差：是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线斜率是指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线斜率的偏差。的偏差。如在如在n n

15、 位倒位倒T T 形电阻网络形电阻网络D/AD/A转换器中，当转换器中，当V VREFREF偏离偏离标准值标准值V VREFREF时，就会在时，就会在输出端产生误差电压。输出端产生误差电压。由式由式10.1.310.1.3可知可知 由由V VREFREF引起的误差属于引起的误差属于比例系数误差。比例系数误差。第24页，本讲稿共77页10.1.4 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 失调误差：由运算放大器的零点漂移引起，其大小与输入数字量无关，该误差使输出电压的转移特性曲线发生平移。三位D/A转换器的失调误差如图10.1.8所示。第25页，本讲稿共77页10.1.5 集成D/A转换器

16、及其应用1.AD7520D/A转换器转换器10位CMOS电流开关型D/A转换器 第26页，本讲稿共77页10.1.5 集成D/A转换器及其应用1.AD7520D/A转换器中的转换器中的1 1位位CMOSCMOS模拟开关电路模拟开关电路 优点：优点：使用简便、功耗低、转换速度较快、温度系数小、使用简便、功耗低、转换速度较快、温度系数小、通用性强。通用性强。第27页，本讲稿共77页10.1.5 集成D/A转换器及其应用 2、集成、集成D/A转换器应用之一：转换器应用之一：数字式可编程增益控制电路数字式可编程增益控制电路 第28页，本讲稿共77页10.1.5 集成D/A转换器及其应用 2、集成D/A

17、转换器应用之二：脉冲波产生电路脉冲波产生电路 第29页，本讲稿共77页10.1.5 集成集成D/A转换及其应用转换及其应用*2.*2.集成集成D/AD/A转换器转换器DAC0832DAC0832 它是八位的D/A变换器,即在对其输入八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。下图是它的内部框图和引脚图：第30页，本讲稿共77页10.1.5 集成集成D/A转换及其应用转换及其应用*2.*2.集成集成D/AD/A转换器转换器DAC0832DAC0832八位寄存器(1)输入八位寄存器(2)输入八位变换器URRfbIout1Iout2AGNDVCCuoDGND&ILECSWR1WR2

18、XFERA/DD7D0.11简化电路框图第31页，本讲稿共77页10.1.5 集成集成D/A转换及其应用转换及其应用*2.集成D/A转换器DAC0832DAC 0832 管脚图CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCURRf bDGNDILEXFERIout2Iout11234567891019 18 1716 15 1413 12 1120CS：片选端WR1、WR2：写入端D7-D0：数据输入端XFER：转移控制端ILE：所存使能端Iout2Iout1：电流输出端UR：参考电压端Rf b：内部反馈电 阻输出端第32页，本讲稿共77页本节小结：本节小结：D/A转换器的功能

19、是将输入的二进制数字信号转换转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出。成相对应的模拟信号输出。D/A转换器根据工作原理转换器根据工作原理基本上可分为二进制权电阻网络基本上可分为二进制权电阻网络D/A转换器和转换器和T型电阻型电阻网络网络D/A转换器两大类。由于转换器两大类。由于T型电阻网络型电阻网络D/A转换器只转换器只要求两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成要求两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成D/A转换器普遍采用这种电路结构。转换器普遍采用这种电路结构。如如果果输输入入的的是是n位位二二进进制制数数，则则D/A转转换换器器的的输出电压为：输出电压为：第3

20、3页，本讲稿共77页10.2.1 A/D10.2.1 A/D转换的一般工作过程转换的一般工作过程 10.2.2 10.2.2 并行比较型并行比较型A/DA/D转换器转换器 10.2.3 10.2.3 逐次比较型逐次比较型A/DA/D转换器转换器10.2.4 10.2.4 双积分式双积分式A/DA/D转换器转换器 10.2.5 A/D10.2.5 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 10.2 A/D 转换器转换器10.2.6 10.2.6 集成集成A/DA/D转换器及其应用转换器及其应用 第34页，本讲稿共77页 A/DA/D转转换换器器要要将将时时间间上上连连续续，幅幅值值也也连连

21、续续的的模模拟拟量量转转换换为为时时间间上上离离散散，幅幅值值也也离离散散的的数数字字信信号号，它它一一般般要要包包括括取样取样，保持，量化及编码保持，量化及编码4 4个过程个过程。A/D转换器概述转换器概述ADCDnD0输出数字量输入模拟电压能能将将模模拟拟电电压压成成正正比比地地转转换换成成对对应应的的数数字量。字量。1.A/D1.A/D功能功能:第35页，本讲稿共77页2.A/D转换器分类转换器分类 并联比较型并联比较型 特点特点:转换速度快转换速度快,转换时间转换时间 10ns 1 10ns 1 s,s,但电路复但电路复杂。杂。逐次逼近型逐次逼近型 特点特点:转换速度适中转换速度适中,

22、转换时间转换时间 为几为几 s 100 s 100 s,s,转换转换精度高，在转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平精度高，在转换速度和硬件复杂度之间达到一个很好的平衡衡。双积分型双积分型 特点特点:转换速度慢转换速度慢,转换时间转换时间 几百几百 s s 几几ms,ms,但抗干但抗干扰能力最强。扰能力最强。A/DA/D转换器概述转换器概述第36页，本讲稿共77页10.2.1 A/D转换的一般工作过程转换的一般工作过程 1.1.取样与保持取样与保持 采样是将随时间连续变化的模拟量转换为在时间离散的模拟量。采样信号S(t)的频率愈高，所采得信号经低通滤波器后愈能真实地复现输入信号。合理的采样频

23、率由采样定理确定。采样定理：设采样信号S(t)的频率为fs，输入模拟信号I(t)的最高频率分量的频率为fimax，则 fs 2fimax(10.2.1)第37页，本讲稿共77页 要将取样电路每次采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，为了给要将取样电路每次采得模拟信号转换为数字信号都需要一定时间，为了给后续的量化编码过程提供一个稳定的值，在取样电路后要保加持电路，将所后续的量化编码过程提供一个稳定的值，在取样电路后要保加持电路，将所采样的模拟信号保持一段时间。取样与保持过程往往是通过采样与保持电路采样的模拟信号保持一段时间。取样与保持过程往往是通过采样与保持电路同时完成的。同时完成的。电路要

24、求：AV1AV2=1 A1 的Ri 高，A2 的Ri 高，A2 的Ro低采样不能放电保持1.1.取样与保持取样与保持10.2.1 A/D10.2.1 A/D转换的一般工作过程转换的一般工作过程（1）电路及工作原理第38页，本讲稿共77页2.量化与编码量化与编码为将模拟信号转换为数字量，在A/D转换过程中，必须将采样保持电路的输出电量，按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上。这一转化过程我们称为数值量化，简称量化。任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码表示出来。经编码后得到的代码就是A/D转换器输出的数字量。10.2.1 A/D10

25、.2.1 A/D转换的一般工作过程转换的一般工作过程量化量化编码编码第39页，本讲稿共77页(1)量化及量化误差量化及量化误差量化过程中所取最小数量单位称为量化单位用表示。它是数字信号最低位为1时所对应的模拟量，即1LSB。任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数量单位的整数倍。在量化过程中由于采样电压不一定能被整除，所以量化前后不可避免地存在误差，此误差我们称之为量化误差，用表示。量化误差属原理误差，它是无法消除的。A/D转换器的位数越多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。两种近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方式。10.2.1 A/D10.2.1 A/D转换的一般工作过

26、程转换的一般工作过程第40页，本讲稿共77页只舍不入量化方式:量化中把不足1个量化单位的部分舍弃；最大量化误差为：四舍五入量化方式:量化过程将不足半个量化单位部分舍弃，对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理。其最大量化误差为：最大量化误差为（2）两种量化方式）两种量化方式01V1111101011000110100010000=0 v7=7/8 v6=6/8 v5=5/8 v4=4/8 v3=3/8 v2=2/8 v1=1/8 v输入信号编码模拟电平01V110101100011010001000输入信号编码模拟电平0=0 v1=2/15 v2=4/15 v3=6/15 v4=8/1

27、5 v5=10/15 v6=12/15 v7=14/15 v11110.2.1 A/D转换的一般工作过程第41页，本讲稿共77页10.2.2 并行比较型并行比较型A/D转换器转换器 1、电路组成、电路组成电压比较器输入模拟电压精密电阻网络（23个电阻）精密参考电压D触发器VREF/153VREF/157VREF/159VREF/1511VREF/155VREF/1513VREF/15输出数字量第42页，本讲稿共77页10.2.2 10.2.2 并行比较型并行比较型A/DA/D转换器转换器 2 2、工作原理、工作原理11VREF/159VREF/1513VREF/157VREF/153VREF/

28、15VREF/155VREF/15VI=8VREF/1511110000001111I7的优先级最高001vivO第43页，本讲稿共77页 vI CO1 CO2 CO3 CO4 CO5 CO6 CO7 D2 D1 D0 7VREF/15 vI 9VREF/15 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 9VREF/15 vI 11VREF/15 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 5VREF/15 vI 7VREF/15 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 3VREF/15 vI 5VREF/15 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 11VREF/15 vI 13VR/15 0 1

29、1 1 1 1 1 1 1 013VREF/15 vI VREF/15 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 VREF/15 vI 3VREF/15 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 vI VREF/15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 根据各比较器的参考电压值，可以确定输入模拟电压值与各比较器输出状态的关系。比较器的输出状态由D触发器存储，经优先编码器编码，得到数字量输出。10.2.2 10.2.2 并行比较型并行比较型A/DA/D转换器转换器 2 2、工作原理、工作原理第44页，本讲稿共77页10.2.2 10.2.2 并行比较型并行比较型A/DA/D转换器转换器 3

30、3、电路特点：、电路特点：在并行在并行A/DA/D转换器中，输入电压转换器中，输入电压 I I同时加到所有比较器的输入同时加到所有比较器的输入端，从端，从 I I加入到三位数字量稳定输出所经历的时间为比较器、加入到三位数字量稳定输出所经历的时间为比较器、D D触发触发器和编码器延迟时间之和。如不考虑各器件的延迟，可认为三位数字器和编码器延迟时间之和。如不考虑各器件的延迟，可认为三位数字量是与量是与 I I输入时刻同时获得的。所以它具有最短的转换时间。输入时刻同时获得的。所以它具有最短的转换时间。缺点是电路复杂，如三位缺点是电路复杂，如三位ADCADC需比较器的个数目为需比较器的个数目为7 7个

31、位数越多个位数越多矛盾越突出。矛盾越突出。为了解决提高分辨率和增加元件数的矛盾，可以采取分级并行转换的方法。为了解决提高分辨率和增加元件数的矛盾，可以采取分级并行转换的方法。单片集成并行比较型单片集成并行比较型A/DA/D转换器的产品很多，如转换器的产品很多，如ADAD公司的公司的AD9012 AD9012(TTL(TTL工艺工艺8 8位位)、AD9002(ECLAD9002(ECL工艺，工艺，8 8位位)、AD9020(TTLAD9020(TTL工艺，工艺，1010位位)等。等。第45页，本讲稿共77页10.2.2 并行比较型A/D转换器分级并行转换分级并行转换1010位位A/DA/D转换器

32、转换器第46页，本讲稿共77页10.2.3 逐次比较型A/D转换器逐次逼近转换过程与用天平称物重非常相似。所加砝码重量第一次第二次第三次第四次再加4克再加2克再加1克8 克砝码总重 待测重量Wx，8克砝码保留砝码总重仍 待测重量Wx，2克砝码撤除砝码总重 待测重量Wx，1克砝码保留 结果8 克12 克12 克13 克 1.转换原理 所用砝码重量：8克、4克、2克和1克。设待秤重量Wx=13克。称重过程 第47页，本讲稿共77页10.2.3 逐次比较型A/D转换器1.转换原理转换原理 1 0 0 0 1 0 0 0 I VREF/2 1I VREF/2 0第48页，本讲稿共77页10.2.3 逐

33、次比较型A/D转换器1.转换原理转换原理 0 1 0 0 0 1 0 0 I 3/4VREF 1010I 3/4VREF 第49页，本讲稿共77页10.2.3 逐次比较型A/D转换器1.转换原理转换原理 0 0 1 0 0 0 1 0 I 5/8VREF 1010I 0010.2.4 10.2.4 双积分式双积分式A/DA/D转换器转换器第60页，本讲稿共77页10.2.4 双积分式A/D转换器00000(1)准备阶段 工作原理CR信号将计数器清零；开关S2闭合，待积分电容放电完毕后，断开S2。10.2.4 10.2.4 双积分式双积分式A/DA/D转换器转换器第61页，本讲稿共77页10.2

34、.4 双积分式A/D转换器(2)第一次积分1T1=2nTC0001010111000t=t0时，开关S1与A端接通，正的被测电压I 加到积分器的输入端。积分器开始对I积分，此阶段称为采样阶段工作原理00001010111001000101011111100010101110101001010111000第62页，本讲稿共77页10.2.4 双积分式A/D转换器(2)第二次积分11001010VREF加到积分器的输入端，积分器开始向相反方向进行第二次积分；当t=t2时，积分器输出电压O0，比较器输出C=0，时钟脉冲控制门G被关闭，计数停止。工作原理10.2.4 双积分式A/D转换器0第63页，本

35、讲稿共77页10.2.4 双积分式A/D转换器T1=2nTC?T2=Tc T2=t1 t2 在计数器中所计的数=Qn-1Q1Q0，(就是A/D转换器得到的结果。第64页，本讲稿共77页10.2.4 双积分式A/D转换器优点：优点：1.由于转换结果与时间常数RC无关，从而消除了积分非线 性带来的误差。2.由于双积分A/D转换器在T1时间内采的是输入电压的平均值，因此具有很强的抗工频干扰的能力。T1=2nTC3.不需要稳定的时钟源，只要时钟源在一个转换周期时间 内保持稳定即可。第65页，本讲稿共77页1.1.转换精度转换精度 10.2.5 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 单片集成单

36、片集成A/DA/D转换器的转换精度是用分辨率和转换误转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描述的差来描述的。分辨率分辨率:说明说明A/DA/D转换器对输入信号的分辨能力。通常以转换器对输入信号的分辨能力。通常以输出二进制输出二进制(或十进制或十进制)数的位数表示。数的位数表示。转换误差：转换误差：表示表示A/DA/D转换器实际输出的数字量和理论上的输转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。通常以输出误差的最大值出数字量之间的差别。通常以输出误差的最大值形式给出，常用最低有效位的倍数表示。形式给出，常用最低有效位的倍数表示。第66页，本讲稿共77页10.2.5 A/D转换器的主要技

37、术指标转换器的主要技术指标2.2.转换时间转换时间 指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。A/D转换器的转换时间与转换电路的类型有关并行比较A/D转换器的转换速度最高,逐次比较型A/D转换器次之,间接A/D转换器(如双积分A/D)的速度最慢。并行比较A/D转换器(8位）逐次比较型A/D转换器 间接A/D转换器1050s50ns10ms1000ms第67页，本讲稿共77页10.2.5 A/D转换器的主要技术指标例10.2.1 某信号采集系统要求用一片A/D转换集成芯片在1秒钟内对16个热电偶的输出电压分时进行A/D转换。已知热电偶输出电压范围为00.025

38、V(对应于0450温度范围)，需要分辨的温度为0.1，试问应选择多少位的A/D转换器，其转换时间为多少？解：由题意可知分辨率为12位A/D转换器的分辨率为 故必须选用13位的A/D转换器。系统的采样速率为每秒16次，采样时间为62.5ms。对于这样慢速的采样任何一个A/D转换器都可达到。第68页，本讲稿共77页10.2.6 集成集成A/D转换器及其应用转换器及其应用 1.ADC0804 引脚及使用说明 ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型模数转换芯片。分辨率8位，转换时间100s，输入电压范围为05V，增加某些外部电路后，输入模拟电压可为5V。以ADC0804介绍集成A/D转换器

39、及其应用。该芯片内有输出数据锁存器，当与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU 数据总线上，无需附加逻辑接口电路。第69页，本讲稿共77页10.2.6 集成集成A/D转换器及其应用转换器及其应用 引脚功能说明：VIN+、VIN-：ADC0804的两模拟信号输入端，用以接收单极性、双极性和差动输入信号。D7D0：A/D转换器数据输出端，该输出端具有三态特性，能与微机总线相接。AGND：模拟信号地。DGND：数字信号地。CLKIN：外电路提供时钟脉冲输入端。CLKR：内部时钟发生器外接电阻端与CLKIN端配合可由芯片自身产生时钟脉冲，其频率为1/1.1RC。第70页，本讲稿共77页10.

40、2.6 集成集成A/D转换器及其应用转换器及其应用 引脚功能说明：CS:片选信号输入端，低电平有效，一旦有效表明A/D转换器被选中可启动工作。WR:写信号输入，接受微机系统或其它数字系统控制芯片的启动输入端，低电平有效，当CS、WR同时为低电平时，启动转换。RD：读信号输入，低电平有效，当、同时为低电平时，可读取转换输出数据。INTR：转换结束输出信号，低电平有效。输出低电平表示本次转换已完成。该信号常作为向微机系统发出的中断请求信号。第71页，本讲稿共77页 使用A/D转换器时应注意以下几点：(1)转换时序100 s当CS与WR同为低电平时，A/D转换被启动且在上升沿后100s模数完成转换，

41、转换结果存入数据锁存器，同时INTR自动变为低电平，表示本次转换已结束。如CS、RD同时来低电平，则数据锁存器三态门打开，数字信号送出，而在高电平到来后三态门处于高阻状态。(2)零点和满刻度调节(3)参考电压的调节 10.2.6 集成A/D转换器及其应用第72页，本讲稿共77页 使用A/D转换器时应注意以下几点：(4)接地 模拟电路电源 模拟电路 A/D转换器 数字电路电源 数字电路 A A/D、D/A及采样保持芯片上都提供了独立的模拟地(AGND)和数字地(DGND)的引脚。模数、数模转换电路中要特别注意到地线的正确连接，否则干扰很严重，以致影响转换结果的准确性。在线路设计中，必须将所有器件

42、的模拟地和数字地分别相连，然后将模拟地与数字地仅在一点上相连接。10.2.6 集成A/D转换器及其应用第73页，本讲稿共77页2.ADC0804的典型应用的典型应用10.2.6 集成A/D转换器及其应用第74页，本讲稿共77页本章小结本章小结1D/A转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出。相对应的模拟信号输出。D/A转换器根据工作原理基本上转换器根据工作原理基本上可分为二进制权电阻网络可分为二进制权电阻网络D/A转换器和转换器和T型电阻网络型电阻网络D/A转换器两大类。由于转换器两大类。由于T型电阻网络型电阻网络D/A转换器只要

43、求两转换器只要求两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成D/A转转换器普遍采用这种电路结构。换器普遍采用这种电路结构。如如果果输输入入的的是是n位位二二进进制制数数，则则D/A转转换换器器的的输输出电压为：出电压为：第75页，本讲稿共77页本章小结本章小结2A/D转换器的功能是将输入的模拟信号转换成一组多转换器的功能是将输入的模拟信号转换成一组多位的二进制数字输出。不同的位的二进制数字输出。不同的A/D转换方式具有各自的转换方式具有各自的特点。并联比较型特点。并联比较型A/D转换器转换速度快，主要缺点是转换器转换速度快，主要缺点是要使用的比较器和触发器

44、很多，随着分辨率的提高，要使用的比较器和触发器很多，随着分辨率的提高，所需元件数目按几何级数增加。双积分型所需元件数目按几何级数增加。双积分型A/D转换器的转换器的性能比较稳定，转换精度高，具有很高的抗干扰能力，电性能比较稳定，转换精度高，具有很高的抗干扰能力，电路结构简单，其缺点是工作速度较低，在对转换精度要求路结构简单，其缺点是工作速度较低，在对转换精度要求较高，而对转换速度要求较低的场合，如数字万用表等检较高，而对转换速度要求较低的场合，如数字万用表等检测仪器中，得到了广泛的应用逐次逼近型测仪器中，得到了广泛的应用逐次逼近型A/D转换器的分转换器的分辨率较高、误差较低、转换速度较快，在一定程度上兼顾了辨率较高、误差较低、转换速度较快，在一定程度上兼顾了以上两种转换器的优点，因此得到普遍应用。以上两种转换器的优点，因此得到普遍应用。第76页，本讲稿共77页本章作业本章作业第一次作业：第一次作业：P422：10.1.1，10.1.2，10.1.3第二次作业：第二次作业：P423：10.1.6，10.1.7，10.1.8第三次作业：第三次作业：P425：10.2.2，10.2.3，10.2.5第77页，本讲稿共77页