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1、第14章 模拟量和数字量的转换第1页，本讲稿共20页【知识要求】【知识要求】了解了解A/DA/D转换器的电路的基本组成、原理与主要技转换器的电路的基本组成、原理与主要技术指标；术指标；了解了解D/AD/A转换器的电路的基本组成、原理与主要技转换器的电路的基本组成、原理与主要技术指标。术指标。第2页，本讲稿共20页学会运用学会运用A/DA/D转换器、转换器、D/AD/A转换器实现数字电路转换器实现数字电路与模拟电路的连接。与模拟电路的连接。【能力要求】【能力要求】第3页，本讲稿共20页14.1 D/A14.1 D/A转换器转换器 能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转能将模拟量转换为数字量的电路
2、称为模数转换器，简称换器，简称A/DA/D转换器或转换器或ADCADC。能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称，简称D/AD/A转换器或转换器或DACDAC。第4页，本讲稿共20页1.D/A转换器的基本原理和转换特性转换器的基本原理和转换特性 14.1.1D/A转换器的基本原理转换器的基本原理输出输出D/A输入输入d0d1dn-1第5页，本讲稿共20页分辨率分辨率2.D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为率为n n位的位的D/AD/A转换器中，输出
3、电压能区分转换器中，输出电压能区分2 2n n个不同的个不同的输入二进制代码状态，能给出输入二进制代码状态，能给出2 2n n个不同等级的输出模个不同等级的输出模拟电压。拟电压。分辨率也可以用分辨率也可以用D/AD/A转换器的最小输出电压（对应转换器的最小输出电压（对应的输入数字量只有最低有效位为的输入数字量只有最低有效位为1 1）与最大输出电压）与最大输出电压（对应的输入数字量所有有效位全为（对应的输入数字量所有有效位全为1 1）的比值表示。）的比值表示。1010位位D/AD/A转换器的分辨率为转换器的分辨率为第6页，本讲稿共20页转换精度转换精度输出建立时间输出建立时间输出建立时间输出建立
4、时间 D/AD/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。际值与理想值之差，即最大静态转换误差。从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为输出建立时间。定值时所需要的时间，称为输出建立时间。第7页，本讲稿共20页14.1.2 D/A转换器的构成转换器的构成1.二进制权电阻网络二进制权电阻网络D/A转换器转换器 d1d0d2d3S3RuoI32RS2I2I1I04R8RS1S0+VREFIREFiFR/2i+_第8页，本讲稿共20页各支路电分别为各支路电分别为合成电
5、流为合成电流为第9页，本讲稿共20页2.倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器 从从A、B、C、D向右看的二端网络等效电阻都是向右看的二端网络等效电阻都是R。参考电压源参考电压源模拟开关模拟开关电阻网络电阻网络运算放大器运算放大器d1d0d2d3S3R uoI32RS2I2I1I02R2RS1S0+VREFIREFiFR/2i2RRRRBCDAI3I2I1I0+_第10页，本讲稿共20页从参考电压端输入的电流从参考电压端输入的电流 各支路的电流分别各支路的电流分别合成电流合成电流 输出电压输出电压第11页，本讲稿共20页14.1.3DAC0832 l分辩率分辩率8 8位；位；l电流稳定时
6、间电流稳定时间1s1s；l可双缓冲，单缓冲或直接数字输入；可双缓冲，单缓冲或直接数字输入；l只需在满量程下调整其线性度；只需在满量程下调整其线性度；l单一电源供电（单一电源供电（+5V+5V+15V+15V）；）；l低功耗，低功耗，20mw20mw。DAC0832是一种具有两个输入数据寄存器的是一种具有两个输入数据寄存器的8位位D/A转换器。转换器。主要技术指标主要技术指标第12页，本讲稿共20页1.DAC0832的结构及原理的结构及原理 允允许许数据数据输输入入 数据被锁存数据被锁存 允许允许D/A转换转换 停止停止D/A转换转换 10DGND 数字地数字地UCCAGND模拟地模拟地20LE
7、（2）LE（1）9IOUT1IOUT2VREF812118位位DAC寄存寄存器器8 8位输位输入寄入寄存器存器13141516456719121817D7D6D5D4D3D2D1D0ILECSWR1WR2XFERRfb8位位D/A转换转换器器31111第13页，本讲稿共20页写写1（低电平）（低电平）写写2（低电平）（低电平）传送控制信号（低电平）传送控制信号（低电平）1234567891011121314151617181920DAC083008310832CSAGNDD3D2D1D0DGNDXFERD4D5D6D7WR1WR2VREFIOUT2IOUT1RfbUCCILE片选信号引脚（低电
8、平）片选信号引脚（低电平）输入锁存允许信号（高电平）输入锁存允许信号（高电平）数字输入量数字输入量DAC电流输出电流输出反馈电阻反馈电阻参考电压输入参考电压输入供电电源供电电源模拟地模拟地数字地数字地构成第一级输入锁存构成第一级输入锁存构成第二级输入锁存构成第二级输入锁存第14页，本讲稿共20页14.2 A/D14.2 A/D转换器转换器 14.2.1 A/D转换器的基本原理转换器的基本原理1.A/D转换器的转换过程转换器的转换过程 数字量输出数字量输出ADC的数字的数字化编码电路化编码电路 CPS S采样保持电路采样保持电路 采样展宽信号采样展宽信号输入模拟电压输入模拟电压Cui（t）uS（
9、t）d0d1Dn-1第15页，本讲稿共20页2.采样采样-保持电路保持电路O t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11tuiuouiuoCA1A2采样脉冲采样脉冲开关驱开关驱动电路动电路 SuiuouC+_+_第16页，本讲稿共20页3.逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器转换器输出数字量输出数字量 输入模拟电压输入模拟电压 顺序脉冲顺序脉冲发生器发生器逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器 D/A转换器转换器 电压电压比较器比较器uiuo第17页，本讲稿共20页4.A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标分辨率分辨率相对精度相对精度转换速度转换速度用输出二进制数的位
10、数表示，位数越多，误用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。差越小，转换精度越高。相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。性的误差。转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换速度是指完成一次转换所需的时间。第18页，本讲稿共20页14.2.2ADC0809 1.1.电路组成电路组成8 8位位模拟模拟开关开关ADDAADDBADDCALE地址地址锁存锁存与与译码译码控制与时序控制与时序SAR三态三态输出输出锁存锁存缓冲缓冲器器EOCD0-7树状开关树状开关256R电阻网络电阻网络GND REF()REF()OESTARTCLKIN0
11、-7UCC+第19页，本讲稿共20页2.ADC0809管脚功能管脚功能1234567891015161718192021222324ADC0809IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCIN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED0D7D6D5D4D3D2VREF()OECLKUCCVREF()GNDD111121314252627288个模拟量输入端个模拟量输入端启动启动A/D转换转换转换结束信号转换结束信号输出允许信号输出允许信号实时时钟实时时钟通道地址锁存允许通道地址锁存允许通道地址输入通道地址输入数字量输出线数字量输出线正负参考电压正负参考电压电源电压电源电压地地第20页，本讲稿共20页