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1、 测温电路是把温度的变化转化为微弱的电压信号。该电压信号经放大、滤波，送入模数转换电路，经A/D转换器把电压信号转换为与温度变化相应的数字编码信号。然后，微处理机系统根据水温控制模型进行计算，得到相应的控制输出数字信号。该数字信号可控制电力电子电路的电流大小，从而调整水温高低。加热炉温度检测信号处理采样-保持功率控制D/A转换计算机控制A/D转换第1页/共33页二、常见数模、模数转换器应用系统举例压力传感器压力传感器温度传感器温度传感器流量传感器流量传感器四四路路模模拟拟开开关关数数字字控控制制计计算算机机DAC模拟控制器模拟控制器模拟控制器模拟控制器液位传感器液位传感器DACDAC模拟控制器
2、模拟控制器模拟控制器模拟控制器生生 产产 控控 制制 对对 象象 DACADC物理量物理量物理量物理量二进制二进制二进制二进制信号信号信号信号模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号三、A/D、D/A 转换器的精度和速度精度保证转换的准确性速度保证适时控制第2页/共33页一、一、D/A转换器的基本原理转换器的基本原理 对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现数字/模拟转换。7.1 D/A转换器（转换器（DAC）DuO/V7654321001 010 011 100 101 110 111可利用运算放大器实现运算第3页/共33页二、D/
3、A 转换的电路组成RRR2R2R2R2RUREFS0S1S2d0d0d1d2d1d2电子电子开关开关uO与Si相连的2R电阻均接“地”（地或虚地）。当di=1时，Si接运算放大器反相输入端（虚地），电流Ii流入求和电路；当di=0时，Si将电阻2R接地。求和运放求和运放电阻网络电阻网络第4页/共33页二、D/A 转换的电路组成RRR2R2R2R2RUREFS0S1S2d0d0d1d2d1d2电子电子开关开关电阻网络电阻网络求和运放求和运放当 d2d1d0=100,II/2I/4I/8I/2I=UREF/RuO三、工作原理第5页/共33页当 d2d1d0=111,IRRR2R2R2R2RUREF
4、uOI/2I/4I/8表达的一般形式第6页/共33页三、输入为 n 位二进制数时的表达式当 D=dn-1 dn-2 d1 d0 Ku 转换比例系数第7页/共33页输出电压：第8页/共33页的转换精度、速度和主要参数一、转换精度指 D/A 转换器模拟输出产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比，也可用输入的位数表示。为实际输出模拟电压与理想输出模拟电压间的最大误差。ULSBUFSR=12n1分辨率=LSB Least Significant Bit(二)转换误差可用占输出电压满刻度值的百分数表示或可用最低有效位（LSB）的倍数表示。如:（LSB）=输入为 0001 时输出模拟电压的一半。(一)分
5、辨率（Resolution）FSR Full Scale Range第9页/共33页二、转换速度（2）转换速率（SR）在大信号工作状态下模拟电压的变化率。（1）建立时间（tset）当输入的数字量发生变化时，输出电压变化到相应稳定电压值所需时间。最短可达0.1S。第10页/共33页三、主要参数D/A 转换器 5G7520 的主要参数参数名称单 位参数值分辨率位10非线性度转换时间UREF全量程的%0.05%ns 500VV电源电压25 +255 35功 耗mW 20温度系数FSR 106/C第11页/共33页四、集成DAC芯片举例1.5G7520 的电路结构UREFIO1IO2d45G75201
6、2345678161514131211109VDDd3d2d1d0d5d6d7d8d9RfGNDuORIO1参考电压源，可正可负。第12页/共33页2.应用电路单极性输出uOUREFIO1IO25G7520223416151413VDDd0 d9Rf 1VEERRW1RW2RW3 输入从 0000000000 1111111111 变化时，uO 从从 0 （1023/1024）UREF输出与输入的关系数码输入数码输入模拟输出模拟输出d9 d8 d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0uO 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 00 0 0 0 0 0
7、 0 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0（1023/1024）UREF（1022/1024）UREF （1/1024）UREF0UREF 0，uO 0 第13页/共33页3.分辨率单极性输出：分辨率分辨率 =5G7520 为 10 位 D/A 转换器，分辨率 =当 UREF =10 V时，最小输出电压 uO=9.76 mV双极性输出：对于 5G7520分辨率=当 UREF=10 V 时，最小输出电压 uO=19.6 mV第14页/共33页7.2 A/D 转换器（转换器（ADC）转换的一般步骤和取样定理转换的一般步骤和取样定理一、模拟量到数字量的转换过程一、模拟量到数字量的转换过程
8、uI(t)CADC的的量化编码量化编码电路电路dn-1d1d0u I(t)S模拟量数字量量化编码取样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。保持：保持取样信号,使有充分时间将其变为数字信号。取样保持（S/H Sample/Hold）第15页/共33页二、取样定理二、取样定理当满足 fs 2 fimax 时,取样信号可恢复原信号。fs 取样频率。fimax 信号的最高频率分量。tOuIfOfs fimax fimaxuI tO第16页/共33页三、量化和编码量化单位数字信号最低位LSB所对应的模拟信号大小，用 表示（即 1）。量化把取样后的保持信号化为量化单位的整数倍。量化误差因模拟电压不一
9、定能被 整除而引起的误差。编码把量化的数值用二进制代码表示。第17页/共33页划分量化电平的两种方法01V1/82/83/84/85/86/87/8000001010011100101110111模拟电平二进制代码代表的模拟电平0 =01 =1/82 =2/83 =3/84 =4/85 =5/86 =6/87=7/81V1/153/155/157/159/15 11/15 13/150000010100111001011101110模拟电平二进制代码代表的模拟电平0 =01 =2/152 =4/153 =6/154 =8/155 =10/156 =12/157 =14/15最大量化误差=(1/
10、8)V =/2=(1/15)V第18页/共33页量化误差 第19页/共33页逐次比较型逐次比较型A/D转换器转换器转换原理：转换原理：Gd3g3+d2g2+d1g1+d0g0di1 有效0 无效有效砝码的总重量逐次逼近重物的重量：第20页/共33页一、基本工作原理电路D/AuI逐次渐近寄存器比较器参考电源时钟信号MSBLSBMSBLSB并行数字输出转换控制信号10003.2V8V101004V00102V0011逐次渐近型 A/D 转换器3V00110第21页/共33页读出控制控制逻辑电路逐次渐近寄存器比较器 二、转换过程举例3 位 D/AQ1S1Rd0+CPd1d2 1Q1S1RFFBFFC
11、1 d0d1d2uIuOuCC5位环行移位寄存器Q1Q2 Q3Q4Q5QFFA1S1R /2输出偏移完成一次转换的时间=（n+2)Tcp第22页/共33页Q n+1 1 1 1 0 0 1 0 0功能功能R SQ n10不用不用保持保持置置1置置0不许不许CP 12345Q1 Q2Q3 Q4 Q5QA QB QCuI/VuO/V u O/VuCd2 d1 d00 0 0 0 1 0 0 05.90 0.500 0 01 0 0 0 01 0 043.500 0 00 1 0 0 0 1 1 065.500 0 00 0 1 0 0 1 1 176.510 0 00 0 0 1 01 1 065
12、.500 0 00 0 0 0 1 1 1 065.501 1 0第23页/共33页双积分型 A/D 转换器转换思路：模拟输入 uI t t 控制计数 CP 个数输出二进制数 一、电路组成CO 1 100 000 101 001 110 010 111 1100 000 10 001 101每进行完一次 2n 进制计数，定时器置 1，S1 合向基准电压电容 C 放电S2CS1uI逻辑控制门C定时器n 位二进制计数器&dn1d0uCPCPCP基准电压 逐次比较型 双积分型第28页/共33页几种A/D转换器的性能比较优点缺点并联比较型转换速度高（几十ns)转换精度差逐次比较型分辨率高、误差低转换速
13、度较快(几十us)双积分型性能稳定转换精度高抗干扰能力强转换速度低(几十ms）第29页/共33页第七章 小 结一、D/A 转换器1.功能：将输入的二进制数转换成与之成正比的模拟电量。2.种类：权电阻网络、R-2R T 形电阻网络和 R-2R 倒 T 形电阻网络 D/A 转换器。实现数模转换有多种方式，常用的是电阻网络 D/A 转换器，包括 其中以 R-2R 倒 T 形电阻网络 D/A 转换器为重点作了详细介绍，它的特点是速度快、性能好，适合于集成工艺制造，因而被广泛采用。3.分辨率和转换精度：与 D/A 转换器的位数有关，位数越多，分辨率和精度越高。第30页/共33页二、A/D 转换器1.功
14、能：将输入的模拟电压转换成与之成正比的二进制数。2.转换过程：采样、保持、量化、编码。采样 保持电路A/D转换器采样-保持电路：对输入模拟信号抽取样值，并展宽（保持）。采样时必须满足采样定理，即 fs 2 fImax。量化 对样值脉冲进行分级。编码 将分级后的信号转换成二进制代码。A/D 转换器：第31页/共33页二、A/D 转换器3.种类：直接转换型和间接转换型。直接转换型 并联比较型（速度快、精度低）逐次渐近型（速度较快、精度较高）间接转换型 双积分型（速度慢、精度高、抗干扰 能力强）不论是 D/A 转换还是 A/D 转换，基准电压 VREF 都是一个很重要的应用参数，要理解基准电压的作用，尤其是在 A/D 转换中，它的值对量化误差、分辨率都有影响。第32页/共33页感谢您的观看！第33页/共33页