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1、第8章 模拟量与数字量的转换本讲稿第一页，共二十六页在实际应用中常常需要对模拟量和数字量进行相在实际应用中常常需要对模拟量和数字量进行相互转换。互转换。例如，用传感器测得的温度、压力等的电压或电流信号一例如，用传感器测得的温度、压力等的电压或电流信号一般都是模拟量，如果要将这些信号送到数字计算机中去进般都是模拟量，如果要将这些信号送到数字计算机中去进行运算和处理，就要将测得的模拟量转换成数字量；而计行运算和处理，就要将测得的模拟量转换成数字量；而计算机处理的结果仍为数字量，只有将它转换成模拟量才能算机处理的结果仍为数字量，只有将它转换成模拟量才能去控制原来的被控对象。去控制原来的被控对象。将数
2、字量转换成模拟量的装置称为数将数字量转换成模拟量的装置称为数/模转换器，模转换器，简称简称D/A转换器或转换器或DAC 将模拟量转换成数字量的装置称为模将模拟量转换成数字量的装置称为模/数转换器，简数转换器，简称称A/D转换器或转换器或ADC。本讲稿第二页，共二十六页传感器模拟控制ADCDAC数数字字计计算算机机A/D和和D/A转换的原理框图转换的原理框图本讲稿第三页，共二十六页8.1 8.1 数数/模转换器模转换器8.1.1 8.1.1 倒倒T T形电阻网络形电阻网络D/AD/A转换器转换器D/A转换器是将数字量转换成模拟量的装置转换器是将数字量转换成模拟量的装置 D/A转换器由数码寄存器、
3、模拟电子开关、解码网络、转换器由数码寄存器、模拟电子开关、解码网络、求和电路和基准电压几部分组成。求和电路和基准电压几部分组成。本讲稿第四页，共二十六页（1）R和和2R两种阻值的电阻组成多级倒两种阻值的电阻组成多级倒T形电阻网络形电阻网络（2）运算放大器接成反相比例运算电路，用以输出合适）运算放大器接成反相比例运算电路，用以输出合适的模拟电压的模拟电压uo。（3）UR是参考电压；是参考电压；（4）D0、D1、D2、D3是待转换的数字量是待转换的数字量（5）S0、S1、S2、S3是电子转换开关，是电子转换开关，由输入数字量由输入数字量D0、D1、D2、D3控制。控制。本讲稿第五页，共二十六页本讲
4、稿第六页，共二十六页如果输入数字量为如果输入数字量为n位二进制数，则位二进制数，则，则为，则为倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器的转换速转换器的转换速度快，但转换误差较大度快，但转换误差较大 本讲稿第七页，共二十六页8.1.2 8.1.2 权电流型权电流型D/AD/A转换器转换器 本讲稿第八页，共二十六页8.1.3 D/A8.1.3 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1.分辩率分辩率 指转换器输出模拟电压可能被分离的数目指转换器输出模拟电压可能被分离的数目 2.比例系数误差比例系数误差 指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线斜率的偏差。指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线斜率
5、的偏差。3.失调误差失调误差由运算放大器的零点漂移引起的，其大小与输由运算放大器的零点漂移引起的，其大小与输入数字量无关入数字量无关 4.非线性误差非线性误差 指指D/A转换器的实际传输特性曲线和平均传输特性曲转换器的实际传输特性曲线和平均传输特性曲线之间的最大偏差线之间的最大偏差 本讲稿第九页，共二十六页5.建立时间建立时间 指指D/A转换器的输入从全转换器的输入从全“0”突变为全突变为全“1”（或从全（或从全“1”突变为全突变为全“0”）时，输出达到与最终稳定值相差）时，输出达到与最终稳定值相差 LSB范围内所需要的时间，也叫做满量程建立时间。范围内所需要的时间，也叫做满量程建立时间。6.
6、传输延迟传输延迟从数字输入变化到模拟输出，电流达到其最终值的从数字输入变化到模拟输出，电流达到其最终值的90%所需所需的时间。的时间。7.静态功耗静态功耗 8.电源电压抑制比电源电压抑制比本讲稿第十页，共二十六页8.1.4 8.1.4 集成集成D/AD/A转换器转换器16151413121110912345678RFGNDAD7520本讲稿第十一页，共二十六页+uo16123413输入数字量+5V1415URIo1Io2AD7520AD7520单极性电压输出的应用实例单极性电压输出的应用实例 本讲稿第十二页，共二十六页双极性电压输出的应用实例双极性电压输出的应用实例 本讲稿第十三页，共二十六页
7、16151413121110912345678DAC0808本讲稿第十四页，共二十六页DAC0808512数字量输入+5V13315V16+141524RR=5k5kUR5kuo模拟量输出0.01FDAC0808的应用电路的应用电路本讲稿第十五页，共二十六页8.2 8.2 模模/数转换器数转换器A/D转换器的功能转换器的功能是将输入的模拟信号转换成数字信号是将输入的模拟信号转换成数字信号输出。输出。由于输入的模拟信号在时间上是连续变化的，而输出的数由于输入的模拟信号在时间上是连续变化的，而输出的数字信号是不连续的，所以转换只能在某些瞬间对输入进行字信号是不连续的，所以转换只能在某些瞬间对输入进
8、行取样，然后将这些取样值转换成数字量输出。取样，然后将这些取样值转换成数字量输出。8.2.1 8.2.1 并联比较型并联比较型A/DA/D转换器转换器由电压比较器、寄存器和代码转换器由电压比较器、寄存器和代码转换器3部分组成部分组成 本讲稿第十六页，共二十六页8个电阻将参考电压个电阻将参考电压UR分压分压 当当输输入入电压电压，各，各D触发器均被置触发器均被置0，Q1为为1，其余触发器被置，其余触发器被置0。本讲稿第十七页，共二十六页本讲稿第十八页，共二十六页8.2.2 8.2.2 逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D转换器转换器天平称重的过程顺序砝码重量比较判别砝码是否保留18g8g 13g保留
9、28g+4g12g 13g去除48g+4g+1g13g=13g保留本讲稿第十九页，共二十六页逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器的原理框图转换器的原理框图本讲稿第二十页，共二十六页本讲稿第二十一页，共二十六页顺序脉冲发生器的输出波形顺序脉冲发生器的输出波形 本讲稿第二十二页，共二十六页8.2.3 A/D8.2.3 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1.分辨率分辨率 分辨率是指分辨率是指A/D转换器能够分辨最小的量化信号的能力，转换器能够分辨最小的量化信号的能力，一般以输出二进制数或十进制数的位数表示。一般以输出二进制数或十进制数的位数表示。2.量化误差量化误差 A/D转换器的量化误差是
10、由于转换器的有限分辨率（量转换器的量化误差是由于转换器的有限分辨率（量化单位有限）而造成的。化单位有限）而造成的。3.最大线性误差（即精度）最大线性误差（即精度）指其实际传输特性曲线与理想传输特性曲线之间的最指其实际传输特性曲线与理想传输特性曲线之间的最大偏差大偏差 4.转换速度转换速度完成一次转换所需的时间完成一次转换所需的时间 本讲稿第二十三页，共二十六页8.2.4 8.2.4 集成集成A/DA/D转换器转换器ADC0809ADC0809ADC0809的结构框图的结构框图 本讲稿第二十四页，共二十六页ADC0809的外引线排列图的外引线排列图本讲稿第二十五页，共二十六页第八章结 束本讲稿第二十六页，共二十六页