電工電子技術(shù)第十八章

1、18.1.1 D/A18.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理及分類(lèi)轉(zhuǎn)換器的基本原理及分類(lèi)18.1.2 D/A18.1.2 D/A轉(zhuǎn)換器主要指標(biāo)轉(zhuǎn)換器主要指標(biāo)18.1.3 18.1.3 集成集成D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器18.1.1 D/A18.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理及分類(lèi)轉(zhuǎn)換器的基本原理及分類(lèi)功能：把功能：把數(shù)字量數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與其成一定比例關(guān)系的轉(zhuǎn)換成與其成一定比例關(guān)系的模擬量模擬量要求：輸出的要求：輸出的模擬量模擬量與輸入的與輸入的數(shù)字量數(shù)字量成成正比正比。即：即：RDUU 0：數(shù)字量：數(shù)字量D：參考電壓：參考電壓RU)222(002211 dddDnnnn輸入、輸出輸入、輸出關(guān)系框圖關(guān)系

2、框圖如下：如下：d0d1dn-1uO或或iOn 位位二進(jìn)制二進(jìn)制D / AD / A轉(zhuǎn)換思路：轉(zhuǎn)換思路：( (1101) )2023212121 13148 RRR2R2R2R2RUREFS0S1S2d0d0d1d2d1d2+ T T型網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器, ,基本原理如圖示：基本原理如圖示：電子電子開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)求和運(yùn)放求和運(yùn)放II / 2I / 4I / 8I/2uO當(dāng)當(dāng) d d2 2d d1 1d d0 0 = 100,= 100,I I = = U UREF REF / / R RRIu2O RRU2REF 23REF212 U以輸入以輸入3 3位二進(jìn)制數(shù)為例：

3、位二進(jìn)制數(shù)為例：當(dāng)當(dāng) d d2 2d d1 1d d0 0 = 110,= 110,II / 2I / 4I / 8RIIu)42(O )2121(2123REF URRURU)42(REFREF RRR2R2R2R2RUREFuO+ 當(dāng)當(dāng) d d2 2d d1 1d d0 0 = 111,= 111,RIIIu)842(O )212121(20123REF URRURURU)842(REFREFREF 表達(dá)的一般形式表達(dá)的一般形式)222(20011223REFO dddUuII / 2I / 4I / 8RRR2R2R2R2RUREFuO+ 18.1.2 D/A18.1.2 D/A轉(zhuǎn)換器主

4、要指標(biāo)轉(zhuǎn)換器主要指標(biāo)(1)(1)分辨率分辨率 用輸入的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)用輸入的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)n n來(lái)表示。位數(shù)來(lái)表示。位數(shù) 越多，分辨率就越高。越多，分辨率就越高。 ULSBUFSR=12n1分辨率分辨率 =(2)(2)線(xiàn)性度線(xiàn)性度 用非線(xiàn)性誤差的大小來(lái)表示。用非線(xiàn)性誤差的大小來(lái)表示。 (3)(3)轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度 以最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出，這個(gè)以最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出，這個(gè)誤差包含非線(xiàn)性誤差、比例系數(shù)誤差、漂移誤差等。誤差包含非線(xiàn)性誤差、比例系數(shù)誤差、漂移誤差等。(4)(4)輸出電平輸出電平 一般為一般為5V5V至至10V10V，高壓輸出型的可達(dá)，高壓輸出型的可達(dá)24V24V至至3

5、0V30V；輸出電流型的，低的為幾到幾十毫安，高的達(dá)；輸出電流型的，低的為幾到幾十毫安，高的達(dá)3A3A(5)(5)輸入數(shù)字電平輸入數(shù)字電平 輸入數(shù)字信號(hào)分別為輸入數(shù)字信號(hào)分別為1和和0時(shí)，所對(duì)應(yīng)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入高低電平的值的輸入高低電平的值18.1.3 18.1.3 集成集成D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)框圖如下：內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)框圖如下：D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器模擬量模擬量輸出輸出電子開(kāi)關(guān)電路電子開(kāi)關(guān)電路數(shù)字?jǐn)?shù)字量輸入量輸入寄寄存器存器電路電路邏輯控邏輯控制電路制電路基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓 求和求和放大器放大器R根據(jù)轉(zhuǎn)換精度的不同，有根據(jù)轉(zhuǎn)換精度的不同，有8 8位到位到1616位的位的D/AD/

6、A轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。08300830系列是系列是8 8位分辨率位分辨率的集成的集成D/AD/A轉(zhuǎn)換電路，采用轉(zhuǎn)換電路，采用2020腳腳雙列直插封裝。主要雙列直插封裝。主要特性參數(shù)特性參數(shù)如下：如下：（1 1）分辨率）分辨率8 8位位（2 2）電流穩(wěn)定時(shí)間）電流穩(wěn)定時(shí)間1us1us（3 3）可）可單單緩沖、緩沖、雙雙緩沖或緩沖或直接數(shù)字直接數(shù)字輸入輸入（4 4）只需在）只需在滿(mǎn)量程滿(mǎn)量程下調(diào)整線(xiàn)性度下調(diào)整線(xiàn)性度（5 5）單單電源供電電源供電 (+5V-15V)(+5V-15V)（6 6）低低功耗功耗 (200mW)(200mW)主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：（1 1）有兩極鎖存控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道）有兩

7、極鎖存控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道D/AD/A的的同步輸出。同步輸出。（2）內(nèi)部無(wú)基準(zhǔn)電源，使用時(shí)必須外接基準(zhǔn)電壓源。）內(nèi)部無(wú)基準(zhǔn)電源，使用時(shí)必須外接基準(zhǔn)電壓源。（3 3）對(duì)于電流輸出型，要獲得模擬電壓輸出，需要）對(duì)于電流輸出型，要獲得模擬電壓輸出，需要外接轉(zhuǎn)換電路。外接轉(zhuǎn)換電路。圖圖18.1.3OUT+5V15k + + 0-5V 5V74174115k 7.5k abD/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器UREFRFBIOUT1IOUT2 典型的兩級(jí)運(yùn)算放大器構(gòu)成的模擬電壓輸出變典型的兩級(jí)運(yùn)算放大器構(gòu)成的模擬電壓輸出變換電路如圖換電路如圖18.1.318.1.308300830系列管腳配置如圖示：系列管腳配置如圖

8、示：引腳功能如下：引腳功能如下：GNDDIOUT1IOUT2VREFDAC131415161718192087654321VDD9101211GNDA083008310832D10D11D12D13D14D15D16D17(LSB)(MSB)RFBILECS1WRXFER2WRD10D17：數(shù)據(jù)輸入線(xiàn)數(shù)據(jù)輸入線(xiàn)ILE：數(shù)據(jù)允許鎖存信號(hào)數(shù)據(jù)允許鎖存信號(hào)CS：輸入寄存器：輸入寄存器選擇選擇信號(hào)信號(hào)1WR：輸入寄存器：輸入寄存器寫(xiě)選通寫(xiě)選通信號(hào)信號(hào)XFER：數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)傳送傳送信號(hào)信號(hào)2WR：DAC寄存器寫(xiě)寄存器寫(xiě)選通信號(hào)選通信號(hào)VREF: :基準(zhǔn)基準(zhǔn)電源輸入管腳電源輸入管腳RFB：反饋反饋信號(hào)輸入管

9、腳信號(hào)輸入管腳、IOUT2IOUT1：電流輸出電流輸出管腳，其和為常數(shù)管腳，其和為常數(shù)VDD：電源電源輸入管腳輸入管腳GNDA：模擬模擬信號(hào)地信號(hào)地GNDD：數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)地信號(hào)地功能：把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量功能：把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量分類(lèi)（按轉(zhuǎn)換原理）：直接轉(zhuǎn)換型、間接轉(zhuǎn)換型分類(lèi)（按轉(zhuǎn)換原理）：直接轉(zhuǎn)換型、間接轉(zhuǎn)換型18.2.1 18.2.1 逐次逼近式逐次逼近式 A/D A/D 轉(zhuǎn)換器原理轉(zhuǎn)換器原理D/AD/Au uI I逐次漸近逐次漸近寄存器寄存器比較器比較器參考參考電源電源時(shí)鐘時(shí)鐘信號(hào)信號(hào)MSBMSBLSBLSBMSBMSBLSBLSB并行數(shù)字輸出并行數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換控制信號(hào)轉(zhuǎn)換控制信號(hào)1000

10、10003.2V3.2V8V8V1 1011101117V7V011001106V6V010101015V5V010001004V4V001100113V3V0 000110011工作原理如右圖示：工作原理如右圖示：18.2.2 18.2.2 雙積分式雙積分式 A/D A/D 轉(zhuǎn)換器原理轉(zhuǎn)換器原理工作原理框圖如下：工作原理框圖如下：開(kāi)始開(kāi)始積積分分輸輸出出固定積分時(shí)間固定積分時(shí)間T1tT2斜率固定斜率固定BABU UININ控制邏輯控制邏輯A計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)電壓電壓時(shí)鐘時(shí)鐘開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)模擬輸模擬輸積分器積分器比較器比較器入電壓入電壓18.2.3 A/D 18.2.3 A/D 轉(zhuǎn)換器的主要指標(biāo)轉(zhuǎn)

11、換器的主要指標(biāo)2.2.相對(duì)精度相對(duì)精度1.1.分辨率分辨率3.3.轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度4.4.電源抑制電源抑制表示輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的輸入模表示輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的輸入模擬量的變化量，常以輸出二進(jìn)制的位數(shù)表示。擬量的變化量，常以輸出二進(jìn)制的位數(shù)表示。指實(shí)際的各個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)偏離理想特性的誤差。指實(shí)際的各個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)偏離理想特性的誤差。完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型 逐次比較型逐次比較型 雙積分型雙積分型在輸入模擬電壓不變的條件下，當(dāng)轉(zhuǎn)換電路的供電在輸入模擬電壓不變的條件下，當(dāng)轉(zhuǎn)換電路的供電電源電壓變化時(shí)對(duì)輸出的影響。電源電壓變化時(shí)對(duì)輸出的

12、影響。18.2.4 18.2.4 實(shí)用的模實(shí)用的模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器1. 81. 8路路8 8位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 ADC0809ADC0809ADC0809 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如下：如下：.3 3位地址位地址寄存允許寄存允許輸出允許輸出允許轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)果結(jié)果8 8位位輸輸出出比較器比較器啟動(dòng)啟動(dòng)時(shí)鐘時(shí)鐘VREFVCCGND（+）（-）VREF主要參數(shù)：主要參數(shù)：（1 1）分辨率）分辨率8 8位。位。（6 6）不必不必進(jìn)行零點(diǎn)和滿(mǎn)度進(jìn)行零點(diǎn)和滿(mǎn)度調(diào)整調(diào)整。（3 3）單單電源供電電源供電 ( (+5V+5V），模擬輸入電壓范圍），模擬輸入電壓范圍0 0至至+5V+

13、5V（5 5）功耗）功耗 15mW15mW。（4 4）具有）具有8 8路路鎖存控制的模擬開(kāi)關(guān)。鎖存控制的模擬開(kāi)關(guān)。（7 7）轉(zhuǎn)換速度取決于輸入的）轉(zhuǎn)換速度取決于輸入的時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率。（2 2）最大不可調(diào)誤差小于）最大不可調(diào)誤差小于+1LSB+1LSB。ADC0809ADC0809管腳配置如圖示：管腳配置如圖示：引腳功能如下：引腳功能如下：GNDGNDADC131415161718192087654321V VCCCC91012110809ININ7 7A A1 12122232425262728B B0 0B B1 1B B2 2B B3 3B B4 4B B5 5B B6 6B B7 7A

14、 A0 0A A2 2ININ6 6ININ5 5ININ4 4ININ3 3ININ2 2ININ1 1ININ0 0STARTSTARTEOCEOCOEOECLKCLKVREF(+)VREF(-)ALEALE(MSB)(MSB)(LSB)(LSB)IN0IN7：8路模擬量輸入端路模擬量輸入端B0 B7：8位數(shù)字量輸出端位數(shù)字量輸出端START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)控制端：?jiǎn)?dòng)信號(hào)控制端ALE：模擬量輸入通道：模擬量輸入通道地址鎖存信號(hào)控制端地址鎖存信號(hào)控制端EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志OE: : 輸出允許控制端輸出允許控制端: :基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓輸入端電壓輸入端VREF(+)VREF(-)CLK: 時(shí)

15、鐘時(shí)鐘輸入端輸入端A0、A1、A2：8 8路模擬開(kāi)關(guān)路模擬開(kāi)關(guān)的的3 3位地址選通輸入端位地址選通輸入端。VCC: :主電源輸入端主電源輸入端GND：接地端：接地端 小小 結(jié)結(jié)一、一、D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1. 功能：功能：將輸入的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成與之成正比將輸入的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成與之成正比的模擬電量。的模擬電量。2. 種類(lèi)：種類(lèi)：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、R - 2R T 形電阻網(wǎng)絡(luò)和形電阻網(wǎng)絡(luò)和 R - 2R 倒倒 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換有多種方式，常用的是實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換有多種方式，常用的是電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器，包括轉(zhuǎn)換器，包括 其中以其中以 R

16、- 2R 倒倒 T 形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器為重點(diǎn)作了詳轉(zhuǎn)換器為重點(diǎn)作了詳細(xì)介紹，它的特點(diǎn)是速度快、性能好，適合于集成工藝制造，細(xì)介紹，它的特點(diǎn)是速度快、性能好，適合于集成工藝制造，因而被廣泛采用。因而被廣泛采用。3. 分辨率和轉(zhuǎn)換精度：分辨率和轉(zhuǎn)換精度： 與與 D/A 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的位數(shù)位數(shù)有關(guān)，位數(shù)越多，分辨率和精度越高。有關(guān)，位數(shù)越多，分辨率和精度越高。二、二、A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1. 功功 能：能： 將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與之成正比將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成與之成正比的二進(jìn)制數(shù)。的二進(jìn)制數(shù)。2. 轉(zhuǎn)換過(guò)程：轉(zhuǎn)換過(guò)程： 采樣、保持、量化、編碼。采樣、保持、量化、編碼。采樣采樣 保持保持電路電路A / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器采樣采樣 - 保持電路：保持電路：量化量化 對(duì)樣值脈沖進(jìn)行分級(jí)。對(duì)樣值脈沖進(jìn)行分級(jí)。編碼編碼 將分級(jí)后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼。將分級(jí)后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼。A / D 轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換器：3. 種類(lèi)：種類(lèi)：直接轉(zhuǎn)換型和間接轉(zhuǎn)換型。直接轉(zhuǎn)換型和間接轉(zhuǎn)換型。直接轉(zhuǎn)換型直接轉(zhuǎn)換型 并