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轉(zhuǎn)換器的基本原理及分類18.1.2 D/A18.1.2 D/A轉(zhuǎn)換器主要指標轉(zhuǎn)換器主要指標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轉(zhuǎn)換器的基本原理及分類功能：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 位位二進制二進制D / AD / A轉(zhuǎn)換思路：轉(zhuǎn)換思路：( (1101) )2023212121 13148 RRR2R2R2R2RUREFS0S1S2d0d0d1d2d1d2+ T T型網(wǎng)絡型網(wǎng)絡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：電子電子開關(guān)開關(guān)電阻網(wǎng)絡電阻網(wǎng)絡求和運放求和運放II / 2I / 4I / 8I/2uO當當 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位二進制數(shù)為例：

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

4、要指標轉(zhuǎn)換器主要指標(1)(1)分辨率分辨率 用輸入的二進制數(shù)碼的位數(shù)用輸入的二進制數(shù)碼的位數(shù)n n來表示。位數(shù)來表示。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)線性度線性度 用非線性誤差的大小來表示。用非線性誤差的大小來表示。 (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，這個以最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出，這個誤差包含非線性誤差、比例系數(shù)誤差、漂移誤差等。誤差包含非線性誤差、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，高壓輸出型的可達24V24V至至3

5、0V30V；輸出電流型的，低的為幾到幾十毫安，高的達；輸出電流型的，低的為幾到幾十毫安，高的達3A3A(5)(5)輸入數(shù)字電平輸入數(shù)字電平 輸入數(shù)字信號分別為輸入數(shù)字信號分別為1和和0時，所對應時，所對應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關(guān)電路電子開關(guān)電路數(shù)字數(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基準電壓電壓 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)定時間）電流穩(wěn)定時間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）只需在滿量程滿量程下調(diào)整線性度下調(diào)整線性度（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：主要特點：（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)部無基準電源，使用時必須外接基準電壓源。）內(nèi)部無基準電源，使用時必須外接基準電壓源。（3 3）對于電流輸出型，要獲得模擬電壓輸出，需要）對于電流輸出型，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 典型的兩級運算放大器構(gòu)成的模擬電壓輸出變典型的兩級運算放大器構(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)輸入線數(shù)據(jù)輸入線ILE：數(shù)據(jù)允許鎖存信號數(shù)據(jù)允許鎖存信號CS：輸入寄存器：輸入寄存器選擇選擇信號信號1WR：輸入寄存器：輸入寄存器寫選通寫選通信號信號XFER：數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)傳送傳送信號信號2WR：DAC寄存器寫寄存器寫選通信號選通信號VREF: :基準基準電源輸入管腳電源輸入管腳RFB：反饋反饋信號輸入管

9、腳信號輸入管腳、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：模擬模擬信號地信號地GNDD：數(shù)字數(shù)字信號地信號地功能：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（按轉(zhuǎn)換原理）：直接轉(zhuǎn)換型、間接轉(zhuǎn)換型分類（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鐘時鐘信號信號MSBMSBLSBLSBMSBMSBLSBLSB并行數(shù)字輸出并行數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換控制信號轉(zhuǎn)換控制信號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：開始開始積積分分輸輸出出固定積分時間固定積分時間T1tT2斜率固定斜率固定BABU UININ控制邏輯控制邏輯A計數(shù)器計數(shù)器標準標準電壓電壓時鐘時鐘開關(guān)開關(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)換器的主要指標轉(zhuǎn)

11、換器的主要指標2.2.相對精度相對精度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)字量變化一個相鄰數(shù)碼所對應的輸入模表示輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所對應的輸入模擬量的變化量，常以輸出二進制的位數(shù)表示。擬量的變化量，常以輸出二進制的位數(shù)表示。指實際的各個轉(zhuǎn)換點偏離理想特性的誤差。指實際的各個轉(zhuǎn)換點偏離理想特性的誤差。完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間。完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時間。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，當轉(zhuǎn)換電路的供電在輸入模擬電壓不變的條件下，當轉(zhuǎn)換電路的供電電源電壓變化時對輸出的影響。電源電壓變化時對輸出的

12、影響。18.2.4 18.2.4 實用的模實用的模/ /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啟動時鐘時鐘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）不必不必進行零點和滿度進行零點和滿度調(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關(guān)。鎖存控制的模擬開關(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鐘頻率時鐘頻率。（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：啟動信號控制端：啟動信號控制端ALE：模擬量輸入通道：模擬量輸入通道地址鎖存信號控制端地址鎖存信號控制端EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束標志轉(zhuǎn)換結(jié)束標志OE: : 輸出允許控制端輸出允許控制端: :基準基準電壓輸入端電壓輸入端VREF(+)VREF(-)CLK: 時

15、鐘時鐘輸入端輸入端A0、A1、A2：8 8路模擬開關(guān)路模擬開關(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：將輸入的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成與之成正比將輸入的二進制數(shù)轉(zhuǎn)換成與之成正比的模擬電量。的模擬電量。2. 種類：種類：權(quán)電阻網(wǎng)絡、權(quán)電阻網(wǎng)絡、R - 2R T 形電阻網(wǎng)絡和形電阻網(wǎng)絡和 R - 2R 倒倒 T 形電阻網(wǎng)絡形電阻網(wǎng)絡 D/A 轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換有多種方式，常用的是實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換有多種方式，常用的是電阻網(wǎng)絡電阻網(wǎng)絡 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)絡形電阻網(wǎng)絡 D/A 轉(zhuǎn)換器為重點作了詳轉(zhuǎn)換器為重點作了詳細介紹，它的特點是速度快、性能好，適合于集成工藝制造，細介紹，它的特點是速度快、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制數(shù)。的二進制數(shù)。2. 轉(zhuǎn)換過程：轉(zhuǎn)換過程： 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 對樣值脈沖進行分級。對樣值脈沖進行分級。編碼編碼 將分級后的信號轉(zhuǎn)換成二進制代碼。將分級后的信號轉(zhuǎn)換成二進制代碼。A / D 轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換器：3. 種類：種類：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