[電工電子技術(shù)]8章模擬量與數(shù)量的轉(zhuǎn)換

1、教育部高職高專規(guī)劃教材教育部高職高專規(guī)劃教材 電工電子技術(shù)電工電子技術(shù) 陳小虎主編陳小虎主編 （多學時）（多學時）第二部分第二部分第二部分第二部分 電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)第二部分第二部分 電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ) 第第8 8章章 模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：重點內(nèi)容：重點內(nèi)容：難點內(nèi)容：難點內(nèi)容：圖圖2.8.1 8.1.1 8.1.1 t形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器圖圖2.8.2 t形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器t形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)電子模擬開關(guān)電子模擬開關(guān)0接地，接地，1接接ur二進制數(shù)碼二進制數(shù)碼ru基準電壓基準電壓運算放大器運算放大

2、器8.1.1 8.1.1 t形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器2r00uu 4r11uu 8r22uu 16r33uu 圖圖2.8.3 t形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器內(nèi)阻為內(nèi)阻為r00 u04ra02duu 13ra12duu 22ra22duu 31ra32duu 8.1.1 8.1.1 t形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器等效內(nèi)阻為等效內(nèi)阻為ra3a2a1a0auuuuu 001122334r04r13r22r31ra222222222 ddddududududuu應用疊加原理應用疊加原理8.1.1 8.1.1 t形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器圖圖2.8.

3、4 t形電阻網(wǎng)絡(luò)與運算形電阻網(wǎng)絡(luò)與運算 放大器聯(lián)接的等效電路放大器聯(lián)接的等效電路 001122334rfafo2222233 ddddrururru輸入輸入n位二進制數(shù)，則位二進制數(shù)，則 002-n2-n1n-1n4rfafo222233 dddrururru若若rf=3r，則，則 002-n2-n1n-1nnro2222 ddduur01615uu 8.1.1 8.1.1 t形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器圖圖2.8.5 倒倒t形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)-模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器倒倒t形電形電阻網(wǎng)絡(luò)阻網(wǎng)絡(luò)電子模擬開關(guān)電子模擬開關(guān)0接地，接地，1接接u-二進制數(shù)碼二進制數(shù)碼ru基準電壓基準電壓運

4、算放大器運算放大器8.1.1 8.1.1 t形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器00 11 33 22 （1）電路任一端口的等效電阻均為）電路任一端口的等效電阻均為r（2）模擬開關(guān)置）模擬開關(guān)置“0”（接地）置（接地）置“1”（接虛地端），（接虛地端），各支路電流不變各支路電流不變ruirr 1r3221 ruiir2r2241 ruiir3r1281 ruiir4r02161 ruiir8.1.1 8.1.1 t形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)形電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器 001122334ro122222 ddddrui 002-n2-n1n-1nnrfo2222 dddruru若若rf=r，則，則 00

5、2-n2-n1n-1nnro2222 ddduu 001122334rfo1fo22222 ddddruriru輸入輸入n位二進制數(shù)，則位二進制數(shù)，則8.1.2 8.1.2 集成集成dac芯片芯片da7520圖圖2.8.6 da7520的外引線排列及連接電路的外引線排列及連接電路dac7520： 十位十位cmos數(shù)數(shù)-模轉(zhuǎn)換器，采模轉(zhuǎn)換器，采用倒用倒t電阻網(wǎng)絡(luò)，電阻網(wǎng)絡(luò)， cmos模擬開模擬開關(guān)，外接運放，關(guān)，外接運放，內(nèi)置反饋電阻，內(nèi)置反饋電阻，當當ur=5v時，時，輸出電壓范圍輸出電壓范圍為為05v。使用注意：使用注意： dac7520集成集成芯片共有芯片共有16個個引腳，使用時引腳，使用

6、時要注意外引線要注意外引線排列及功能。排列及功能。 8.1.3 8.1.3 集成集成dac芯片芯片dac0832 dac0832：是八位集成是八位集成d/a轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器器,即在對其輸入八即在對其輸入八位數(shù)字量后，通過外位數(shù)字量后，通過外接的運算放大器，可接的運算放大器，可以獲得相應的模擬電以獲得相應的模擬電壓值。壓值。圖圖2.8.6 da0832的外引線排列圖的外引線排列圖8.1.3 8.1.3 集成集成dac芯片芯片dac0832圖圖2.8.6 da0832的外引線排列圖的外引線排列圖信號輸入信號輸入信號輸入信號輸入電流輸出電流輸出反饋電阻反饋電阻數(shù)字接地端數(shù)字接地端模擬接地端模擬接地端基準電

7、壓基準電壓該芯片有該芯片有5個信號控制端個信號控制端數(shù)據(jù)允許所存信號數(shù)據(jù)允許所存信號電源：電源：515v寫入信號寫入信號1寫入信號寫入信號2片選信號片選信號2傳送控制信號傳送控制信號8.1.3 8.1.3 集成集成dac芯片芯片dac0832圖圖2.8.6 da0832單路輸入原理電路及時序圖單路輸入原理電路及時序圖在在cs=0時，芯片被選中，可寫入數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。時，芯片被選中，可寫入數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。當基準電壓為當基準電壓為+5v或或5v時，時，uo的范圍是的范圍是0 5v或或 0 + 5v ；當；當uref =+10v或或10v時，時， uo= 10v或或+10v。8.1.4 8.1.4 主要

8、技術(shù)指標主要技術(shù)指標1.1.分辨率：分辨率：1023112110 2.2.轉(zhuǎn)換誤差：轉(zhuǎn)換誤差：3.3.輸出電壓（電流）建立時間：輸出電壓（電流）建立時間：從輸入數(shù)字信號起，到輸從輸入數(shù)字信號起，到輸出電壓或電流到達穩(wěn)定值所需要的時間。目前，出電壓或電流到達穩(wěn)定值所需要的時間。目前，dac的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換時間一般不超過換時間一般不超過1s。實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換的電路。實現(xiàn)模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換的電路。直接轉(zhuǎn)換直接轉(zhuǎn)換間接轉(zhuǎn)換間接轉(zhuǎn)換模模擬擬信信號號數(shù)數(shù)字字信信號號tu模擬量并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型逐次逼近型逐次逼近型雙積分型雙積分型 將模擬信號取整歸并，變成量化將模擬信號取整歸并，變成量化單元整數(shù)倍的過程稱

9、為量化單元整數(shù)倍的過程稱為量化8.2.1 8.2.1 并聯(lián)比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器并聯(lián)比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器圖圖2.8.9 三位并聯(lián)比較型三位并聯(lián)比較型adc原理電路原理電路da083分壓器分壓器比較單元比較單元代碼轉(zhuǎn)換代碼轉(zhuǎn)換8.2.1 8.2.1 并聯(lián)比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器并聯(lián)比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換器8.2.2 8.2.2 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換原理可用四個分別重轉(zhuǎn)換原理可用四個分別重8、4、2、1克的砝碼克的砝碼秤重秤重13.3克的物體過程說明。秤量過程如下表：克的物體過程說明。秤量過程如下表：順序順序砝碼重量砝碼重量 比較判別比較判別該砝碼去留該砝碼去留18g 8g13.3g 留留28g+4

10、g 12g13.3g 去去48g+4g+1g 13g13.3g 留留1 1克?？?。表表2.8.3 逐次逼近稱物一例逐次逼近稱物一例8.2.2 8.2.2 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理框圖逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理框圖圖圖2.8.10 四位逐次逼近型模四位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理圖例數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理圖例圖圖2.8.11 四位逐次逼近型模四位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理圖例數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理圖例8.2.2 8.2.2 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器由四個由四個rs觸發(fā)器組成，輸出為四位二進制數(shù)觸發(fā)器組成，輸出為四位二進制數(shù)8.2.2 8.2.2 逐次逼近型

11、模數(shù)轉(zhuǎn)換器逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器 它是一個環(huán)型計數(shù)器，輸出五個在時間上有一定先它是一個環(huán)型計數(shù)器，輸出五個在時間上有一定先后順序的脈沖后順序的脈沖圖圖2.8.11 四位逐次逼近型模四位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理圖例數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理圖例圖圖2.8.12 環(huán)型計數(shù)器的波形圖環(huán)型計數(shù)器的波形圖8.2.2 8.2.2 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器 它的輸入來自逐次逼近寄存器，輸出它的輸入來自逐次逼近寄存器，輸出ua 為正值，送為正值，送至電壓比較器的同相輸入端。至電壓比較器的同相輸入端。8.2.2 8.2.2 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器 用于比較輸入電壓用于比較輸入電壓ui 與與

12、ua的大小確定輸出電位，的大小確定輸出電位， ui ua輸出為輸出為“1”； ui ua輸出為輸出為“0”；輸出信號送；輸出信號送至四個控制至四個控制“與與”門的輸入端。門的輸入端。 8.2.2 8.2.2 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器 8.2.2 8.2.2 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器 讀出控制端讀出控制端e=0，四個，四個“與與”門封閉；當門封閉；當e=1時，時，8.2.2 8.2.2 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器 設(shè)設(shè)ur=8v，ui=5.2v脈沖脈沖順序順序 ua /v比較判別比較判別該位數(shù)碼該位數(shù)碼”1”是是否保留或除去否保留或除去 11 0 0

13、 0 4ua ui 留留 (1) 21 1 0 0 6 ua ui 去去 (0) 31 0 1 0 5 ua ui 留留 (1) 41 0 1 1 5.5 ua ui 留留 (1)例例: v4816822222001122334ra dddduu8.2.2 8.2.2 逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器圖圖2.8.13 ua 逼近逼近ui 的波形的波形v,8r u設(shè)設(shè)參參考考電電壓壓。 52v5i u輸輸入入電電壓壓輸輸出出數(shù)數(shù)字字量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換完完畢畢 ,10110123 ddddv5 . 5 u對對應應模模擬擬電電壓壓 adc0809 是八位逐次是八位逐次逼近型模逼近型模-數(shù) 轉(zhuǎn) 換 器數(shù) 轉(zhuǎn) 換 器 ,轉(zhuǎn)換速度約轉(zhuǎn)換速度約100 s。圖圖2.8.14 adc0809的結(jié)構(gòu)框圖的結(jié)構(gòu)框圖模擬量地址選模擬量地址選擇線輸入端擇線輸入端共共28個引腳個引腳 1 1、分辨率分辨率 以輸出以輸出二進制數(shù)的位數(shù)二進制數(shù)的位數(shù)表示分辨率。表示