第19講數(shù)-模及模-數(shù)轉(zhuǎn)換器

1、第第19講講 數(shù)數(shù)模和模模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器19-1 D/A19-1 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器19-2 A/D19-2 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換即將模擬電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，使輸出即將模擬電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，使輸出的數(shù)字量與輸入的模擬電量成正比。的數(shù)字量與輸入的模擬電量成正比。 實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器 Analog to Digital Converter，簡稱，簡稱 A/D 轉(zhuǎn)換器或轉(zhuǎn)換器或ADC。 數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換即將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電量即將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電量(電壓或電電壓或電流流)，使輸出的模擬電量與輸入的數(shù)字量成正比。，使輸出的模擬電量與輸入的數(shù)

2、字量成正比。 實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器 Digital to Analog Converter，簡稱，簡稱 D/A 轉(zhuǎn)換器或轉(zhuǎn)換器或 DAC。 概述概述例如：對(duì)于例如：對(duì)于0 5V的直流電壓，計(jì)算機(jī)用的直流電壓，計(jì)算機(jī)用8位數(shù)字量來描述位數(shù)字量來描述時(shí)：時(shí)： 最小值（最小值（00000000）B = 0對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)0V， 最大值（最大值（11111111）B = 255 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng) 5V， 中間值（中間值（01111111）B = 127 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)2. 5V 等等 D/A的任務(wù)是接收到一個(gè)數(shù)字量后，給出一個(gè)相應(yīng)的的任務(wù)是接收到一個(gè)數(shù)字量后，給出一個(gè)相應(yīng)的電壓。比如

3、收到（電壓。比如收到（00111111）B ，應(yīng)給出幅度為，應(yīng)給出幅度為1.25V 的電的電壓。壓。19-1 19-1 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電路。將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電路。將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，量相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。uo或io輸出D/Ad0d1dn1輸入)2222(00112211oddddKunnnnu19

4、.1.1 19.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電子開關(guān)模擬電子開關(guān)求和放大求和放大器器參考電壓參考電壓19.1.2 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器集成運(yùn)放通過集成運(yùn)放通過RF接入負(fù)反饋，有虛短，接入負(fù)反饋，有虛短，V-V+=0)IIII (RiRv0123FFo 3REF3dRVI 222dRVIREF12REF1dR2VI 0302dRVIREF)2d2d2d2d(2Vv001122334REFo 取取RF=R/2)2d2d.2d2d(2Vv00112n2n1n1nnREFo n位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，當(dāng)反饋電阻取為轉(zhuǎn)換器，當(dāng)反饋電阻

5、取為R/2時(shí)，輸時(shí)，輸出電壓的計(jì)算公式：出電壓的計(jì)算公式：輸出電壓的變化范圍輸出電壓的變化范圍:REFnnV2120優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，所用的電阻元件數(shù)很少。結(jié)構(gòu)簡單，所用的電阻元件數(shù)很少。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：各電阻的阻值相差較大，不能保證有很高的精度。各電阻的阻值相差較大，不能保證有很高的精度。RF19.1.3 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)換器電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電子開關(guān)模擬電子開關(guān)RF 由于由于V-V+=0,所以開關(guān)所以開關(guān)S合到哪一邊，都相當(dāng)于接到了合到哪一邊，都相當(dāng)于接到了“地地”電位，流過每條電路的電流始終不變?？傻刃椋弘娢唬鬟^每條電路的電流始終不變。可等效為：取取RF=R

6、則：則：)2222(2001122334ddddRVRiRvREFFFo RVIREF RF0123d16Id8Id4Id2Ii )2222(2001122334ddddVvREFo n位輸入的倒位輸入的倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，當(dāng)反饋電阻取轉(zhuǎn)換器，當(dāng)反饋電阻取為為R時(shí)，輸出電壓的計(jì)算公式：時(shí)，輸出電壓的計(jì)算公式：)2d2d.2d2d(2Vv00112n2n1n1nnREFo 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）只有）只有R和和2R兩種阻值的電阻，可達(dá)到較高的精度；兩種阻值的電阻，可達(dá)到較高的精度；（2）各支路電流恒定不變，在開關(guān)狀態(tài)變化時(shí)，不需電）各支路電流恒定不變，在開關(guān)狀態(tài)變化時(shí)，不需電流建立

7、時(shí)間，所以電路轉(zhuǎn)換速度高，使用廣泛。流建立時(shí)間，所以電路轉(zhuǎn)換速度高，使用廣泛。集成集成D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器CB7520為為10位位DACCB7520運(yùn)算放大器的反饋電阻可使運(yùn)算放大器的反饋電阻可使用用CB7520內(nèi)設(shè)的內(nèi)設(shè)的R如上圖所示（如上圖所示（16腳與腳與1腳相連），也可另選反饋電阻腳相連），也可另選反饋電阻接到接到IOUT1與與VO之間。之間。CB7520引腳排列圖引腳排列圖CB7520需外接需外接運(yùn)放運(yùn)放需外接基需外接基準(zhǔn)電壓源準(zhǔn)電壓源19.1.4 權(quán)電流型權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器恒流源恒流源)2d2d2d2d(2IR)d2Id2Id2Id2I(RRiv001122334F04132

8、23FFo 為減少電阻阻值的種類，在實(shí)用的權(quán)電流型為減少電阻阻值的種類，在實(shí)用的權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器中，經(jīng)常利用倒中，經(jīng)常利用倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的分流作用產(chǎn)生一組所需的恒流形電阻網(wǎng)絡(luò)的分流作用產(chǎn)生一組所需的恒流源。源。按比例加大發(fā)射結(jié)的面積按比例加大發(fā)射結(jié)的面積由倒由倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)分析可知，形電阻網(wǎng)絡(luò)分析可知，IE3=I/2，IE2=I/4，IE1=I/8，IE0=I/16，于是可得輸出電壓為，于是可得輸出電壓為可推得可推得n位倒位倒T形權(quán)電流形權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓：轉(zhuǎn)換器的輸出電壓：)2222(2001122334 DDDDRVRRivRFFREFO基準(zhǔn)電流：基準(zhǔn)電流：32EREF

9、REFIRVIR iniinFRDRRVv2210 REFO19.1.5 具有雙極性輸出的具有雙極性輸出的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器接一偏置電流接一偏置電流符號(hào)位求反符號(hào)位求反BBBRVI )222(20011223dddRUiREF 2)222(2)(30011223BBREFBoRVdddRVRIiRv 222)1(2)2222(2001122320011223dddVdddVvREFREFo 若選若選VB= VREF和和RB=2R，則，則: 當(dāng)當(dāng)UREF=8v時(shí)，有時(shí)，有 補(bǔ)碼輸入補(bǔ)碼輸入對(duì)應(yīng)的十對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制數(shù)進(jìn)制數(shù)要求的輸要求的輸出電壓出電壓d2d1d00 1 10 1 00 0 10 0 0

10、1 1 11 1 01 0 11 0 0+3+2+10-1-2-3-4+3v+2v+1v0-1v-2v-3v-4v0011220222)1(dddv 則可得左表則可得左表 設(shè)設(shè)VREF=10VkRR5 kRF5 nnRREFFoDDRVRv882102 19.1.6 D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例DAC0808是是8位權(quán)電流型位權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器，其中轉(zhuǎn)換器，其中D0D7是數(shù)字量輸入端。是數(shù)字量輸入端。用用這類器件構(gòu)成的這類器件構(gòu)成的D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)，需要外接運(yùn)算放大器和產(chǎn)轉(zhuǎn)換器時(shí)，需要外接運(yùn)算放大器和產(chǎn)生基準(zhǔn)電流用的電阻生基準(zhǔn)電流用的電阻RR。DAC0808 D/A轉(zhuǎn)換器輸出與輸入的關(guān)系

11、轉(zhuǎn)換器輸出與輸入的關(guān)系（ 設(shè)設(shè)VREF=10V）通常用通常用分辨率分辨率和和轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差來描述。來描述。1. 分辨率分辨率:是指是指可以區(qū)分的模擬輸出的最小非零電壓值可以區(qū)分的模擬輸出的最小非零電壓值表示方法：表示方法：(1) 用用輸入二進(jìn)制數(shù)輸入二進(jìn)制數(shù)字量的字量的位數(shù)位數(shù)表示；如表示；如8位位DAC。(2) 用用模擬輸出電壓模擬輸出電壓的的最小值與最大值最小值與最大值的的比值比值表示。表示。該比值顯然等于：該比值顯然等于：n12- 1100.0010.1%1023112- 119.1.7 D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)一、一、D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度如如)12(2

12、 nnREFV最最大大值值nREFV2最最小小非非零零值值轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差可分為線性和非線性誤差。指實(shí)際的可分為線性和非線性誤差。指實(shí)際的D/A轉(zhuǎn)換特性轉(zhuǎn)換特性和理想轉(zhuǎn)換特性之間的最大偏差。和理想轉(zhuǎn)換特性之間的最大偏差。轉(zhuǎn)換誤差的表示形式：轉(zhuǎn)換誤差的表示形式：(1)最低有效位的倍數(shù)。如最低有效位的倍數(shù)。如:1LSB。(2) 輸出電壓滿刻度輸出電壓滿刻度(FSR, Full Scale Range)的百分?jǐn)?shù)。如的百分?jǐn)?shù)。如:0.1FSR。2. 轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差3.轉(zhuǎn)換誤差分析轉(zhuǎn)換誤差分析D/A轉(zhuǎn)換器四個(gè)組成部分轉(zhuǎn)換器四個(gè)組成部分,均可引起轉(zhuǎn)換誤差均可引起轉(zhuǎn)換誤差,但有不同的特點(diǎn)但有不同的特點(diǎn).(

13、1) 參考電源引起的誤差稱為參考電源引起的誤差稱為比例系數(shù)誤差比例系數(shù)誤差。REFOnnVV = -D2 REFOnnVv= -D2(2) 運(yùn)放零點(diǎn)漂移引起的誤差稱為運(yùn)放零點(diǎn)漂移引起的誤差稱為漂移誤差漂移誤差或或平移誤差平移誤差。(3)模擬開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻和導(dǎo)通壓降以及電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻的模擬開關(guān)的導(dǎo)通內(nèi)阻和導(dǎo)通壓降以及電阻網(wǎng)絡(luò)中電阻的偏差引起的誤差稱為偏差引起的誤差稱為非線性誤差非線性誤差。非線性誤差有時(shí)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換特非線性誤差有時(shí)導(dǎo)致轉(zhuǎn)換特性局部非單調(diào)性，從而引起性局部非單調(diào)性，從而引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。系統(tǒng)不穩(wěn)定。注意注意:D/A分為兩種：一種為運(yùn)分為兩種：一種為運(yùn)放和參考電源為外接放和參考電源為外接,

14、另一種都另一種都集成在集成集成在集成D/A內(nèi)部。前者內(nèi)部。前者,在在選擇外接參考電源和運(yùn)放時(shí)要選擇外接參考電源和運(yùn)放時(shí)要注意，選擇穩(wěn)定性高的，否則注意，選擇穩(wěn)定性高的，否則會(huì)因?yàn)檎`差而降低精度！會(huì)因?yàn)檎`差而降低精度！總誤差為幾種誤差的疊加總誤差為幾種誤差的疊加用完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間建立用完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間建立時(shí)間時(shí)間tset來衡量。來衡量。建立時(shí)間建立時(shí)間:從輸入信號(hào)變化開始到輸出從輸入信號(hào)變化開始到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差正負(fù)電壓進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差正負(fù)1/2LSB范范圍以內(nèi)的時(shí)間。圍以內(nèi)的時(shí)間。輸入信號(hào)由全輸入信號(hào)由全0變?yōu)槿優(yōu)槿?所需時(shí)間最長所需時(shí)間最長不包含運(yùn)放的不包含運(yùn)放的DAC

15、DAC建立時(shí)間可達(dá)建立時(shí)間可達(dá)0.10.1s s，包含了運(yùn)放的建立時(shí)間可以達(dá)到包含了運(yùn)放的建立時(shí)間可以達(dá)到1.51.5s s。二、二、D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度例例1、 十位十位D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，VREF=5V,求輸出電壓。求輸出電壓。O10-5v=D2輸入全輸入全1時(shí)時(shí)D=210-1,故故Ov-5V輸入全輸入全0時(shí)時(shí)D=0,故故Ov= 0V輸入為輸入為1000000000時(shí)時(shí)D=29,故故Ov= -2.5V解：解：解：計(jì)數(shù)器狀態(tài)為解：計(jì)數(shù)器狀態(tài)為0000時(shí)，模擬輸出為時(shí)，模擬輸出為0；當(dāng)狀態(tài)為；當(dāng)狀態(tài)為0001時(shí)，時(shí)，D/A輸入數(shù)字量為輸入數(shù)字量為0001 000000，輸出

16、為：，輸出為：編碼編碼1遞增，所以模擬電平輸出也按遞增，所以模擬電平輸出也按0.625V遞增。遞增。例例2、位位D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，VREF=-10V,畫輸出波形。畫輸出波形。6O1010v=2 = 0.625V20.625VCPtt0(V)1160 例例3、波形產(chǎn)生電路如圖，圖中、波形產(chǎn)生電路如圖，圖中ROM的數(shù)據(jù)如表的數(shù)據(jù)如表所示。對(duì)應(yīng)所示。對(duì)應(yīng)CP波形，畫出輸出波形，畫出輸出vO的波形，并標(biāo)出波的波形，并標(biāo)出波形上各點(diǎn)的電壓值。形上各點(diǎn)的電壓值。解、解、由由74161可得狀態(tài)為可得狀態(tài)為 查查ROM表可得表可得AD7533高高4位數(shù)據(jù)為位數(shù)據(jù)為 0111，0001，0010， 0011

17、，0100，0011。計(jì)算出計(jì)算出vO值為值為 3.5V、0.5V、1V、1.5V、2V、1.5V波形：波形：19-2 19-2 AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器器0 5V0000000011111111A/DUI輸入模擬電壓輸入模擬電壓D7D0輸出數(shù)字量輸出數(shù)字量19.2.1 A/D19.2.1 A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟轉(zhuǎn)換的一般步驟 將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)，將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號(hào)，通常的轉(zhuǎn)換過程為：通常的轉(zhuǎn)換過程為：取樣、保持、量化和編碼。取樣、保持、量化和編碼。CPSSADC取樣保持電路ADC的量化編碼電路.DDDn-110vI（t）vI（t）輸入模擬電壓取樣展寬信號(hào)數(shù)字量輸出（n

18、位）1. 取樣保持取樣保持 取樣是對(duì)模擬信取樣是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性地抽取號(hào)進(jìn)行周期性地抽取樣值的過程，就是把樣值的過程，就是把隨時(shí)間連續(xù)變化的信隨時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)轉(zhuǎn)換成在時(shí)間上斷號(hào)轉(zhuǎn)換成在時(shí)間上斷續(xù)、在幅度上等于取續(xù)、在幅度上等于取樣時(shí)間內(nèi)模擬信號(hào)大樣時(shí)間內(nèi)模擬信號(hào)大小的一串脈沖。小的一串脈沖。 取樣定理：為了不失真地恢復(fù)原始信號(hào)，采樣取樣定理：為了不失真地恢復(fù)原始信號(hào)，采樣頻率至少應(yīng)是原始信號(hào)頻率至少應(yīng)是原始信號(hào)最高有效頻率的兩倍最高有效頻率的兩倍取樣定理：取樣定理：fs2fi(max)輸入模擬信號(hào)的最高輸入模擬信號(hào)的最高頻率分量的頻率頻率分量的頻率取樣頻率取樣頻率 取樣取樣保持電路保持

19、電路電路組成及工作原理（要求電路中電路組成及工作原理（要求電路中Av1Av2=1） A1 開關(guān)驅(qū)動(dòng) 電路 A2 vI vo CH S t=t0時(shí)，時(shí)，S閉合，電容充電，閉合，電容充電，vo=vI，t0t1階段為取樣階段；階段為取樣階段；t=t1時(shí)，時(shí)，S斷開，電容沒有放電回路，其兩端電壓保持?jǐn)嚅_，電容沒有放電回路，其兩端電壓保持vo不不變，變，t1 t2階段為保持階段。階段為保持階段。取取樣樣保保持持2、量化與編碼、量化與編碼編碼編碼量化后的數(shù)值需要用一個(gè)代碼來表量化后的數(shù)值需要用一個(gè)代碼來表示，這一過程稱為編碼。示，這一過程稱為編碼。量化量化將采樣將采樣保持后的信號(hào)幅值轉(zhuǎn)化保持后的信號(hào)幅值轉(zhuǎn)

20、化成某個(gè)最小數(shù)量單位（量化間隔）的整數(shù)成某個(gè)最小數(shù)量單位（量化間隔）的整數(shù)倍。倍。量化方法一般有兩種：只舍不入、有舍有入。量化方法一般有兩種：只舍不入、有舍有入。只舍不入只舍不入（舍尾取整舍尾取整） 取量化單位取量化單位 nm/2V 0之間的模擬電壓歸并到之間的模擬電壓歸并到0 2之間的模擬電壓歸并到之間的模擬電壓歸并到1 此此方法產(chǎn)生的最大量化誤差為方法產(chǎn)生的最大量化誤差為 例例有舍有入（有舍有入（四舍五入四舍五入）取量化單位取量化單位 n+1m2/(21)V 0/2之間的模擬電壓歸并到之間的模擬電壓歸并到0 /23/2之間的模擬電壓歸并到之間的模擬電壓歸并到1 此此方法產(chǎn)生的最大量化誤差為

21、方法產(chǎn)生的最大量化誤差為/2 例例19.2.2 A/D轉(zhuǎn)換器的分類轉(zhuǎn)換器的分類 工作原理：工作原理： 直接直接ADC：模擬信號(hào)：模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 特點(diǎn)：速度快特點(diǎn)：速度快 典型電路：典型電路：并行比較型并行比較型ADC、逐次比較型、逐次比較型ADC 間接間接ADC：模擬信號(hào)：模擬信號(hào)中間信號(hào)中間信號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 特點(diǎn)：速度慢特點(diǎn)：速度慢 典型電路：典型電路：雙積分型雙積分型ADC、電壓頻率轉(zhuǎn)換型、電壓頻率轉(zhuǎn)換型ADC將輸入模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，不經(jīng)過中間變量。將輸入模擬電壓直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，不經(jīng)過中間變量。采用第二種量化方案，采用第二種量化方案，即即 = 2VREF/15轉(zhuǎn)換過

22、程：根據(jù)量化方案比較轉(zhuǎn)換過程：根據(jù)量化方案比較輸入模擬信號(hào)的大小，然后對(duì)輸入模擬信號(hào)的大小，然后對(duì)比較的結(jié)果進(jìn)行比較的結(jié)果進(jìn)行編碼編碼。特點(diǎn)：特點(diǎn)：速度快，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于速度快，轉(zhuǎn)換時(shí)間小于50ns；需要大量的比較器和需要大量的比較器和觸發(fā)器觸發(fā)器；不需要采樣保持電路！不需要采樣保持電路！一、一、 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器量化轉(zhuǎn)換表量化轉(zhuǎn)換表二、反饋比較型二、反饋比較型 逐次比較型逐次比較型AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四個(gè)砝碼共重其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四個(gè)砝碼共重15克，每個(gè)重量分別為克，每個(gè)重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量克。設(shè)待秤重量W

23、x = 13克，可以用下表步驟來秤量：克，可以用下表步驟來秤量：砝碼重砝碼重第一次第一次第二次第二次第三次第三次第四次第四次加加4克克加加2克克加加1克克8 克克砝碼總重砝碼總重 待測(cè)重量待測(cè)重量Wx ，故保留，故保留砝碼總重仍砝碼總重仍 待測(cè)重量待測(cè)重量Wx ，故撤除，故撤除砝碼總重砝碼總重 待測(cè)重量待測(cè)重量Wx ，故保留，故保留暫時(shí)結(jié)果暫時(shí)結(jié)果8 克克12 克克12 克克13 克克 結(jié)結(jié) 論論1、電路結(jié)構(gòu)、電路結(jié)構(gòu)（1）轉(zhuǎn)換開始前先將寄存器清零。）轉(zhuǎn)換開始前先將寄存器清零。 2、工作原理、工作原理（2）轉(zhuǎn)換控制信號(hào)）轉(zhuǎn)換控制信號(hào)VS變?yōu)楦唠娖綍r(shí)開始轉(zhuǎn)換，時(shí)鐘信號(hào)首先變?yōu)楦唠娖綍r(shí)開始轉(zhuǎn)換，時(shí)

24、鐘信號(hào)首先 將寄存器的最高位置為將寄存器的最高位置為1，其它位置置，其它位置置0，使寄存器的輸，使寄存器的輸 出為出為10000。 （3）將該數(shù)字量被）將該數(shù)字量被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓VO。 （4）比較，若）比較，若VOVi，說明數(shù)字過大了，則這個(gè)，說明數(shù)字過大了，則這個(gè)1應(yīng)取掉；若應(yīng)取掉；若 VOVi，說明數(shù)字還不夠大，這個(gè)，說明數(shù)字還不夠大，這個(gè)1應(yīng)予保留。應(yīng)予保留。 （5）再按同樣的方法將次高位置）再按同樣的方法將次高位置1，并比較，并比較VO與與Vi的大小以確的大小以確 定這一位的定這一位的1是否應(yīng)當(dāng)保留。是否應(yīng)當(dāng)保留。 （6）依次逐位比較下去，直

25、到最低位比較完為止，這時(shí)寄存）依次逐位比較下去，直到最低位比較完為止，這時(shí)寄存 器里所存的數(shù)碼就是所求的輸出數(shù)字量。器里所存的數(shù)碼就是所求的輸出數(shù)字量。 完成一次轉(zhuǎn)換所需時(shí)間完成一次轉(zhuǎn)換所需時(shí)間t：設(shè)時(shí)鐘信號(hào)：設(shè)時(shí)鐘信號(hào)CP的周期為的周期為T CP數(shù)字量數(shù)字量 位位數(shù)為數(shù)為N，則，則t=(N+2) T CP 。 例、例、一個(gè)一個(gè)8位逐次比較型位逐次比較型ADC，設(shè)，設(shè)VREF=10V，如輸入的模，如輸入的模擬電壓為擬電壓為vI=8.56V，轉(zhuǎn)換過程及轉(zhuǎn)換結(jié)果如下：，轉(zhuǎn)換過程及轉(zhuǎn)換結(jié)果如下：CPd7d6d5d4d3d2d1d0vO比較結(jié)果比較結(jié)果處處 理理23451000000011000000

26、11100000110100005V7.5V8.75V8.125VvIvOvI vO(d7) 1保留(d6) 1保留(d5) 1不保留(d4) 1保留vIvOvIvO(d3) 1保留(d2) 1不保留(d1) 1保留(d0) 1保留vIvO第十個(gè)第十個(gè)CP輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果為輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果為11011011noDv8210 第一個(gè)第一個(gè)CP清零，第二個(gè)清零，第二個(gè)CP開始如下工作：開始如下工作：注意：注意：C1nFFR1J1KC1n-1FFR1J1KC11FFR1J1KC10FFR1J1K1111ACRCvOvCTCS2n級(jí)計(jì)數(shù)器DDDn-110.（MSB）（LSB）數(shù)字量輸出Qn-1Q1Q0QnCR

27、+A1ISVvREFSVB1CP&vG雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 由由積分器積分器、過零比較器過零比較器(C)、時(shí)鐘脈沖控制門時(shí)鐘脈沖控制門(G)和和定時(shí)器定時(shí)器、計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器(FF0FFn)等幾部分組成。等幾部分組成。三、三、 間接間接A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器（2）第一次積分階段）第一次積分階段工作原理：工作原理：（1）準(zhǔn)備階段計(jì)數(shù)器）準(zhǔn)備階段計(jì)數(shù)器清零，清零，積分電容放積分電容放電，電，vO=0V。t=0時(shí)，開關(guān)時(shí)，開關(guān)S1與與A端接通，輸入電壓端接通，輸入電壓vI加到積分器的輸加到積分器的輸入端。積分器從入端。積分器從0開始積分：開始積分：ooooTT12ttttT1T2vs1

28、ovGvc+IvREFVvp12ott1t2vQn(a)(b)(c)(d)(e)tIOdtvv01由于由于vO0V，比較器輸出，比較器輸出vC=0，控制門，控制門G被關(guān)閉，計(jì)被關(guān)閉，計(jì)數(shù)停止。數(shù)停止。ICnIPVTVTV21dtVVtvttREFPO)(1)(212在此階段結(jié)束時(shí)在此階段結(jié)束時(shí)vO的表達(dá)式可寫為：的表達(dá)式可寫為：設(shè)設(shè)T2=t2t1，于是有：，于是有：設(shè)在此期間計(jì)數(shù)器所累計(jì)的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)為設(shè)在此期間計(jì)數(shù)器所累計(jì)的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)為，則：，則：可見，可見，T2與與VI成正比，成正比，T2就是雙積分就是雙積分A/D轉(zhuǎn)換過程的中間變量。轉(zhuǎn)換過程的中間變量。 上式表明，計(jì)數(shù)器中所計(jì)得的數(shù)上式

29、表明，計(jì)數(shù)器中所計(jì)得的數(shù)（=Qn-1Q1Q0），與在取樣時(shí)間），與在取樣時(shí)間T1內(nèi)內(nèi)輸入電壓的平均值輸入電壓的平均值VI成正比。只要成正比。只要VIVREF，轉(zhuǎn)換器就能將輸入電壓轉(zhuǎn)換為，轉(zhuǎn)換器就能將輸入電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。數(shù)字量。0)(1)(212dtVVtvttREFPOICnREFVTTV22T2=TC IREFCnVVTT22IREFnCVVTT22特點(diǎn)特點(diǎn): 性能穩(wěn)定性能穩(wěn)定, 轉(zhuǎn)換結(jié)果與轉(zhuǎn)換結(jié)果與R,C無關(guān)無關(guān); 也與時(shí)鐘周期也與時(shí)鐘周期TC無關(guān)。這是兩次積分的結(jié)果無關(guān)。這是兩次積分的結(jié)果, 抗干擾能力強(qiáng)。速度抗干擾能力強(qiáng)。速度慢慢, 完成一次轉(zhuǎn)換時(shí)間最大達(dá)到了完成一次轉(zhuǎn)換時(shí)間最大達(dá)到了2T1，即，即2n+1TCnIREF2D=vV四、集成四、集成A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 CC14433為雙積分型集成為雙積分型集成A/D轉(zhuǎn)換器，它采用轉(zhuǎn)換器，它采用CMOS工藝制造，工藝制造，將模擬電路與數(shù)字電路集成在一個(gè)芯片，只需外接少量元件就可將模擬電路與數(shù)字電路集成在一個(gè)芯片，只需外接少量元件就可以構(gòu)成一個(gè)具有自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)極性切換功能的以構(gòu)成一個(gè)具有自動(dòng)調(diào)零和自動(dòng)極性切換功能的 位的位的