項目8數(shù)字電壓表的設(shè)計與制作上課講義

1、項目8數(shù)字電壓表的設(shè)計與制作8.2.1 DA轉(zhuǎn)換nDA轉(zhuǎn)換器用以將輸入的二進制代碼轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬電壓輸出的電路。它是數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)的接口 n電路組成n4位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 n工作原理n流入求和運算放大器的輸入電流IFn放大器的輸出電壓u0為)2222(2)2222(216842001122334001122334012300112233ddddRVddddIdIdIdIdIdIdIdIdIIREFF)2222(20011223340ddddRVRRIuREFFFF3DA轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)n（1)分辨率n分辨率是指轉(zhuǎn)換器所能分辨的最小輸出電壓(對應(yīng)數(shù)字量只是最低位為1)與最大輸出

2、電壓(對應(yīng)數(shù)字量各位全為1)之比。n（2)線性度n理想D/A輸出的模擬電壓量與輸入的數(shù)字量大小成正比，呈線性關(guān)系。 n(3)轉(zhuǎn)換精度n轉(zhuǎn)換精度是指D/A實際模擬輸出與理想模擬穩(wěn)態(tài)輸出的差值，它包括非線性誤差系數(shù)誤差和漂移誤差等。n(4)轉(zhuǎn)換速度n轉(zhuǎn)換速度是指從輸入數(shù)字量開始到輸出電壓達到穩(wěn)定值所需要的時間，它包括建立時間和轉(zhuǎn)換速率兩個參數(shù)。 4集成D/A轉(zhuǎn)換器介紹n1）集成D/A轉(zhuǎn)換器AD7520)2222(200118899100ddddRVRuREFF n AD7520引腳功能 n CMOS電子模擬開關(guān) n2）集成D/A轉(zhuǎn)換器DA08328.2.2 AD轉(zhuǎn)換器n1.A/D轉(zhuǎn)換的一般過程n(

3、1)采樣與保持n采樣是對模擬量在一系列離散的時刻進行采集，得到一系列等距不等幅的脈沖信號。在采樣過程中，每次采樣結(jié)果都要暫存即保持一定時間，以便于轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。采樣電路和保持電路合稱為采樣-保持電路。n(2)量化與編碼n在保持期間，采樣的模擬電壓經(jīng)過量化與編碼電路后轉(zhuǎn)換成一組n位二進制數(shù)據(jù)。任何一個數(shù)字量的大小，可以用某個最小數(shù)量單位的整數(shù)倍來表示。因此，在用數(shù)字量表示采樣電壓大小時，必須規(guī)定一個合適的最小數(shù)量單位，也叫量化單位，用表示。量化單位一般是數(shù)字量最低位為l時所對應(yīng)的模擬量。n把量化后的數(shù)值對應(yīng)地用二進制數(shù)來表示，稱為編碼。編碼方式一般采用自然二進制數(shù)。2.AD轉(zhuǎn)換器的類型n1）逐次

4、逼近型ADCn4位逐次逼近型ADC的原理框圖，它由比較器、電壓輸出DAC、參考電源和逐次逼近寄存器(里面有移位寄存器和數(shù)碼奇存器)等組成。 n2 2）雙積分型）雙積分型ADCADCn雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器是一種間接型A/D轉(zhuǎn)換器。它的基本原理是將輸入的模擬電壓ui先轉(zhuǎn)換成與ui成正比的時間間隔，在此時間內(nèi)用計數(shù)器對恒定頻率的時鐘脈沖計數(shù)，計數(shù)結(jié)束時，計數(shù)器記錄的數(shù)字量正比于輸入的模擬電壓，從而實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換 。n積分器是 A / D 轉(zhuǎn)換器的核心部分。通過開關(guān) S2 對被測模擬電壓 ui 和與其極性相反的基準電壓VREF進行兩次方向相反的積分，時間常數(shù)= RC 。n工作原理n1）轉(zhuǎn)換準

5、備n2）第一次積分（取樣階段）n3）第二次積分（比較階段）n由上式可知，計數(shù)器計的脈沖個數(shù)N與輸入模擬電壓 ui 成正比，因此，計數(shù)器計了N 個 CP 脈沖后所處的狀態(tài)表示了輸入 ui 的數(shù)字量，從而實現(xiàn)了模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。計數(shù)器的位數(shù)就是 A / D 轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)。 tRCudtuRCtuIIo101)(2101)()(12ttREFoodtVRCtutu3A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)n（1）分辨率 n分辨率是指 A / D 轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的最低位變化一個數(shù)碼時，對應(yīng)輸入模擬量的變化量。顯然A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，分辨最小模擬電壓的值就越小。 n（2）相對精度n相對精度是指 A /

6、 D 轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量與理論輸出數(shù)字量之間的差值。通常用最低有效位 LSB 的倍數(shù)來表示。 n（3）轉(zhuǎn)換速度n轉(zhuǎn)換速度是指 A / D 轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間，即從接到轉(zhuǎn)換控制信號開始到輸出端得到穩(wěn)定數(shù)字量所需的時間。 8.2.3.常用的集成ADC簡介n1集成電路集成電路ADC0809n2.A/D2.A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片MC14433MC144338.3 技能訓練 D/A轉(zhuǎn)換器的功能測試nDAC0832DAC0832測試電路圖測試電路圖n 4測試步驟n按測試電路圖接好電路，檢查無誤后，接通電源；n令D0D7全為0，調(diào)節(jié)放大器中的電位器，使輸出為0；n分別是在VCC=5V和VCC=

7、15V的情況下，按下表所列數(shù)字信號，測量放大器的輸出電壓。8.4項目實施 n8.4.1 項目分析n1電路組成8.4.2 項目制作n1.電路安裝n1）將檢測合格的元器件按照電路連接安裝在面包板上。n2）插接集成電路時，先校準兩排引腳，輕輕用力將電路插上。n3）導線應(yīng)粗細適當，一般選取直徑為0.60.8mm的單股導線。n4）布線應(yīng)有次序地進行，其次，按信號源的順序從輸入到輸出依次布線。n5）連線應(yīng)避免過長，避免從集成元件上方跨越，避免多次的重疊交錯。n6）電路布線應(yīng)整齊、美觀、牢固。n7)安裝過程要細心，防止導線絕緣層被損傷，不要讓線頭、螺釘、墊圈等異物落入安裝電路中，以免造成短路或漏電。n8）電

8、路安裝完后，要仔細檢查電路連接，確認無誤后再接入電源。n 2.2.調(diào)試調(diào)試n（1）插上MC1403基準電源，檢查輸出是否為2.5V，調(diào)整10K電位器，使其輸出電壓為2.00V。n（2）將輸入端接地，接通+5V，-5V電源（先接好地線），顯示器將顯示“000”。n（3）用電阻、電位器構(gòu)成一個簡單的輸入電壓UI 調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)電位器，3位數(shù)碼將相應(yīng)變化，再進入下一步精調(diào)。n（4）測量輸入電壓，調(diào)節(jié)電位器，使VX1.000V，這時被調(diào)電路的電壓指示值不一定顯示“1.000”，應(yīng)調(diào)整基準電壓源，使指示值與標準電壓表誤差個位數(shù)在5之內(nèi)。n（5）改變輸入電壓VX極性，使Vi-1.000V，檢查“-”是否顯示，并按(4)方法校準顯示值。n（6）在+1