數(shù)模和模數(shù)的轉(zhuǎn)換電路本章要求熟悉DAC和ADC的基本

1、第十四章 數(shù)模和模數(shù)的轉(zhuǎn)換電路本章要求：熟悉DAC和ADC的根本原理及參數(shù)；了解倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC轉(zhuǎn)換器、逐次漸近型 ADC的根本工作原理和主要特點(diǎn)。14.1數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC14.1.1 DAC的根本原理與分類它由數(shù)碼存放器、模擬開(kāi)關(guān)、解碼網(wǎng)絡(luò)、基準(zhǔn)電壓及求和放大器等局部組成。圖D AC的根本結(jié)構(gòu)D/A轉(zhuǎn)換器的種類很多，主要有：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) DAC、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、權(quán)電流DAC。.4»CL>圖142四位倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC轉(zhuǎn)換器原理圖1 模擬開(kāi)關(guān)局部 SOS3,作用是在輸入數(shù)碼信號(hào) d0d3的控制下，將基準(zhǔn)電壓 +VREF或 0V電位接到電阻網(wǎng)絡(luò)中去，或者是將兩種電源切換

2、到電阻網(wǎng)絡(luò)中去。2.電阻解碼網(wǎng)絡(luò) R2R,呈倒T型。3運(yùn)算放大器構(gòu)成求和電路，作用是將電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出電流轉(zhuǎn)換成與輸入數(shù)字量成正比的 模擬電壓輸出量。可算出基準(zhǔn)電流IREF =VREF/R，流過(guò)每個(gè)2R電阻的電流依次為：11/$= Aef =72R1112=屜=447?11Zi= 一 Af =8gR11Ji)Im1616 R由此可得輸出電流:(N+ 么)J待 /' R16842二丄(<42°+2:+d2:+c42:)如167?輸出電壓二妒沁f-舟曲疥遼+Q磯14.1.2 DAC的主要技術(shù)指標(biāo)1轉(zhuǎn)換速度般用建立時(shí)間和轉(zhuǎn)換速率描述轉(zhuǎn)換速度。在D/A轉(zhuǎn)換器中，(1 )建立時(shí)間D

3、AC建立時(shí)間ts是指數(shù)字量從輸入到完成轉(zhuǎn)換、輸出到達(dá)相應(yīng)穩(wěn)定電壓值所需的時(shí)間。是描述DAC轉(zhuǎn)換器速度快慢的一個(gè)重要參數(shù)，轉(zhuǎn)換速度一般由建立時(shí)間決定。根據(jù)建 立時(shí)間的長(zhǎng)短，DAC轉(zhuǎn)換器可分為以下幾種類型：低速ts> 100 s ;中速ts=10100 s；高速ts=110卩s;較高速ts=100ns1卩s;超高速ts<100ns。(2 )轉(zhuǎn)換速率DAC轉(zhuǎn)換速率是指在大信號(hào)工作狀態(tài)下模擬電壓的變化率。2 轉(zhuǎn)換精度在D/A轉(zhuǎn)換器中，一般用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差描述轉(zhuǎn)換精度。(1) 分辨率DAC分辨率是指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。例如十二位DAC的分辨率為需=爲(wèi)沁。叱分辨率與DAC的位數(shù)有

4、關(guān)，位數(shù)越高，分辨率值越小，分辨能力越強(qiáng)。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，常用字量的位數(shù)表示DAC轉(zhuǎn)換器的分辨率。例如10位DAC，那么說(shuō)此DAC具有10位分辨率。2 轉(zhuǎn)換誤差DAC轉(zhuǎn)換誤差是指實(shí)際輸出模擬電壓值與理想值的最大偏差。顯然，這個(gè)差值越小，電路的轉(zhuǎn)換精度越高。集成DAC及其應(yīng)用DAC0832是NSC公司美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的 8位DAC芯片，可直接與 8080、 8085、Z80、8088等多種CPU總線連接而不必增加任何附加邏輯。圖14-3為DAC0832的組成框圖，由框圖可知：DAC0832由兩級(jí)數(shù)據(jù)緩沖器和 DAC轉(zhuǎn)換器組成，第一級(jí)數(shù)據(jù)緩沖 器稱為輸入存放器，第二級(jí)稱為DAC存放器。A

5、<iNDDGNDRIBcMin CMH I圖14-3 DAC0832組成框圖1. DAC0832的引腳說(shuō)明C5：片選信號(hào).用于芯片尋址.低電平有效*JZ£=罄入鎖存允訐信號(hào)，馬電平育敦,H7?li寫信號(hào)lj當(dāng)LE1 內(nèi)豁輸入鎖存信號(hào)1 =CSO1 ILE=1時(shí)，將數(shù)據(jù)$貞再于輸入XFER：通逋控妣號(hào)，LE2 內(nèi)都輸入鎖存他號(hào)2=H2 XFEZ 時(shí)，8儻DM存放器可作為數(shù)據(jù)通道】吩聰S位數(shù)據(jù)輸入*2.應(yīng)用舉例DAC0832的工作方式有雙緩沖器方式、單緩沖器方式和直通方式三種DAC0832的輸出方式有兩種，一種是單極性輸出，即輸出的電壓極性是單一的；另一種是雙極性輸出，即輸出的電壓

6、極性有正有負(fù)。DAC0832需要外接運(yùn)算放大器進(jìn)行電流電壓變換才能得到模擬電壓輸出。r>H<WR同【ABI=>>|RFRWR|lourtDACO632CSAtiNDwk2XI;I：RDGNDPORTA圖14_4 DAC0832應(yīng)劇電路14.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC14.2.1 ADC的根本原理與分類圖1牛5 ADC轉(zhuǎn)換過(guò)程圖14-5所示，模擬電子開(kāi)關(guān) S在采樣脈沖CPS的控制下重復(fù)接通、斷開(kāi)。 S接通 時(shí)，uit對(duì)C充電，為采樣過(guò)程；S斷開(kāi)時(shí)，C上的電壓保持不變，為保持過(guò)程。在保持過(guò) 程中，采樣的模擬電壓經(jīng)數(shù)字化編碼電路轉(zhuǎn)換成一組n位的二進(jìn)制數(shù)輸出。1.逐次逼近型ADC圖1牛

7、6逐次逼近型ADC原理框圖轉(zhuǎn)換開(kāi)始前先將所有存放器清零。開(kāi)始轉(zhuǎn)換以后，時(shí)鐘脈沖先將存放器最高位置成1,這個(gè)數(shù)碼被DAC轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓 uo，送到電壓比擬器中與 ui進(jìn)行比擬。假設(shè)ui > uo, 說(shuō)明存放器輸出數(shù)碼過(guò)大，故將最高位的 1變成0,同時(shí)將次高位置 1;假設(shè)ui v uo,說(shuō)明寄 存器輸出數(shù)碼還不夠大，應(yīng)將這一位的1保存，依次類推將下一位置 1進(jìn)行比擬，直到最低 位為止。比擬完畢后，存放器中的狀態(tài)就是所要求的數(shù)字量輸出。 逐次逼近ADC速度較快， 精度較高，容易與計(jì)算機(jī)連接，應(yīng)用廣泛。2.雙積分型ADC圖1牛7雙積分型ADC雙積分型ADC是一種間接的 ADC，其根本原理是先對(duì)輸入模擬電壓和基準(zhǔn)電壓進(jìn)行兩 次積分，將它們變換成與其輸入量成正比的時(shí)間間隔，再利用計(jì)數(shù)器測(cè)出此時(shí)間間隔，計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)字量就正比于輸入的模擬量。圖14-7是雙積分型ADC的原理圖，它由積分器、檢零比擬器、時(shí)鐘控制門和計(jì)數(shù)器等局部組成。其工作原理請(qǐng)同學(xué)們參看有關(guān)書籍。1422 ADC的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換時(shí)間集成ADC及其應(yīng)用START CI.K7伯圖ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)1 引腳功能2. ADC0809的工作過(guò)程(1) 根據(jù)所選通道編號(hào)，輸入 ADDA , ADDB , ADDC的值，并使 ALE=1 (正脈