講義分析數(shù)電ad-da2

1、 D/A與A/D轉(zhuǎn)換 1. 概述n1. 模模-數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換n定義：模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱為模定義：模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱為模-數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換，或稱為轉(zhuǎn)換，或稱為A/D（Analog to Digital）。）。n把 實(shí) 現(xiàn)把 實(shí) 現(xiàn) A / D 轉(zhuǎn) 換 的 電 路 稱 為轉(zhuǎn) 換 的 電 路 稱 為 A / D 轉(zhuǎn) 換 器轉(zhuǎn) 換 器（Analog Digital Converter ADC）。）。n2. 數(shù)數(shù)-模轉(zhuǎn)換模轉(zhuǎn)換n定義：模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱為模定義：模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱為模數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換，或稱為轉(zhuǎn)換，或稱為A/D（Analog to Digital）n把 實(shí) 現(xiàn)把 實(shí) 現(xiàn) D

2、/ A 轉(zhuǎn) 換 的 電 路 稱 為轉(zhuǎn) 換 的 電 路 稱 為 D / A 轉(zhuǎn) 換 器轉(zhuǎn) 換 器（ Digital Analog Converter DAC）。）。一、模擬量、數(shù)字量以及二者的相互轉(zhuǎn)換一、模擬量、數(shù)字量以及二者的相互轉(zhuǎn)換D/A和和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 連續(xù)變化的物理量稱為模擬量，模擬量是可以連續(xù)取連續(xù)變化的物理量稱為模擬量，模擬量是可以連續(xù)取值的。有規(guī)律但不連續(xù)的變化量稱為數(shù)字量，也叫離散量。值的。有規(guī)律但不連續(xù)的變化量稱為數(shù)字量，也叫離散量。數(shù)字量是不能連續(xù)取值的。數(shù)字量是不能連續(xù)取值的。 連續(xù)變化的連續(xù)變化的模擬量模擬量 電壓、電流或頻電壓、電流或頻率等電量率等

3、電量 被控對(duì)象被控對(duì)象傳傳感感器器A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 處理后的數(shù)處理后的數(shù)字信息字信息 數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)電的模擬量電的模擬量 D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換執(zhí)執(zhí)行行機(jī)機(jī)構(gòu)構(gòu)數(shù)字控制數(shù)字控制系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖典型數(shù)字控制系統(tǒng)框圖1. 概述DAC網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻DAC倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)DACADC直接直接ADC間接間接ADC權(quán)電流型權(quán)電流型DAC權(quán)電容型權(quán)電容型DAC開關(guān)樹型開關(guān)樹型DAC輸入輸入/輸輸出方式出方式并行并行串行串行 1. 概述n分類分類 (1) D/A功能功能: 將數(shù)字量成正比地轉(zhuǎn)換成模擬量將數(shù)字量成正比地轉(zhuǎn)換成模擬量 D/An =4位位8位位10位位12位位16位位n位位

4、數(shù)字量數(shù)字量模擬量模擬量05V或或010V2.D/A轉(zhuǎn)換器原理轉(zhuǎn)換器原理2. D/A轉(zhuǎn)換器1. 權(quán)電阻型權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 模擬開關(guān)，受Di控制。 Di =1時(shí)，模擬開關(guān)左撥； Di =0時(shí)，模擬開關(guān)右撥。權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)求和放大器MSBLSB1111UREF/RUREF/2RUREF/4RUREF/8R15/8R*UREF15/8R*URE*RF運(yùn)算放大器總的輸入電流為運(yùn)算放大器總的輸入電流為 101101102222niiinREFniiinREFniiDRUDRUII運(yùn)算放大器的輸出電壓為運(yùn)算放大器的輸出電壓為 101022niiinREFFFDRURIRu若若RF=1/2R，代入上式

5、后則得，代入上式后則得 DUDUDRURunREFniiinREFniiinREFF222221010102 . D/A轉(zhuǎn)換器 輸出電壓正比于輸入的數(shù)字量輸出電壓正比于輸入的數(shù)字量D=Dn-1Dn-2 D1D0，從而實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。從而實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。當(dāng)當(dāng)D=Dn-1D0=0時(shí)時(shí), uo =0 fnnomoUUuRe212 因而因而uo 的變化范圍是：的變化范圍是： RnnU2120 當(dāng)當(dāng)D=Dn-1D0=111時(shí)，時(shí)， 最大輸出電壓：最大輸出電壓： 電路簡(jiǎn)單，器件少。但精度由電阻的精度定，此電電路簡(jiǎn)單，器件少。但精度由電阻的精度定，此電路中阻值差別大，對(duì)集成不利。

6、路中阻值差別大，對(duì)集成不利。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 2 .D/A轉(zhuǎn)換器一、權(quán)電阻型一、權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1REF112nnnRUDiUREFuOSn-1 Sn-2 Si S1 S01 0 1 0 1 0 1 0 1 0Dn-1 Dn-2 Di D1 D012nR2REF222nnnRUDi22nR) 1 , 0( ,2210REFREF10iiniiinii DDRURUDiiRf)1 , 0( ,210REFffOiinii DDRUR iRuiR22RRD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 右圖所示的電路中，設(shè)右圖所示的電路中，設(shè)n = 4 , U R E F = 1 0 V, R=100k

7、, Rf=8k, 輸入二輸入二進(jìn)制數(shù)碼進(jìn)制數(shù)碼S3S2S1S0為為1011。試問運(yùn)算放大器輸出電壓是試問運(yùn)算放大器輸出電壓是多少？多少？解：解：V8 . 8V)122(10010821330REFfOiiiDRURu 權(quán)電阻型權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器中的解碼網(wǎng)絡(luò)所用的阻值范圍很大轉(zhuǎn)換器中的解碼網(wǎng)絡(luò)所用的阻值范圍很大, 特別是當(dāng)分辨率較高時(shí)特別是當(dāng)分辨率較高時(shí), 電阻值的范圍會(huì)大得難以實(shí)現(xiàn)。電阻值的范圍會(huì)大得難以實(shí)現(xiàn)。 UREFuOSn-1 Sn-2 Si S1 S01 0 1 0 1 0 1 0 1 0Dn-1 Dn-2 Di D1 D0Rf12nR22nRiR22RR二、二、R-2R 網(wǎng)絡(luò)型網(wǎng)絡(luò)

8、型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器虛地虛地2R2RR對(duì)地電對(duì)地電阻為阻為2R2RR對(duì)地電對(duì)地電阻為阻為2R2R2R2R2RRRRRfUREFuOSn-1 Sn-2 Si S1 S01 0 1 0 1 0 1 0 1 0Dn-1 Dn-2 Di D1 D0IREF1/2IREF 1/2IREF)1 , 0( ,2210REFiiniin DDIiiRIUREFREF)1 , 0( ,2210fREFfoiiniin DDRRUiRu 與權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)相比，與權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)相比，R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)中只有電阻網(wǎng)絡(luò)中只有R、2R兩種阻值，從而克服了權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)阻值多、阻值差別兩種阻值，從而克服了權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)阻值

9、多、阻值差別大的缺點(diǎn)。大的缺點(diǎn)。Di=1，Si將電阻接到運(yùn)放反向輸入端將電阻接到運(yùn)放反向輸入端Di=0，Si將電阻接到運(yùn)放同向輸入端將電阻接到運(yùn)放同向輸入端都是虛地，各支路都是虛地，各支路電流不會(huì)變化電流不會(huì)變化2 . D/A轉(zhuǎn)換器2. 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 I 流入流入2R支路支路的電流是依的電流是依2的倍速遞減。的倍速遞減。 1000112211011211122)2222(22222niiinnnnnnnnnnDIDDDDIIDIDIDIDI流入運(yùn)算放大器的電流為：流入運(yùn)算放大器的電流為： 2. D/A轉(zhuǎn)換器運(yùn)算放大器的輸出電壓為：運(yùn)算放大器的輸出電壓為： 102

10、2niiinFFDIRRIU2. D/A轉(zhuǎn)換器n分辨率與轉(zhuǎn)換精度分辨率與轉(zhuǎn)換精度 若RF=R，并將I=UR/R代入上式， 則有 DUDUUnRniiinR22210可見，輸出模擬電壓正比于數(shù)字量的輸入?？梢姡敵瞿M電壓正比于數(shù)字量的輸入。 2 . D/A轉(zhuǎn)換器例例:八位集成八位集成DAC0832（1）引腳排列圖）引腳排列圖 CS片選信號(hào)，用于芯片尋址；片選信號(hào)，用于芯片尋址；ILE允許鎖存信號(hào)；允許鎖存信號(hào)；WR1寫信號(hào)寫信號(hào)1；當(dāng)；當(dāng)LE1（內(nèi)部輸入鎖存信號(hào)（內(nèi)部輸入鎖存信號(hào)1）=CSWR1 ILE=1時(shí)，將數(shù)據(jù)鎖存于輸入鎖存器；時(shí)，將數(shù)據(jù)鎖存于輸入鎖存器；WR2寫信號(hào)寫信號(hào)2；XFER通

11、道控制信號(hào)，當(dāng)通道控制信號(hào)，當(dāng)LE2（內(nèi)部輸入鎖存信號(hào)（內(nèi)部輸入鎖存信號(hào)2）=WR2 XFER=1時(shí)，時(shí)，8位位DAC寄存器可作為數(shù)據(jù)通道；寄存器可作為數(shù)據(jù)通道；2. 信號(hào)線信號(hào)線DI7DI08位數(shù)據(jù)輸入位數(shù)據(jù)輸入IOUT1模擬電流輸出模擬電流輸出1，當(dāng)，當(dāng)DI7DI0為為FFH時(shí)，時(shí)， IOUT1最大，最大，當(dāng)當(dāng)DI7DI0為為0時(shí)，時(shí)， IOUT1=0（最?。ㄗ钚。㊣OUT2模擬電流輸出模擬電流輸出2， IOUT2=常數(shù)常數(shù)- IOUT1RFB反饋電阻引出端；反饋電阻引出端；VREF參考電壓輸入，范圍：參考電壓輸入，范圍：+10V-10V；VCC芯片電壓，范圍：芯片電壓，范圍：+5V+1

12、5V，最佳，最佳15V；AGND模擬地；模擬地；DGND數(shù)字地；數(shù)字地；3. 使用說明使用說明（1）雙緩沖器方式）雙緩沖器方式特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度快，但控制電路復(fù)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度快，但控制電路復(fù)雜。雜。（2）單緩沖器方式）單緩沖器方式特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度慢，但控制電路簡(jiǎn)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度慢，但控制電路簡(jiǎn)單（常用方式）。單（常用方式）。DAC0832 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)模轉(zhuǎn)換器1. DAC0832的內(nèi)部結(jié)的內(nèi)部結(jié)1）8位輸入寄存器位輸入寄存器第一級(jí)數(shù)據(jù)鎖存器第一級(jí)數(shù)據(jù)鎖存器2）8位位DAC寄存器寄存器第二級(jí)數(shù)據(jù)鎖存器第二級(jí)數(shù)據(jù)鎖存器3）8位位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器完成數(shù)模轉(zhuǎn)換完成數(shù)模轉(zhuǎn)換8位輸入位輸入寄存器寄存器8位

13、位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DI7DI7 DI0 DI0ILEILECSCSWR1WR1WR2WR2XFERXFERVREVREF F IOUTIOUT2 2 IOUTIOUT1 1RBFRBFAGNDAGNDVCCVCCDGNDDGNDIE1IE1IE2IE2&功功 能能數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)D7-D0D7-D0輸輸入到寄存器入到寄存器1 1數(shù)據(jù)由寄存器數(shù)據(jù)由寄存器1 1轉(zhuǎn)送寄存器轉(zhuǎn)送寄存器2 2從輸出端取從輸出端取模擬量模擬量控控 制制 條條 件件CSILEWR1WR2XFER說說 明明01WR1= 0時(shí)存入數(shù)據(jù)時(shí)存入數(shù)據(jù)WR1= 1時(shí)鎖定時(shí)鎖定WR2= 0時(shí)存入數(shù)據(jù)時(shí)存入數(shù)據(jù)W

14、R2= 1時(shí)鎖定時(shí)鎖定0無控制信號(hào)，無控制信號(hào)，隨時(shí)可取隨時(shí)可取DAC0832 功功 能能 表表例例1. 單步輸入操作單步輸入操作 - 適用于單個(gè)適用于單個(gè)DAC工作工作ILEWR2WR1CSXFERRfbD0D7Iout2Iout1-+.1(a)D7 D0CSWR1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存入存入數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 鎖定鎖定( b)2 . D/A轉(zhuǎn)換器（3） DAC0832的三種工作方式（的三種工作方式（1） 2 . D/A轉(zhuǎn)換器（3） DAC0832的三種工作方式（的三種工作方式（2） 2 . D/A轉(zhuǎn)換器（3） DAC0832的三種工作方式（的三種工作方式（3） 地線的連接地線的連接DGNDAGND模擬電路模擬電

15、路數(shù)字電路數(shù)字電路ADCDAC模擬電路模擬電路數(shù)字電路數(shù)字電路Exercise：n5. If the input is 10000000 of an 8 bit DAC, the corresponding output is 5v. Then an input is 00000001 to the DAC, the corresponding output is 5/128 (0.0391) V; if an input is 10001000, the corresponding DAC output is 5.3125 V. nWhen the input is 10000000 of

16、an 8 bit DAC, the corresponding output voltage is 2V. The output voltage is ( 3.98 ) V when the input is 11111111. nWhen the input is 01000000 of an 8 bit DAC, the corresponding output voltage is 2V. The output voltage range for the DAC is ( 0 7.97 )V. 由于模擬量時(shí)間和（或）數(shù)值上是連續(xù)的，而數(shù)字量在由于模擬量時(shí)間和（或）數(shù)值上是連續(xù)的，而數(shù)字量

17、在時(shí)間和數(shù)值上都是離散的，所以轉(zhuǎn)換時(shí)要在時(shí)間上對(duì)模擬時(shí)間和數(shù)值上都是離散的，所以轉(zhuǎn)換時(shí)要在時(shí)間上對(duì)模擬信號(hào)離散化（采樣），還要在數(shù)值上離散化（量化），一信號(hào)離散化（采樣），還要在數(shù)值上離散化（量化），一般步驟為：般步驟為：采樣采樣保持保持量化量化編碼編碼3. A / D轉(zhuǎn)換器1. A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理 （1） 采樣定理采樣定理 模擬信號(hào)采樣信號(hào) 取樣頻率取樣頻率fS必須大于等于輸入模擬信號(hào)包含的最高頻率必須大于等于輸入模擬信號(hào)包含的最高頻率fmax的兩倍，即：的兩倍，即： max2 ffs3. A / D轉(zhuǎn)換器（2） 量化和編碼量化和編碼量化：量化： 將采樣電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量最

18、小數(shù)量單位的整數(shù)倍的過程。將采樣電壓轉(zhuǎn)化為數(shù)字量最小數(shù)量單位的整數(shù)倍的過程。用用表表示示編碼：編碼： 將量化結(jié)果用代碼表示出來。將量化結(jié)果用代碼表示出來。量化誤差：量化誤差： 由于模擬量不一定能被由于模擬量不一定能被 整除。整除。3. A / D轉(zhuǎn)換器例如：要將例如：要將01V的模擬電壓轉(zhuǎn)換為三位二進(jìn)制代碼。的模擬電壓轉(zhuǎn)換為三位二進(jìn)制代碼。方法方法1：取：取1/8 V，0 1/8 V 的電壓以的電壓以0 表示，則：表示，則：模擬電壓模擬電壓二進(jìn)制編碼二進(jìn)制編碼 代表的模擬電壓電平代表的模擬電壓電平可見量化誤差最大達(dá)可見量化誤差最大達(dá)=1/8 V。3. A / D轉(zhuǎn)換器方法方法2：?。喝?/15

19、 V，0 1/15 V 的電壓以的電壓以0 表示，則表示，則模擬電壓模擬電壓二進(jìn)制編碼二進(jìn)制編碼代表的模擬電壓電平代表的模擬電壓電平可見量化誤差最大達(dá)可見量化誤差最大達(dá)/2=1/15 V。3 . A / D轉(zhuǎn)換器例例3：AD變換的最低值用變換的最低值用 表示，最高值表示，最高值5V用用1111111111表示，表示，1V電壓用什么表示？電壓用什么表示？3 . A / D轉(zhuǎn)換器1010102105( )0.0048828( ) 4.8828()25( )1( )204.8 () 204128 64 8 4 0011001100212045 0.9961024VVmVVxVxV 分辨率舍去小數(shù)法2

20、v電壓如何表示？ tf(t)O模擬信號(hào)模擬信號(hào)二、取樣二、取樣保持電路保持電路 所謂取樣就是將一個(gè)時(shí)間上連所謂取樣就是將一個(gè)時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的模擬量。的模擬量。 根據(jù)取樣定理，每經(jīng)過一定時(shí)根據(jù)取樣定理，每經(jīng)過一定時(shí)間間隔間間隔TS取出信號(hào)的一個(gè)值，只要取出信號(hào)的一個(gè)值，只要TS （fm為信號(hào)頻帶中的最高為信號(hào)頻帶中的最高頻率），這些取樣值就可以無損失頻率），這些取樣值就可以無損失地表達(dá)原模擬信號(hào)。地表達(dá)原模擬信號(hào)。m21ftf *(t)O76543211TS 2TS取樣信號(hào)取樣信號(hào)3TS 4TS 5TS 6TS 7TS8TSA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器

21、 二、取樣二、取樣保持電路保持電路 由于對(duì)模擬量進(jìn)行量化的由于對(duì)模擬量進(jìn)行量化的過程需要一定的時(shí)間，所以為過程需要一定的時(shí)間，所以為保證轉(zhuǎn)換精度，在轉(zhuǎn)換（即量保證轉(zhuǎn)換精度，在轉(zhuǎn)換（即量化）時(shí)間內(nèi)應(yīng)使取樣點(diǎn)的函數(shù)化）時(shí)間內(nèi)應(yīng)使取樣點(diǎn)的函數(shù)值保持不變。值保持不變。 這種暫時(shí)保持由瞬時(shí)取樣這種暫時(shí)保持由瞬時(shí)取樣得到的模擬信號(hào)的電路，就是得到的模擬信號(hào)的電路，就是取樣取樣保持電路。右圖是一種保持電路。右圖是一種常用的取樣常用的取樣保持電路。保持電路。 uIS(t) +uOR2CTR1S(t)S(t)S(t)S(t)uO= -uC+ -+ -10tWS(t)TS-tW 在取樣脈沖在取樣脈沖S（t）持續(xù)時(shí)

22、間）持續(xù)時(shí)間tw內(nèi)內(nèi) ，T導(dǎo)通。輸入信號(hào)導(dǎo)通。輸入信號(hào)uI經(jīng)經(jīng)開關(guān)開關(guān)T對(duì)電容對(duì)電容C進(jìn)行充電。只要進(jìn)行充電。只要充電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于取樣信號(hào)充電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于取樣信號(hào)S（t）的持續(xù)時(shí)間）的持續(xù)時(shí)間tw，則輸出，則輸出信號(hào)信號(hào)uO就能跟蹤輸入信號(hào)就能跟蹤輸入信號(hào)uI的的變化。變化。 當(dāng)取樣脈沖結(jié)束，即在當(dāng)取樣脈沖結(jié)束，即在TS-tw時(shí)間內(nèi)，場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)間內(nèi)，場(chǎng)效應(yīng)管T關(guān)斷，因關(guān)斷，因而電容器上電壓而電容器上電壓uC無泄放回路，無泄放回路，保持不變，則保持不變，則uO=-uC也保持不也保持不變。變。 LSB第三節(jié)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 三、并行比較型三、并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 假定被轉(zhuǎn)換的

23、模擬輸假定被轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓入電壓uI在在0UREF范圍范圍內(nèi)變化。取內(nèi)變化。取3位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù)代表模擬輸入代表模擬輸入uI的數(shù)字輸?shù)臄?shù)字輸出。出。 采用有舍有入的量采用有舍有入的量化方式，利用電阻分壓化方式，利用電阻分壓把標(biāo)準(zhǔn)電壓把標(biāo)準(zhǔn)電壓UREF分成分成8段（量化階梯），位數(shù)段（量化階梯），位數(shù)越多，精度越高。越多，精度越高。UR1= UREF141R2R2RRRRRRUR2= UREF143UR3= UREF145UR4= UREF147UR6= UREF1411UR5= UREF149UR7= UREF1413UREFLSB/2二進(jìn)制數(shù)輸出二進(jìn)制數(shù)輸出 其中其中6段間隔為段間隔

24、為(1/7)UREF，另外兩段間，另外兩段間隔（最初和最末）為隔（最初和最末）為(1/14)UREF。因此，輸入。因此，輸入模擬電壓從模擬電壓從0到到UREF整個(gè)整個(gè)范圍內(nèi)，它的最大量化誤范圍內(nèi)，它的最大量化誤差都是一樣的，即永遠(yuǎn)不差都是一樣的，即永遠(yuǎn)不會(huì)超過會(huì)超過(1/14) UREF。010011100101110111 001是在是在(1/7)UREF時(shí)的時(shí)的值。在值。在(1/14)UREF，(3/14)UREF之間的值和之間的值和(1/7)UREF最多相差最多相差(1/14)UREF ，因此，最大量，因此，最大量化誤差不會(huì)超過化誤差不會(huì)超過(1/14) UREF。000001R8R1參

25、考電壓參考電壓模擬輸入電壓模擬輸入電壓uI UREF141 UREF143 UREF145 UREF147 UREF1411 UREF149 UREF1413R2R2RRRRRR分壓器組分壓器組UREFC1C7C6C5C4C3C2uI比較器組比較器組Q6Q4FF7Q7FF6FF5Q5FF4FF3Q3FF2Q2FF1Q1CP 由由7個(gè)個(gè)D觸發(fā)器組成觸發(fā)器組成的同步寄存的同步寄存器組。器組。D2D1D0編碼器編碼器例：當(dāng)例：當(dāng) ， 求輸出的數(shù)字量。求輸出的數(shù)字量。REFIREF145143UuU0000011REFI143Uu REFI141Uu REFI145Uu 001010001010000

26、100D1DIu2DIuIuIuIuIuIuIu0 1 0 1 1 0 0 0 0 03/14UREFuI 5/14UREF 由于各個(gè)比較器的工作過程幾由于各個(gè)比較器的工作過程幾乎是同時(shí)的，所以并行比較型乎是同時(shí)的，所以并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率在所有轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率在所有A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換方案中是最高的。方案中是最高的。 但需要使用大量的比較器。但需要使用大量的比較器。FF1 FF2 FF3 FF4 FF5QA QB QC QD QECPuI(t)uOCOCOCO1 uI uO3位碼位碼D/AC電路電路補(bǔ)償電壓補(bǔ)償電壓=（1/2）LSB=0.5VA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 六、逐次比較型六、逐次比

27、較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器10004V3.5V4.9V0 逐次比較型逐次比較型ADC工作原理也工作原理也可用天平測(cè)量質(zhì)量可用天平測(cè)量質(zhì)量來比照。來比照。 模數(shù)為模數(shù)為5的環(huán)型計(jì)的環(huán)型計(jì)數(shù)器。數(shù)器。 例：例：uI(t)=4.9V10000G3 G2 G1RdQ3 Q2 Q1G4G5G6D2D1D03位碼位碼D/AC電路電路000FF1 FF2 FF3 FF4 FF5QA QB QC QD QECPuI(t)uOCOCOCO1 uI uO3位碼位碼D/AC電路電路補(bǔ)償電壓補(bǔ)償電壓=（1/2）LSB=0.5VG3 G2 G1RdQ3 Q2 Q1G4G5G6D2D1D04.9V6V5.5V0第三節(jié)第

28、三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 六、逐次比較型六、逐次比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 第二個(gè)第二個(gè)時(shí)鐘脈沖到時(shí)鐘脈沖到來時(shí)。來時(shí)。0100010001101 第三個(gè)第三個(gè)時(shí)鐘脈沖到時(shí)鐘脈沖到來時(shí)。來時(shí)。001001010 第五個(gè)第五個(gè)時(shí)鐘脈沖到時(shí)鐘脈沖到來時(shí)。來時(shí)。000011015V4.5V G4、G5、G6門門開，開，Q3、Q2、Q1數(shù)數(shù)據(jù)傳出。據(jù)傳出。UREF -uIDn-1D1D0CPDQnQn-1Q1Q0uO1uO2CR2S1R1S2A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 七、雙積分型七、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器就是先把電壓轉(zhuǎn)換成中間量轉(zhuǎn)換器就是先把電壓轉(zhuǎn)換成中間量時(shí)時(shí)間，再將

29、時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字，這種轉(zhuǎn)換方法屬于間接轉(zhuǎn)換。間，再將時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字，這種轉(zhuǎn)換方法屬于間接轉(zhuǎn)換。01- +1有效有效0001000101100011010111110001UREF -uIDn-1D1D0CPDQnQn-1Q1Q0uO1uO2CR2S1R1S210001有效有效A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 七、雙積分型七、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器就是先把電壓轉(zhuǎn)換成中間量轉(zhuǎn)換器就是先把電壓轉(zhuǎn)換成中間量時(shí)時(shí)間，再將時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字，這種轉(zhuǎn)換方法屬于間接轉(zhuǎn)換。間，再將時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字，這種轉(zhuǎn)換方法屬于間接轉(zhuǎn)換。0- +100 正電壓正電壓UREF向電容向電容C充電，電容兩端電壓不能充電

30、，電容兩端電壓不能突變，使得突變，使得uo1電壓逐步電壓逐步下降，但還是正值，下降，但還是正值， uo2為負(fù)值。為負(fù)值。 非門輸出維持不變，非門輸出維持不變，還是高電平，使得還是高電平，使得CP信號(hào)信號(hào)繼續(xù)有效，繼續(xù)有效， 計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)。數(shù)。010110001 當(dāng)輸出當(dāng)輸出D為為100時(shí)，時(shí)，uo1小于零，使得小于零，使得uo2信號(hào)信號(hào)翻轉(zhuǎn)為高電平。翻轉(zhuǎn)為高電平。 此時(shí)非門輸出為此時(shí)非門輸出為0，關(guān)，關(guān)斷斷CP信號(hào)，寄存器輸出可信號(hào)，寄存器輸出可以作為數(shù)字量輸出。以作為數(shù)字量輸出。0無效無效(式式7.3.2)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 七、雙積分型七、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 雙積分型

31、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器在開始一定時(shí)間內(nèi)，積分器轉(zhuǎn)換器在開始一定時(shí)間內(nèi)，積分器A1以輸以輸入電壓入電壓uI為被積函數(shù)進(jìn)行積分，然后以與輸入電壓為被積函數(shù)進(jìn)行積分，然后以與輸入電壓uI極性相極性相反的參考電壓為被積函數(shù)進(jìn)行積分，再對(duì)積分輸出電壓進(jìn)行反的參考電壓為被積函數(shù)進(jìn)行積分，再對(duì)積分輸出電壓進(jìn)行過零比較。過零比較。 UO2UO1斜率斜率1ICRuUO1t0t1T1（常數(shù)）斜率斜率1REFCRUt2T2D的正向電壓的正向電壓-0.75V-0.75V（ t0tt1，uI0 ） dt1I11OuCRU10 I11Odt1ttuCRU11I 0 I1|dt11TCRuuCRT式中：式中：T1= t1 -

32、 t0, t0 = 0, uI0。（t = t2t = t2） 21 REF11O1Odt1ttUCRUU2 0 REF11Odt1TUCRu021REF1OTCRUU21REF1OTCRUU(式式7.3.4)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 =11ITCRu |21TCRUREF1I2TUuTREF|CIC22 TUuTTnREF|nUu2IREF|七、雙積分型七、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器U02U01斜率斜率1iCRuU01t0t1T1（常數(shù)）斜率斜率1REFCRut2T2D的正向電壓的正向電壓-0.75V-0.75V將式（將式（7.3.2）代入式（）代入式（7.3.4）得）得 另外，另外，A/DA/D

33、轉(zhuǎn)換器的新產(chǎn)品也時(shí)有出現(xiàn)，如用于高精度音轉(zhuǎn)換器的新產(chǎn)品也時(shí)有出現(xiàn)，如用于高精度音頻信號(hào)處理的頻信號(hào)處理的-型型A/DA/D轉(zhuǎn)換器等。轉(zhuǎn)換器等。1. 常用的常用的D/A轉(zhuǎn)換器有權(quán)電阻型和轉(zhuǎn)換器有權(quán)電阻型和R-2R網(wǎng)絡(luò)型兩種電路。網(wǎng)絡(luò)型兩種電路。 由于由于R-2R 網(wǎng)絡(luò)型電阻取值較少，易于集成，便于提高精網(wǎng)絡(luò)型電阻取值較少，易于集成，便于提高精度，多為集成度，多為集成D/A轉(zhuǎn)換器所采用。轉(zhuǎn)換器所采用。2. 常用的常用的A/D轉(zhuǎn)換器有雙積分、逐次比較和并行比較型三種。轉(zhuǎn)換器有雙積分、逐次比較和并行比較型三種。 雙積分型精度高，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)元件穩(wěn)定性要求較低，雙積分型精度高，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)元件穩(wěn)

34、定性要求較低，但轉(zhuǎn)換速率低；但轉(zhuǎn)換速率低； 逐次比較型轉(zhuǎn)換精度較高，成本較低，速度適中；逐次比較型轉(zhuǎn)換精度較高，成本較低，速度適中； 并行比較型轉(zhuǎn)換速率高，但要求集成度高，且易受干擾。并行比較型轉(zhuǎn)換速率高，但要求集成度高，且易受干擾。小小 結(jié)結(jié) 3. A/D 變換器的主要技術(shù)指標(biāo)變換器的主要技術(shù)指標(biāo) 一、分辨率：以輸出二進(jìn)制代碼的一、分辨率：以輸出二進(jìn)制代碼的位數(shù)表示分辨率。位數(shù)越多，量化誤差位數(shù)表示分辨率。位數(shù)越多，量化誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。越小，轉(zhuǎn)換精度越高。 二、轉(zhuǎn)換速度：完成一次二、轉(zhuǎn)換速度：完成一次A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，即從它接到轉(zhuǎn)換命令所需要的時(shí)間，即從它接到轉(zhuǎn)換命令起直到

35、輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出起直到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出所需要的時(shí)間。所需要的時(shí)間。 三、相對(duì)精度：實(shí)際轉(zhuǎn)換值和理三、相對(duì)精度：實(shí)際轉(zhuǎn)換值和理想特性之間的最大偏差。想特性之間的最大偏差。 四、其它：功率。電源電壓、電四、其它：功率。電源電壓、電壓范圍等。壓范圍等。A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度 （階梯電壓）分辨率（分解度）naxV2Im【例】已知【例】已知8位位A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓VREF=5.12V，求當(dāng)輸入為，求當(dāng)輸入為VI=3.8V時(shí)的數(shù)字量輸出。時(shí)的數(shù)字量輸出。解：解： Im85.120.022 -12 -1255axREFnVVV

36、 （ ）210)10111110()190(02. 08 . 3IV輸出數(shù)字2. 2. 轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度（1 1）高速）高速ADCADC并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型ADCADC（2 2）中速）中速ADCADC逐次逼近型逐次逼近型（3 3）低速）低速ADCADC雙積分型雙積分型（2）八位集成）八位集成ADC0809 3 . A / D轉(zhuǎn)換器 引腳圖引腳圖 ADC0809是是8位位CMOS逐次比較型逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，具有轉(zhuǎn)換器，具有8個(gè)輸入個(gè)輸入通道，可直接選通通道，可直接選通8路模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。路模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 輸出設(shè)有三態(tài)輸出設(shè)有三態(tài)TTL鎖存緩沖器，便于和各種微處理機(jī)接口。鎖存緩沖器，便于和

37、各種微處理機(jī)接口。 ADC0809的主要組成部分有的主要組成部分有8路模擬開關(guān)、地址譯碼、路模擬開關(guān)、地址譯碼、256個(gè)個(gè)電阻組成的電阻網(wǎng)絡(luò)和開關(guān)樹、電阻組成的電阻網(wǎng)絡(luò)和開關(guān)樹、8位逐次比較寄存器、位逐次比較寄存器、8位三態(tài)輸位三態(tài)輸出鎖存緩沖器、比較器和時(shí)序控制電路。出鎖存緩沖器、比較器和時(shí)序控制電路。A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 八、集成八、集成A/D轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用ALEADDCADDBADDA地址地址譯碼譯碼與與鎖存鎖存8路路模模擬擬開開關(guān)關(guān)器器IN0 IN1 IN2IN3 IN4 IN5 IN6 IN78路路模模擬擬輸輸入入 8路模擬輸入信路模擬輸入信號(hào)選擇哪一路進(jìn)行號(hào)選擇哪一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，要靠多路選轉(zhuǎn)換，要靠多路選擇器來完成。擇器來完成。例：例：ADDC=1 ADDB=1 ADDA=0 的情況的情況 1101IN6逐次比較寄存器逐次比較寄存器 8位逐次比較寄位逐次比較寄存器共可記錄存器共可記錄28 = 256 種不用狀態(tài)。種不用狀態(tài)。 樹狀開關(guān)樹狀開關(guān) 開關(guān)樹輸出開關(guān)樹輸出UREF也也有有