模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換課件

1、模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換演講者 耿福 組長 陳賢杰 組員 鄧紅波 董偉 凌承志 安全1001演講內(nèi)容 一、D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換原理 二、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換原理 三、A/D轉(zhuǎn)換器分類及應(yīng)用介紹將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的裝置稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器(簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC)將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC) DAC是英文Digital-Analog Converter的縮寫 ADC是英文Analog-Digital Converter的縮寫一、D/A轉(zhuǎn)換器 1.1倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 D/A轉(zhuǎn)換器有很多種，目前生產(chǎn)的D/A轉(zhuǎn)換器中大多采用倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)這種結(jié)構(gòu)。 其電路如下圖所示

2、。 1.電路 計算時注意事項 （1）在圖1.1中，00，11，22，33左邊部分電路的等效電阻均為R。計算時注意事項 （2）不論模擬開關(guān)接到運算放大器的反相輸入端（虛地）或接地（即數(shù)字信號是否導(dǎo)通）各支路的電流時不變的。參考電壓輸入的電流為而后根據(jù)分流公式得出各支流電路 13221RUIIRR22241RUIIRR31281RUIIRR402161RUIIRRRUIRR)2222(200112233401ddddRUIR由此可得出電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出電流 運算放大器輸出短的模擬電壓 則為0U)2222(2001122334010ddddRURIRURFF 如果輸入的是n位二進制數(shù)，則)2.22(20

3、022110dddRURUnnnnnRF 當(dāng)取 ,則上式為RRF)2.22(20022110dddRURUnnnnnRF 有上式可知： 的最值為 最小值為 ； 最大值為 。0UnRU2nRnU212）（10242210n 1.2數(shù)字量與模擬量的關(guān)系 數(shù)模轉(zhuǎn)換器集成電路芯片種類很多，按輸入的二進制的位數(shù)分類有8位、10位、12位和16位等。 下面介紹CC7520輸入數(shù)字量與輸出模擬量的關(guān)系，其中001. 0102311 -2110模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換1.3D/A轉(zhuǎn)化器的主要技術(shù)指標(biāo))2222(28 -0011223340ddddU 1.分辨率 D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率是指最小輸出電壓與最大輸出電壓之

4、比。例如10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為 2.精度 轉(zhuǎn)化器的精度是指輸出的模擬電壓的實際值與理想值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。該誤差是由參考電壓偏離標(biāo)準(zhǔn)值、運算放大器的零點漂移、模擬開關(guān)的電壓降以及電阻阻值的偏差等原因所引起的。 3.線性度 4.輸出電壓（或電流）的建立時間 5電源抑制比二、A/D轉(zhuǎn)換器 2.1逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器也有很多種，下面介紹目前用的較多的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。2.1逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器 其工作原理可用天平稱重過程來比喻說明。好比用4個分別重8g，4g，2g，1g的砝碼去稱重13g物體，稱重順序見表2.1。 表2.1逐次逼近稱物一例順序砝碼重量比較判斷該砝

5、碼是否保留或除去18g8g13g留28g+4g12g13g去48g+4g+1g13g=13g留2.2A/D轉(zhuǎn)換器原理 逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器一般由順序脈沖發(fā)生器、逐次逼近寄存器、D/A轉(zhuǎn)換器和電壓比較器等幾部分組成，其原理方框圖如圖2.2：順序脈沖發(fā)生器CP逐次逼近型寄存器DAC電壓比較器輸出數(shù)字量輸入電壓U1U0圖2.2逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的原理方框圖原理解釋 轉(zhuǎn)換開始，順序脈沖發(fā)生器輸出的順序脈沖首先將寄存器的最高位置1，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬電壓U0送入比較器與待轉(zhuǎn)換的輸入電壓U1進行比較。 若U0U1，說明數(shù)字量過大，將最高位的1除去，而將次高位置1；若U0U1，說明數(shù)字量還

6、不夠大，應(yīng)將這以為的1保留，還須將下一位高位置1。 這樣逐次比較下去，一直到最低位為止。寄存器的邏輯狀態(tài)就是對應(yīng)于輸入電壓U1的輸出數(shù)字量。補充說明 因為模擬電壓在時間上一般是連續(xù)變化量，而要輸出的是數(shù)字量（二進制數(shù)），所以在進行轉(zhuǎn)化時必須在一系列選定的時間間隔對模擬電壓采樣（見第16章16.3節(jié)）。經(jīng)采樣保持電路后，得出的每次采樣結(jié)束時的電壓就是上述待轉(zhuǎn)換的輸入電壓U1。 下面結(jié)合圖2.3的具體電路來說明逐次逼近的過程。QF3SRRF2SQRF1SQRF0SQ&d3&d2&d1&d0讀出讀出“與門與門”&111d3d0E讀出控制端讀出控制端UiUA電壓

7、電壓比較器比較器逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器控制邏輯門控制邏輯門時鐘脈沖時鐘脈沖五位順序脈沖發(fā)生器五位順序脈沖發(fā)生器四位逐次逼近型模四位逐次逼近型模- -數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理電路數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理電路四位四位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器CQ4Q3Q2Q1Q0d2d11 0 0 06V 5. 5V4V5V1 1 0 01 0 1 01 0 1 1 6D/A轉(zhuǎn)換器輸出轉(zhuǎn)換器輸出U0為正值為正值VU/03d2d1d0dR321, 1 Ud對應(yīng)于時t0t1t310001100101010001011t2R241,1dU對應(yīng)于時R181,1Ud對應(yīng)于時R0161,1Ud對應(yīng)于時V,8 -RU設(shè)參考電壓543210。輸輸入入

8、電電壓壓V52. 5I U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(yīng)應(yīng)模模擬擬電電壓壓)222(28-00667780dddU -2.3A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 1.分辨率 以輸出二進制的位數(shù)表示分辨率。位數(shù)越多，誤差越小，分辨率越高。 2.轉(zhuǎn)換速度 從它接到轉(zhuǎn)換控制信號起，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出所需要的時間。其中有轉(zhuǎn)換一次需10ms以上的慢速ADC，需幾十至幾百s的中速ADC及只需幾s或小于1s的高速及超高速ADC。 3.相對精度 實際轉(zhuǎn)換值與理想值之間的最大偏差。 4其他 功率、電源電壓、電壓范圍等。三、A/D轉(zhuǎn)換器分類及應(yīng)用介紹 （1）從原理上分 雙積分型ADC、逐次逼近型ADC、并行型ADC以及 型。 （2）從轉(zhuǎn)換速度上分 （3）從ADC輸出的數(shù)字量最大位數(shù)（即分辨率）來分 以二進制形式輸出的有8、10、12、14、16、24位等，以BCD碼形式輸出的有三位半，四位半及更高分辨率的。 （4）從ADC芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)分 有單獨的A/D轉(zhuǎn)換器，如ADC0801、AD7581型等。有功能更為強大的AD363轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部有16路模擬多路開關(guān)，數(shù)據(jù)放大器，采樣/保