補(bǔ)充da和ad轉(zhuǎn)換器.等多個(gè)文件

1、補(bǔ)充：D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器第一節(jié)D/A和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理 第二節(jié)D/A轉(zhuǎn)換器第三節(jié)A/D轉(zhuǎn)換器 小結(jié)一、模擬量、數(shù)字量以及二者的相互轉(zhuǎn)換第一節(jié) D/A和A/D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。 連續(xù)變化的模擬量 電壓、電流或頻率等電量 被控對象傳感器A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào) 處理后的數(shù)字信息 數(shù)字系統(tǒng)電的模擬量 D/A轉(zhuǎn)換執(zhí)行機(jī)構(gòu)數(shù)字控制系統(tǒng)框圖二、D/A轉(zhuǎn)換的基本原理第一節(jié) D/A和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理 要將模擬量A轉(zhuǎn)換為數(shù)字量D，需要一個(gè)模擬參考量R ，使得A = DR 若 maxA

2、=R 則 0D1 即數(shù)字量D是一個(gè)不大于1的n進(jìn)制數(shù)。自然，這里的D是二進(jìn)制數(shù)： D = a121 + a222 + + an2n , ai(0, 1) 實(shí)際中通常用一個(gè)參考電壓UREF作模擬參考量。 第一節(jié) D/A和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理 注意，A雖是模擬量，但并不能取任意值，而只能根據(jù)輸入量D得到某些特定值。ADOLSBD/A轉(zhuǎn)換特性 三、 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) 分辨力：A/D轉(zhuǎn)換器分辨最小模擬量的能力。 分辨率：通常指A/D轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)。 滿量程：D/A轉(zhuǎn)換器可輸出模擬量的最大值。 非線性誤差 ：在滿量程范圍內(nèi)偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大值稱為非線性誤差。 第一節(jié) D/A和A/D轉(zhuǎn)換

3、的基本原理 也就是最低有效位LSB所對應(yīng)的模擬量 ，記作RLSB 。 顯然位數(shù)越多，D/A轉(zhuǎn)換器所能輸出的最小模擬量值也越小，因而分辨力與分辨率是統(tǒng)一的。有時(shí)對二者不加區(qū)分。 轉(zhuǎn)換精度：通常以滿量程相對誤差來說明D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度。 建立時(shí)間：從輸入數(shù)字信號(hào)穩(wěn)定到輸出模擬信號(hào)穩(wěn)定所需要的時(shí)間。 (u)max為最大絕對誤差。 溫度系數(shù)：在規(guī)定范圍內(nèi)，溫度變化1時(shí)，增益、線性度、零點(diǎn)及偏移等參數(shù)的變化量分別稱為增益溫度系數(shù)、線性度溫度系數(shù)、零點(diǎn)溫度系數(shù)、偏移溫度系數(shù)。 建立時(shí)間決定了D/A轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)所能達(dá)到的最小重復(fù)周期。 三、 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) 第一節(jié) D/A和A/D轉(zhuǎn)換的基本

4、原理 四、 A/D轉(zhuǎn)換的基本原理 A/D轉(zhuǎn)換的過程，是一個(gè)將模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的編碼過程。 若模擬參考量為R，則輸出數(shù)字量D和輸入模擬量A之間的關(guān)系為 D A/R第一節(jié) D/A和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理 DA/D轉(zhuǎn)換器AR（UREF）A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換類似用天平測量質(zhì)量質(zhì)量天平儀mX質(zhì)量天平儀mX質(zhì)量天平儀mXmmin 數(shù)字D永遠(yuǎn)不能精確地表示被測物體質(zhì)量mx，而只能以一個(gè)最小砝碼mmin的精度去逼近。 mmin稱為量化單位。無論mmin多小，總不能是無窮小，由mmin不能是無窮小而帶來的誤差稱為量化誤差。 量化誤差是不能消除的。但A/D轉(zhuǎn)換得出的數(shù)字量可以提供較模擬量更多的有效數(shù)字，使得數(shù)

5、據(jù)處理的總體精度大大提高。第一節(jié) D/A和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理 DAOLSB五、 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) 分辨力：A/D轉(zhuǎn)換器分辨最小模擬量的能力。 分辨率：A/D轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制位數(shù)。 量化誤差：量化誤差通常是指1個(gè)LSB的輸出變化所對應(yīng)模擬量的范圍。 轉(zhuǎn)換精度：A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度不僅僅取決于量化誤差，而是由多種因素決定的。 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度一般表示為nLSB。 轉(zhuǎn)換時(shí)間：完成一次轉(zhuǎn)換所用的時(shí)間。第一節(jié) D/A和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理 五、 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) 轉(zhuǎn)換速率：每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。 轉(zhuǎn)換速率與轉(zhuǎn)換時(shí)間不一定是倒數(shù)關(guān)系。 第一節(jié) D/A和A/D轉(zhuǎn)換的基本原理 兩次轉(zhuǎn)換過

6、程允許有部分時(shí)間的重疊，因而轉(zhuǎn)換速率大于轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)，這稱作管線（pipelining）工作方式。 例如：一、權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器第二節(jié) D/A轉(zhuǎn)換器UREFuOSn-1 Sn-2 Si S1 S01 0 1 0 1 0 1 0 1 0Dn-1 Dn-2 Di D1 D0iRf第二節(jié) D/A轉(zhuǎn)換器 右圖所示的電路中，設(shè)n=4, UREF =-10V, R=100k, Rf=8k, 輸入二進(jìn)制數(shù)碼S3S2S1S0為1011。試問運(yùn)算放大器輸出電壓是多少？解： 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, 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)。 UREFuOSn-1 Sn-

7、2 Si S1 S01 0 1 0 1 0 1 0 1 0Dn-1 Dn-2 Di D1 D0Rf二、R-2R 網(wǎng)絡(luò)型D/A轉(zhuǎn)換器第二節(jié) D/A轉(zhuǎn)換器虛地2R2RR對地電阻為2R2RR對地電阻為2R2R2R2R2RRRRRfUREFuOSn-1 Sn-2 Si S1 S01 0 1 0 1 0 1 0 1 0Dn-1 Dn-2 Di D1 D0IREF2/ IREF2/ IREFi 與權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)相比，R-2R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、阻值差別大的缺點(diǎn)。第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器 一、A/D轉(zhuǎn)換器的關(guān)鍵部件比較器 A/D轉(zhuǎn)換的過程就是用模擬量A與參考量R比較的過程，因

8、此，電壓比較器就成了A/D轉(zhuǎn)換器中重要部件。 比較器的輸出為 +DuXUREF01tf(t)O模擬信號(hào)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器 二、取樣保持電路 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)間上離散的模擬量。 根據(jù)取樣定理，每經(jīng)過一定時(shí)間間隔TS取出信號(hào)的一個(gè)值，只要TS （fm為信號(hào)頻帶中的最高頻率），這些取樣值就可以無損失地表達(dá)原模擬信號(hào)。tf *(t)O76543211TS2TS取樣信號(hào)3TS4TS5TS6TS7TS8TS第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器 二、取樣保持電路 由于對模擬量進(jìn)行量化的過程需要一定的時(shí)間，所以為保證轉(zhuǎn)換精度，在轉(zhuǎn)換（即量化）時(shí)間內(nèi)應(yīng)使取樣點(diǎn)的函數(shù)值保持不變。 這種暫時(shí)保持由

9、瞬時(shí)取樣得到的模擬信號(hào)的電路，就是取樣保持電路。右圖是一種常用的取樣保持電路。 uIS(t) +uOR2CTR1S(t)S(t)S(t)S(t)+ -10tWS(t)TS-tW 在取樣脈沖S（t）持續(xù)時(shí)間tw內(nèi) ，T導(dǎo)通。輸入信號(hào)uI經(jīng)開關(guān)T對電容C進(jìn)行充電。只要充電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于取樣信號(hào)S（t）的持續(xù)時(shí)間tw，則輸出信號(hào)uO就能跟蹤輸入信號(hào)uI的變化。 當(dāng)取樣脈沖結(jié)束，即在TS-tw時(shí)間內(nèi)，場效應(yīng)管T關(guān)斷，因而電容器上電壓uC無泄放回路，保持不變，則uO=-uC也保持不變。 LSB第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器 三、并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器 假定被轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓uI在0UREF范圍內(nèi)變化。取3位二進(jìn)

10、制數(shù)代表模擬輸入uI的數(shù)字輸出。 采用有舍有入的量化方式，利用電阻分壓把標(biāo)準(zhǔn)電壓UREF分成8段（量化階梯），位數(shù)越多，精度越高。UR1= UREFRRRRRRUR2= UREFUR3= UREFUR4= UREFUR6= UREFUR5= UREFUR7= UREFUREFLSB/2二進(jìn)制數(shù)輸出 其中6段間隔為(1/7)UREF，另外兩段間隔（最初和最末）為(1/14)UREF。因此，輸入模擬電壓從0到UREF整個(gè)范圍內(nèi)，它的最大量化誤差都是一樣的，即永遠(yuǎn)不會(huì)超過(1/14) UREF。010011100101110111 001是在(1/7)UREF時(shí)的值。在(1/14)UREF，(3/1

11、4)UREF之間的值和(1/7)UREF最多相差(1/14)UREF ，因此，最大量化誤差不會(huì)超過(1/14) UREF。000001R8R1參考電壓模擬輸入電壓uI UREF UREF UREF UREF UREF UREF UREFRRRRRR分壓器組UREFC1C7C6C5C4C3C2uI比較器組Q6Q4FF7Q7FF6FF5Q5FF4FF3Q3FF2Q2FF1Q1CP 由7個(gè)D觸發(fā)器組成的同步寄存器組。D2D1D0編碼器例：當(dāng) ， 求輸出的數(shù)字量。0000011001010001010000100 1 0 1 1 0 0 0 0 03/14UREFuI 5/14UREF 由于各個(gè)比較器

12、的工作過程幾乎是同時(shí)的，所以并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率在所有A/D轉(zhuǎn)換方案中是最高的。 但需要使用大量的比較器。D/ACD/ACD/AC第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器 四、串行比較型A/D轉(zhuǎn)換器 串行比較型A/D轉(zhuǎn)換器讓模擬信號(hào)依時(shí)間順序通過一連串比較器，后面比較器的輸入信號(hào)反映了前面比較器的剩余。 由于后一位的比較需要使用前一位的結(jié)果，所以這種方案的轉(zhuǎn)換速率不可能做得很高。但相同分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器，串行比較法較并行比較法少用了大量的比較器。 UREFuIC3D3uX3UR3uY3D2uX2UR2uY2C2D1uX1UR1uY1C1D0 取并行比較型速度快與串行比較型結(jié)構(gòu)簡單之優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成了折中方

13、案并-串比較型A/D轉(zhuǎn)換器。DAC第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器 五、并-串比較型A/D轉(zhuǎn)換器UREFuI高位比較器列 首先在高位比較器列上實(shí)現(xiàn)高a位A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)果一方面作為高位輸出。aa位高位比較器a 另一方面加到a位D/A轉(zhuǎn)換器上將已轉(zhuǎn)換的高位數(shù)字還原為模擬電壓，再與輸入模擬電壓作減運(yùn)算，并將其差值放大至2a倍。UR12a放大UIIb位低位比較器b輸出寄存器 放大器的輸出UII由低位比較器列轉(zhuǎn)換出低b位數(shù)字，并與高位數(shù)字一同輸出。a+bFF1 FF2 FF3 FF4 FF5QA QB QC QD QECPuI(t)uOCOCOCO1 uI uO3位碼D/AC電路補(bǔ)償電壓=（1/2）LSB=0.

14、5V第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器 六、逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器10004V3.5V4.9V0 逐次比較型ADC工作原理也可用天平測量質(zhì)量來比照。 模數(shù)為5的環(huán)型計(jì)數(shù)器。 例：uI(t)=4.9V10000G3 G2 G1RdQ3 Q2 Q1G4G5G6D2D1D03位碼D/AC電路000FF1 FF2 FF3 FF4 FF5QA QB QC QD QECPuI(t)uOCOCOCO1 uI uO3位碼D/AC電路補(bǔ)償電壓=（1/2）LSB=0.5VG3 G2 G1RdQ3 Q2 Q1G4G5G6D2D1D04.9V6V5.5V0第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器 六、逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器 第二個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)。01

15、00010001101 第三個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)。001001010 第五個(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)。000011015V4.5V G4、G5、G6門開，Q3、Q2、Q1數(shù)據(jù)傳出。UREF -uIDn-1D1D0CPDQnQn-1Q1Q0uO1uO2CR2S1R1S2第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器 七、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器就是先把電壓轉(zhuǎn)換成中間量-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。01- +1有效0001000101100011010111110001UREF -uIDn-1D1D0CPDQnQn-1Q1Q0uO1uO2CR2S1R1S210001有效第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器 七、

16、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器就是先把電壓轉(zhuǎn)換成中間量時(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。0- +100 正電壓UREF向電容C充電，電容兩端電壓不能突變，使得uo1電壓逐步下降，但還是正值， uo2為負(fù)值。 非門輸出維持不變，還是高電平，使得CP信號(hào)繼續(xù)有效， 計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)。010110001 當(dāng)輸出D為100時(shí)，uo1小于零，使得uo2信號(hào)翻轉(zhuǎn)為高電平。 此時(shí)非門輸出為0，關(guān)斷CP信號(hào)，寄存器輸出可以作為數(shù)字量輸出。0無效(式7.3.2)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器 七、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器在開始一定時(shí)間內(nèi)，積分器A1以輸入電壓uI為被積函數(shù)進(jìn)行

17、積分，然后以與輸入電壓uI極性相反的參考電壓為被積函數(shù)進(jìn)行積分，再對積分輸出電壓進(jìn)行過零比較。 UO2UO1斜率UO1t0t1T1（常數(shù)）斜率t2T2D的正向電壓-0.75V-0.75V（ t0tt1，uI0 ） 式中：T1= t1 - t0, t0 = 0, uI0。（t = t2） (式7.3.4)第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器 =七、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器U02U01斜率U01t0t1T1（常數(shù)）斜率t2T2D的正向電壓-0.75V-0.75V將式（7.3.2）代入式（7.3.4）得 ADC0809是8位CMOS逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，具有8個(gè)輸入通道，可直接選通8路模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 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。 ADC0809的主要組成部分有8路模擬開關(guān)、地址譯碼、256個(gè)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、8位三態(tài)輸出鎖存緩沖器、比較器和時(shí)序控制電路。第三節(jié) A/D轉(zhuǎn)換器 八、集成A/D轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用ALEADDCADDBADDA地址譯碼與鎖存8路模擬開關(guān)器IN0 IN1 IN2IN3 IN4 IN5 IN6 IN78路模擬輸入 8路模擬輸入信號(hào)選擇哪一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，要靠多路選擇器來完成。例：ADDC=1 ADDB=1 ADDA=0 的情況 1101IN6逐次比較寄存器 8位逐次比較寄存器共可記錄28 = 256 種不用狀態(tài)。