（中職）電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能模塊9教學(xué)課件（）

課題1數(shù)模轉(zhuǎn)換課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換目錄下一頁上一頁任務(wù)導(dǎo)入

下一頁返回

圖9-1所示是應(yīng)用計算機(jī)進(jìn)行控制的生產(chǎn)過程示意圖，在應(yīng)用計算機(jī)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制時，經(jīng)常要把溫度、壓力、流量、物體的形變、位移等非電量通過各種傳感器檢測出來，變換為相應(yīng)的模擬電壓（或電流）。由于傳感器輸出的模擬電壓僅為微伏或毫伏數(shù)量級，所以必須對信號進(jìn)行放大、用有源濾波器消除干擾和無用的高頻成分，甚至對信號進(jìn)行壓縮、倍乘等處理后，經(jīng)多路模擬開關(guān)送到ADC。ADC能夠把來自多路模擬開關(guān)的各模擬電壓（或電流）轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字信號，送入計算機(jī)處理。計算機(jī)處理后所得到的仍是數(shù)字信號，經(jīng)DAC轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號后，再通過多路模擬開關(guān)的分配作用輸出對應(yīng)的某路控制信號，經(jīng)功率放大等處理后去驅(qū)動相應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)如伺服電機(jī)等執(zhí)行規(guī)定的操作。

上一頁任務(wù)導(dǎo)入返回上一頁下一頁圖9-1生產(chǎn)過程的一般過程示意

課題1數(shù)模轉(zhuǎn)換了解數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本概念。了解數(shù)模轉(zhuǎn)換的應(yīng)用。下一頁上一頁返回課題1數(shù)模轉(zhuǎn)換

下一頁上一頁返回一、數(shù)模轉(zhuǎn)換的原理

將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的過程稱之為數(shù)/模轉(zhuǎn)換，簡稱D/A轉(zhuǎn)換，完成D/A轉(zhuǎn)換的電路稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，簡稱DAC。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器輸入的是數(shù)字量，輸出的是模擬量。其組成框圖如下圖所示。課題1數(shù)模轉(zhuǎn)換下一頁上一頁返回1．倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器

它由數(shù)據(jù)鎖存器（圖中未畫）、模擬電子開關(guān)（S）、R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器（A）及基準(zhǔn)電壓組成。

動畫課題1數(shù)模轉(zhuǎn)換下一頁上一頁返回倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D／A轉(zhuǎn)換器

課題1數(shù)模轉(zhuǎn)換下一頁上一頁返回課題1數(shù)模轉(zhuǎn)換下一頁上一頁返回課題1數(shù)模轉(zhuǎn)換下一頁上一頁返回(1)分辨率分辨率是指轉(zhuǎn)換器輸出的最小電壓變化量與滿刻度輸出電壓之比。(2)轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度是指轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的模擬電壓與理論輸出模擬電壓間的最大誤差。它是一個綜合指標(biāo)，包括零點(diǎn)誤差、增益誤差等，它不僅與轉(zhuǎn)換器中元件參數(shù)的精度有關(guān)，而且還與環(huán)境溫度、集成運(yùn)算放大器的溫度漂移以及轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)。(3)轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間是指轉(zhuǎn)換器在輸入數(shù)字信號開始轉(zhuǎn)換，到輸出的模擬電壓達(dá)到穩(wěn)定值所需的時間。它是反映轉(zhuǎn)換器工作速度的指標(biāo)。轉(zhuǎn)換時間越小，工作速度就越高。2.D/A轉(zhuǎn)換器的基本技術(shù)指標(biāo)

課題1數(shù)模轉(zhuǎn)換返回上一頁下一頁

二、數(shù)模轉(zhuǎn)換的應(yīng)用1．集成D/A轉(zhuǎn)換器DA7520

DA7520是十位的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片，與微處理器完全兼容。該芯片以接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易、通用性好、性能價格比高等特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。其內(nèi)部采用倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)，模擬開關(guān)是CMOS型的，集成在芯片上，但運(yùn)算放大器是外接的。課題1數(shù)模轉(zhuǎn)換下一頁上一頁返回DA7520的外引線排列及連接電路

課題1數(shù)模轉(zhuǎn)換下一頁上一頁返回4～13為十位數(shù)字量的輸入端；1為模擬電流IO1輸出端，接到運(yùn)算放大器的反向輸入端；2為模擬電流IO2輸出端，一般接地；3為接地端；14為COMS模擬開關(guān)的+UDD電源接線端；15為參考電壓電源接線端，UR可為正值或負(fù)值；16為芯片內(nèi)部一個電阻R的引出端，該電阻作為運(yùn)算放大器的反饋電阻RF，他的另一端在芯片內(nèi)部接IO1端。DA7520的主要性能參數(shù)如下：分辨率：十位線性誤差：±（1/2）LSB（LSB表示輸入數(shù)字量最低位），若用輸出電壓滿刻度范圍FSR的百分?jǐn)?shù)表示則為0.05%FSR。轉(zhuǎn)換速度：500ns溫度系數(shù)：0.001%/℃引腳功能說明課題1數(shù)模轉(zhuǎn)換上一頁返回下一頁2．應(yīng)用舉例

下圖所示的電路為一個由10位二進(jìn)制加法計數(shù)器、DA7520轉(zhuǎn)換器及集成運(yùn)放組成的鋸齒波發(fā)生器。10位二進(jìn)制加法計數(shù)器從全“0”加到全“1”，電路的模擬輸出電壓uo由0V增加到最大值，此時若再來一個計數(shù)脈沖則計數(shù)器的值由全“1”變?yōu)槿?”，輸出電壓也從最大值跳變?yōu)?，輸出波形又開始一個新的周期。如果計數(shù)脈沖不斷，則可在電路的輸出端得到周期性的鋸齒波。課題1數(shù)模轉(zhuǎn)換返回下一頁上一頁DA7520組成的鋸齒波發(fā)生器

課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換了解模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本概念。了解模數(shù)轉(zhuǎn)換的應(yīng)用。下一頁上一頁返回課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換

返回上一頁下一頁一、采樣與保持

課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換上一頁下一頁返回二、量化和編碼

經(jīng)過采樣保持后的模擬電壓是一個個離散的電壓值。對這么多離散電壓直接進(jìn)行數(shù)字化（即用有限個0和1表示）是不可能的，為此需對這些離散電壓先進(jìn)行量化，就是將離散電壓幅度值化為某個最小單位電壓（量化單位）的整數(shù)倍，即進(jìn)行取整。編碼就是將量化的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示。下一頁返回課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換上一頁只舍不入法三位A/D轉(zhuǎn)換器模/數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系對應(yīng)表

輸入模擬電壓量化值二進(jìn)制輸出0≤Vo＜1/8V0V（0）0001/8V≤Vo＜2/8V1/8V（1）0012/8V≤Vo＜3/8V2/8V（2）0103/8V≤Vo＜4/8V3/8V（3）0114/8V≤Vo＜5/8V4/8V（4）1005/8V≤Vo＜6/8V5/8V（5）1016/8V≤Vo＜7/8V6/8V（6）1107/8V≤Vo＜1V7/8V（7）111

模擬信號采樣值不一定恰好等于某個量化值，總會有偏差，這種偏差稱為量化誤差。上述量化方法中的最大量化誤差為=l/8V。

1．只舍不入法課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換下一頁上一頁返回2．有舍有入法取量化單位=2/15V。有舍有入法三位A/D轉(zhuǎn)換器模/數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系對應(yīng)表

輸入模擬電壓量化值二進(jìn)制輸出0≤Vo＜1/15V0V（0）0001/15V≤Vo＜3/15V2/15V（1）0013/15V≤Vo＜5/15V4/15V（2）0105/15V≤Vo＜7/15V6/15V（3）0117/15V≤Vo＜9/15V8/15V（4）1009/15V≤Vo＜11/15V10/15V（5）10111/15V≤Vo＜13/15V12/15V（6）11012/15V≤Vo＜1V14/15V（7）111最大量化誤差為=2/15V，顯然量化單位越小，量化誤差就越小。課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換下一頁上一頁返回三、模數(shù)轉(zhuǎn)換的原理1．A/D轉(zhuǎn)換器的分類返回上一頁下一頁課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換2．逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器

逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器是一種反饋比較型A/D轉(zhuǎn)換器，如下圖所示，它由電壓比較器、邏輯控制器、n位逐次逼近寄存器和n位D/A轉(zhuǎn)換器組成。

逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器

課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換下一頁上一頁返回動畫課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換上一頁返回下一頁

3．A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)和選用原則(1)轉(zhuǎn)換精度在A/D轉(zhuǎn)換器中，通常用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述轉(zhuǎn)換精度。分辨率是指引起輸出二進(jìn)制數(shù)字量最低有效位變動一個數(shù)碼時，對應(yīng)輸入模擬量的最小變化量。分辨率越小，分辨能力就越高。轉(zhuǎn)換誤差表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量與理想輸出的數(shù)字量之間的差別，并用最低有效位LSB的倍數(shù)來表示。(2)轉(zhuǎn)換速度

A/D轉(zhuǎn)換器完成一次從模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換所需要的時間，即從轉(zhuǎn)換開始到輸出端出現(xiàn)穩(wěn)定的數(shù)字信號所需要的時間。課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換上一頁返回

下一頁(3）選用原則①類型合理。根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器在系統(tǒng)中的作用以及與系統(tǒng)中其他電路的關(guān)系進(jìn)行選擇，不但可以減少電路的輔助環(huán)節(jié)，還可以避免出現(xiàn)一些不易發(fā)現(xiàn)的邏輯與時序錯誤。②轉(zhuǎn)換速度。三種應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品——并行型A/D轉(zhuǎn)換器的速度最高；逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的速度次之；雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的速度最慢。要根據(jù)系統(tǒng)的要求選取。③精度選擇。在精度要求不高的場合，選用8位A/D轉(zhuǎn)換器即可滿足要求，而不必選用更高分辨率的產(chǎn)品。④功能選擇。盡量選用恰好符合要求的產(chǎn)品。多余的功能不但無用，還有可能造成意想不到的故障。課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換上一頁返回下一頁四、模數(shù)轉(zhuǎn)換的應(yīng)用

1．ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)

ADC0809由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存與譯碼器、一個A/D轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8路模擬量分時輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換下一頁上一頁返回ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)圖

課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換下一頁返回上一頁2．ADC0809引腳結(jié)構(gòu)

下一頁返回上一頁課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0809通道選擇表

CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7課題2模數(shù)轉(zhuǎn)換

下一頁返回上一頁3．ADC08