數(shù)字電子信號(hào)詳解演示文稿

數(shù)字電子信號(hào)詳解演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)（優(yōu)選）數(shù)字電子信號(hào)當(dāng)前第2頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)主要要求：

理解數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的概念和作用。9.1概述第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第3頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)一、數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念和作用數(shù)模轉(zhuǎn)換即將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電量(電壓或電流)，使輸出的模擬電量與輸入的數(shù)字量成正比。實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱(chēng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器

Digital-AnalogConverter，簡(jiǎn)稱(chēng)

D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。

模數(shù)轉(zhuǎn)換即將模擬電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，使輸出的數(shù)字量與輸入的模擬電量成正比。

實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱(chēng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器

Analog-DigitalConverter，簡(jiǎn)稱(chēng)A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第4頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)模擬量數(shù)字量模擬量數(shù)字量傳感器被控對(duì)象

自然界物理量為何要進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換？第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第5頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)主要要求：

了解數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理。9.2D/A轉(zhuǎn)換器

了解幾種D/A轉(zhuǎn)換器的電路與工作原理。

了解集成DAC的應(yīng)用。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第6頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)一、數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理

輸出模擬電壓

uO=

D△=(Dn-12n-1+Dn-22n-2++D121+D020)△可見(jiàn)，uO∝

D，uO的大小反映了數(shù)字量

D

的大小。DACD0D1Dn-2Dn-1…uOn

位二進(jìn)制數(shù)輸入模擬電壓輸出一、數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理

LSB—LeastSignificantBit

輸入數(shù)字量D=(Dn-1

Dn-2

D1

D0)2

=Dn-12n-1+Dn-22n-2++D121+D020

△是DAC能輸出的最小電壓值，稱(chēng)為DAC的單位量化電壓，它等于D

最低位(LSB)為1、其余各位均為0時(shí)的模擬輸出電壓(用ULSB

表示)。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第7頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)二、分類(lèi)其中，權(quán)電流型、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型轉(zhuǎn)換速度快，性能好，因而被廣泛采用，權(quán)電流網(wǎng)絡(luò)DAC轉(zhuǎn)換精度高，性能最佳。

DAC權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DACT型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC權(quán)電流型DAC倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

根據(jù)譯碼網(wǎng)絡(luò)的不同，DAC可以分為：當(dāng)前第8頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

三、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC

（一）電路組成與工作原理下圖是4位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖，它是由權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、4個(gè)電子模擬開(kāi)關(guān)和1個(gè)求和放大器組成。當(dāng)前第9頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

1.S3~S0:為電子開(kāi)關(guān)，其狀態(tài)受輸入數(shù)碼d3~d0的取值控制。當(dāng)di＝1時(shí)開(kāi)關(guān)接到參考電壓VREF上，有支路電流Ii流向求和放大器；當(dāng)di＝0時(shí)開(kāi)關(guān)接地，支路電流Ii為零。當(dāng)前第10頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

2.求和放大器A：為一個(gè)接成負(fù)反饋的理想運(yùn)算放大器。即：AV＝∞，iI＝0，Ro＝0。由于負(fù)反饋，存在虛短和虛斷，即V－≈V＋＝0，iI＝0。

3.VREF：基準(zhǔn)電壓當(dāng)前第11頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

（二）輸出電壓的計(jì)算：

輸出電壓為：

由于V-≈V+＝0，故每個(gè)支路電流表示為：當(dāng)前第12頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

取RF＝R/2，則輸出電壓為當(dāng)前第13頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

上式標(biāo)明，輸出的模擬電壓與輸入的數(shù)字量Dn成正比。注：1.若VREF取正值，則輸出電壓為負(fù)值。若想輸出電壓為正值，可以將VREF取負(fù)值。2.優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用的電阻元件少。缺點(diǎn)：各個(gè)電阻的阻值相差較大，輸入數(shù)字量的位數(shù)越多，差別就越大，故很難保證電阻的精確度。當(dāng)前第14頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

四、T型網(wǎng)絡(luò)DAC

電路組成與工作原理輸入數(shù)字量d3d2d1d0分別控制開(kāi)關(guān)s3s2s1s0。當(dāng)di=0時(shí)，si倒向“地”；當(dāng)di=1時(shí)，si倒向VREF。當(dāng)前第15頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

設(shè)d3d2d1d0=0001

電流I=VREF/3R,且每經(jīng)過(guò)一個(gè)節(jié)點(diǎn)就衰減二分之一，所以流入運(yùn)放的電流是I/16。當(dāng)前第16頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

其中，I=VREF/3R當(dāng)前第17頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

優(yōu)點(diǎn)：所用電阻的阻值種類(lèi)少缺點(diǎn)：電阻數(shù)目比權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC的電阻數(shù)目多的多當(dāng)前第18頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

在權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC和T型網(wǎng)絡(luò)DAC中，由于電子開(kāi)關(guān)狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，流過(guò)它們的電流變化很大，所以使輸出產(chǎn)生過(guò)渡干擾脈沖，給系統(tǒng)帶來(lái)危害。當(dāng)前第19頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)S0++-△∞uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFII3I2I1I0VREF2R2RI02RI12RI22RI301111000RRR

(一)電路組成與轉(zhuǎn)換原理

五、R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC

由倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開(kāi)關(guān)和一個(gè)電流電壓轉(zhuǎn)換電路(簡(jiǎn)稱(chēng)I/U

轉(zhuǎn)換電路)組成。模擬開(kāi)關(guān)Si

打向“1”側(cè)時(shí)，相應(yīng)2R

支路接虛地；打向“0”側(cè)時(shí)，相應(yīng)2R

支路接地。故無(wú)論開(kāi)關(guān)打向哪一側(cè)，倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)均可等效為下圖：第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第20頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

從A、B、C節(jié)點(diǎn)向左看去，各節(jié)點(diǎn)對(duì)地的等效電阻均為2R。所以：當(dāng)前第21頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

uO=

-

D

·

即：對(duì)n

位

DAC，uO=

-

D

·

若取RF=R，則uO=

-

D

·

n

位DAC將參考電壓VREF

分成2n

份，uO

是每份的D

倍。調(diào)節(jié)VREF

可調(diào)節(jié)DAC的輸出電壓。當(dāng)前第22頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

優(yōu)點(diǎn)：1.只有兩種電阻,便于集成、制造和擴(kuò)展位數(shù)。2.各支路電流直接流入運(yùn)算放大器的輸入端，不存在傳輸時(shí)間差，提高了轉(zhuǎn)換速度，減少了動(dòng)態(tài)過(guò)程中輸出端可能出現(xiàn)的尖峰脈沖。缺點(diǎn)：從模擬開(kāi)關(guān)的工作原理可知,這三種D/A轉(zhuǎn)換器都把模擬開(kāi)關(guān)當(dāng)作理想開(kāi)關(guān)處理,沒(méi)有考慮它們的導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通電壓。導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通電壓影響轉(zhuǎn)換精度。當(dāng)前第23頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)六、權(quán)電流型DAC

倒T型D/A轉(zhuǎn)換器具有較高的轉(zhuǎn)換速度，但由于電路中的電子開(kāi)關(guān)存在導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降，當(dāng)流過(guò)各支路的電流稍有變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換誤差。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

4位權(quán)電流型DAC的原理圖當(dāng)前第24頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

優(yōu)點(diǎn)：1.每個(gè)支路電流大小不再受開(kāi)關(guān)內(nèi)阻和壓降的的影響,從而降低了對(duì)開(kāi)關(guān)電路的要求。2.轉(zhuǎn)換精度高。當(dāng)前第25頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

七、D/A轉(zhuǎn)換器的組成：1.求和運(yùn)算放大器：實(shí)現(xiàn)求和。通常接成反相比例求和。2.模擬開(kāi)關(guān)：控制d=0或d=1時(shí)，求和電路的項(xiàng)數(shù)。3.譯碼網(wǎng)絡(luò)：用來(lái)實(shí)現(xiàn)2n-1…..20。4.基準(zhǔn)電源：保證系數(shù)K的一致性，要求精度高。當(dāng)前第26頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)1.分辨率

DAC的最小輸出電壓變化量，也即DAC的最小輸出電壓值表示滿(mǎn)度輸出電壓值，F(xiàn)SR即FullScaleRange指D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出所能產(chǎn)生的最小電壓變化量與滿(mǎn)刻度輸出電壓之比。

UFSR=uO|D=111=(2n–1)ULSBn位均為1例如，一個(gè)10位的DAC，分辨率為0.000978。DAC的位數(shù)越多，分辨率值就越小，能分辨的最小輸出電壓值也越小。八、DAC的主要參數(shù)

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第27頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)要獲得較高精度的D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果，除了正確選用DAC的位數(shù)外，還要選用低漂移高精度的求和運(yùn)算放大器。

3.

轉(zhuǎn)換時(shí)間指DAC在輸入數(shù)字信號(hào)開(kāi)始轉(zhuǎn)換，到輸出的模擬信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定值所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間越小，轉(zhuǎn)換速度就越高。2.

轉(zhuǎn)換精度

指DAC實(shí)際輸出模擬電壓與理想輸出模擬電壓間的最大誤差。它是一個(gè)綜合指標(biāo)，不僅與DAC中元件參數(shù)的精度有關(guān)，而且與環(huán)境溫度、求和運(yùn)算放大器的溫度漂移以及轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)。

通常要求DAC的誤差小于ULSB/2。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第28頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)四、集成DAC應(yīng)用舉例九、集成DAC應(yīng)用舉例1.集成DAC簡(jiǎn)介常用集成DAC有兩類(lèi)：一類(lèi)內(nèi)部?jī)H含有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開(kāi)關(guān)兩部分，常用于一般的電子電路。另一類(lèi)內(nèi)部除含有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開(kāi)關(guān)外，還帶有數(shù)據(jù)鎖存器，并具有片選控制和數(shù)據(jù)輸入控制端，便于和微處理器進(jìn)行連接，多用于微機(jī)控制系統(tǒng)中。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第29頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)2.8位CMOS集成D/A轉(zhuǎn)換器AD7524簡(jiǎn)介數(shù)據(jù)鎖存器20k20k20k20k20kΩ……10k10k10k10k…VDDVREF151213CSWR45611D7

(MSB)D6D5D0

(LSB)S0S1S2S7OUT112316iΣRFBOUT2GND基準(zhǔn)電壓輸入端

VREF

可正可負(fù)

片選控制端

電源電壓范圍+5V~+15V

8位數(shù)據(jù)輸入端，其電平與TTL電平兼容。MSB表示最高位，LSB表示最低位。接地端

內(nèi)部反饋電阻RF

的引出端

兩個(gè)輸出端，一般將OUT2

接地，OUT1

接運(yùn)放反向端。

寫(xiě)信號(hào)控制端

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第30頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)8位倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型D/A轉(zhuǎn)換器:

當(dāng)、都為低電平時(shí)，數(shù)字輸入數(shù)據(jù)在輸出端產(chǎn)生電流輸出；當(dāng)這兩個(gè)端都為高電平時(shí)，數(shù)字輸入數(shù)據(jù)被鎖存。在鎖存狀態(tài)下，輸入數(shù)據(jù)的變化不影響輸出值?；鶞?zhǔn)電壓可在0～25V之間選擇，且電壓極性可正可負(fù)。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第31頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)(1)單極性輸出的連接電路若取基準(zhǔn)電壓，則

3.AD7524輸出的連接電路第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第32頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)(2)雙極性輸出的連接電路AD7524雙極性輸出連接電路

第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第33頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)4.集成D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用(1)數(shù)控波形發(fā)生器位數(shù)越多，階梯波的線(xiàn)性度越好。如果把計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值作為地址碼送到只讀存儲(chǔ)器的地址輸入端，再把只讀存儲(chǔ)器的輸出數(shù)據(jù)送給D/A轉(zhuǎn)換器，并在輸出端加低通濾波器，便可組成一個(gè)任意波形發(fā)生器。波形的形狀取決于只讀存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)，改變存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，就可改變波形的形狀。

15階階梯波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)框圖和輸出波形第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第34頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)(2)程控增益放大器程控增益放大器

流入基準(zhǔn)電壓端的電流為：

流向運(yùn)算放大器反相輸入端的總電流為：流入反饋電阻端的電流為：第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

由于，所以有：若取，則電壓放大倍數(shù)(即放大器增益)為：當(dāng)前第35頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

(3)其他應(yīng)用

由于電壓也可以轉(zhuǎn)換為頻率，因此利用DAC也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字-頻率轉(zhuǎn)換，還可以利用DAC實(shí)現(xiàn)采樣-保持電路。1.DAC中電阻網(wǎng)絡(luò)的功能是什么？2.倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC與權(quán)電流型DAC，哪一種的轉(zhuǎn)換精度高？為什么？3.分析DAC的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，指出影響DAC精度的因素有哪些？4.對(duì)于階梯波發(fā)生器來(lái)說(shuō)，要輸出光滑的模擬信號(hào)，低通濾波器的參數(shù)如何確定？思考題：當(dāng)前第36頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)主要要求：

了解模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理。9.3A/D轉(zhuǎn)換器

了解常用A/D轉(zhuǎn)換器。了解A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

了解集成A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。當(dāng)前第37頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)一、A/D轉(zhuǎn)換的基本原理和一般步驟

“[]”表示取整?；驹鞟DCD0D1Dn-2Dn-1…uI模擬輸入信號(hào)n

位二進(jìn)制數(shù)輸出

D=Dn-1

Dn-2

D1

D0可見(jiàn)，輸出數(shù)字量D

正比于輸入模擬量uI。△稱(chēng)為ADC的單位量化電壓或量化單位，它是ADC的最小分辨電壓。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第38頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)采樣：把時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)變換為時(shí)間離散的信號(hào)。

保持：保持采樣信號(hào)，使有充分時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。A/D

轉(zhuǎn)換的一般步驟uI(t)C量化編碼電路Dn-1D1D0…uI(t)S采樣保持電路輸入模擬量輸出數(shù)字量第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

采樣保持：按一定時(shí)間間隔對(duì)UI采樣，并使之在這個(gè)時(shí)間間隔中保持不變。當(dāng)前第39頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)量化：把采樣保持電路的輸出信號(hào)用單位量化電壓的

整數(shù)倍表示。

編碼：把量化的結(jié)果用二進(jìn)制代碼表示。A/D

轉(zhuǎn)換的一般步驟uI(t)C量化編碼電路Dn-1D1D0…uI(t)S采樣保持電路輸入模擬量輸出數(shù)字量第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第40頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

如果對(duì)輸入的模擬電壓進(jìn)行諧波分析，必然得出它是由若干個(gè)不同頻率正弦波組成。只有在采樣頻率足夠高的情況下，才能準(zhǔn)確的用采樣信號(hào)表示輸入電壓。采樣定理：當(dāng)采樣頻率fs不小于輸入模擬信號(hào)頻譜中最高頻率fimax的兩倍時(shí)，采樣信號(hào)可以不失真地恢復(fù)為原模擬信號(hào)。即：

fs≥2fimax當(dāng)前第41頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)對(duì)信號(hào)進(jìn)行量化會(huì)引起誤差嗎？

若采樣頻率滿(mǎn)足采樣定理，則采樣電壓經(jīng)過(guò)低通濾波器后可以還原為輸入電壓。量化誤差：輸出的每一個(gè)代碼都代表一個(gè)輸入電壓的范圍，必然會(huì)引起的誤差。

量化誤差大小與ADC的位數(shù)、基準(zhǔn)電壓VREF

和量化方法有關(guān)。

量化只舍不入有舍有入第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第42頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)劃分量化電平的兩種方法最大量化誤差==(1/8)V最大量化誤差

=/2=(1/15)V1=1/8V4=4/8V0(6/8)V(7/8)V000001010011100101110111模擬電平二進(jìn)制代碼代表的模擬電平0=0V2=2/8V3=3/8V5=5/8V6=6/8V7=7/8V(5/8)V(4/8)V(3/8)V(2/8)V(1/8)V(8/8)V模擬電平二進(jìn)制代碼代表的模擬電平0=0V1=2/15V2=4/15V3=6/15V4=8/15V5=10/15V6=12/15V7=14/15V(13/15)V0000001010011100101110111(11/15)V(15/15)V(9/15)V(3/15)V(7/15)V(1/15)V(5/15)V第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第43頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

采樣保持電路

采樣保持電路

步驟：（1）采樣時(shí)，使UL為高電平，VT導(dǎo)通，UI經(jīng)RI向電容C充電，充電結(jié)束后，UO=UC=-UI。（2）UL躍變?yōu)榈碗娖胶?，VT截止，C上的電壓基本保持不變。（3）當(dāng)下一個(gè)采樣控制信號(hào)UL躍變?yōu)楦唠娖胶?，VT又導(dǎo)通，電容C上的電壓又跟隨此時(shí)的輸入信號(hào)UI而變化。當(dāng)前第44頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)A/D轉(zhuǎn)換器直接型間接型并行比較型反饋比較型計(jì)數(shù)型逐次逼近型電壓-時(shí)間變換型—雙積分型電壓-頻率變換型二、ADC的類(lèi)型并行比較型ADC轉(zhuǎn)換速度最快，但價(jià)格貴；雙積分型ADC精度高、抗干擾能力強(qiáng)，但速度慢；逐次逼近型ADC速度較快、精度較高、價(jià)格適中，因而被廣泛采用。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第45頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

三、并行比較型ADC電阻構(gòu)成分壓器當(dāng)前第46頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第47頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

0000000000uI當(dāng)前第48頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

0000001001uI當(dāng)前第49頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

0000011010uI當(dāng)前第50頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

0000111011uI當(dāng)前第51頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

0001111100uI當(dāng)前第52頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

0011111101uI當(dāng)前第53頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

0111111110uI當(dāng)前第54頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

1111111111uI當(dāng)前第55頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)

并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器真值表1輸入模擬電壓寄存器狀態(tài)數(shù)字量輸出（編碼器輸入）（編碼器輸出）QQQQQQQ7654321DDD210uI15~()15)(15~15)(15~15)(15~15)(15~15)(15~15)(15~15)(~1033557799111113131UREFUREFUREFUREFUREFUREFUREFUREF00000011111111111110111001100110110111000100100000000100000001010011100101110111例如：uI＝4.2V，UREF＝6V，3.6V～4.4V則數(shù)字量輸出d2d1d0＝101。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第56頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)①優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度很快，故又稱(chēng)高速A/D轉(zhuǎn)換器。②缺點(diǎn)：電路復(fù)雜，所用比較器和寄存器過(guò)多。對(duì)于一個(gè)n位二進(jìn)制輸出的并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器，需２n-1個(gè)電壓比較器和2n-1個(gè)觸發(fā)器，編碼電路也隨n的增大變得相當(dāng)復(fù)雜。且轉(zhuǎn)換精度還受分壓網(wǎng)絡(luò)和電壓比較器靈敏度的限制。

因此，這種轉(zhuǎn)換器適用于高速、精度較低的場(chǎng)合。并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)：第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第57頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)四、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器

屬于直接型A/D轉(zhuǎn)換器，其工作原理可用天平秤重過(guò)程作比喻來(lái)說(shuō)明。若有四個(gè)砝碼共重15克，每個(gè)重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量Wx=13克，可以用下表步驟來(lái)秤量：28g+4g38g+4g+2g48g+4g+1g

18g8g<13g，12g<13g，14g>13g，13g＝13g，8g12g12g13g暫時(shí)結(jié)果砝碼重比較判斷順序保留保留撤去保留第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第58頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

1.轉(zhuǎn)換原理示意圖當(dāng)前第59頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

3位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯電路圖當(dāng)前第60頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

3位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換過(guò)程當(dāng)前第61頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)轉(zhuǎn)換數(shù)字量1011，4+1+0.5=5.5V，轉(zhuǎn)換誤差為–0.04V。例：UR=8V，UI=5.54V，若輸出為4位數(shù)字量：若輸出為8位數(shù)字量：轉(zhuǎn)換數(shù)字量10110001，

4+1+0.5+0.03125=5.53125V，轉(zhuǎn)換誤差為-0.00875V。一般位數(shù)越多，轉(zhuǎn)換誤差越小。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第62頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)：

1.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，是從數(shù)字量最高位到最低位逐位確定，所以叫逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。

2.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間是（n+2）個(gè)cp時(shí)鐘周期。

3.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的位數(shù)越多，誤差越小，輸出量越逼近輸入量。4.在輸出位數(shù)較多時(shí)，逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路規(guī)模比并行比較性A/D轉(zhuǎn)換器的小的多，但轉(zhuǎn)換速度降低。

5.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用廣泛，常用的集成器有ADC0809（8位）、AD575（10位）和AD574A（10位）等。當(dāng)前第63頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)五、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器它屬于間接型。1.基本原理：

先把模擬電壓UI轉(zhuǎn)換成與之大小相對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔，再將時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換成與之成正比的脈沖個(gè)數(shù)，并把脈沖個(gè)數(shù)記錄下來(lái)，從而完成A/D轉(zhuǎn)換。第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第64頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第65頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電壓波形圖雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的工作波形圖第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第66頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

2、工作原理1）初始化：uL=0。計(jì)數(shù)器復(fù)位，同時(shí)接通開(kāi)關(guān)S0，使積分電容C充分放電。2）第一次積分階段——采樣階段，也叫定時(shí)積分。

uL=1，開(kāi)關(guān)S0斷開(kāi),同時(shí)開(kāi)關(guān)S1與模擬信號(hào)輸入端ui連接，ui對(duì)積分器的電容C充電。在充電時(shí)間T1固定的前提下，積分器的輸出電壓uo與輸入電壓ui成正比。此時(shí)，積分器的輸出電壓為：3）第二次積分：充電結(jié)束后，開(kāi)關(guān)S1接至-UREF，積分器開(kāi)始反向積分。同時(shí)，電路的控制邏輯啟動(dòng)計(jì)數(shù)器，以固定頻率fc開(kāi)始計(jì)數(shù)。經(jīng)過(guò)時(shí)間T2后積分電壓回升到0，停止計(jì)數(shù)，轉(zhuǎn)換結(jié)束。這時(shí)計(jì)數(shù)器中所存的數(shù)字就是轉(zhuǎn)換結(jié)果。則有：即當(dāng)前第67頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)因?yàn)楣实玫?因?yàn)橛?jì)數(shù)器對(duì)固定頻率fc的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù),從而得到:第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

若取T1=NTc,則有：實(shí)用中取T1=2nTC,即N=2n,故代入以后得出：

當(dāng)前第68頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：具有較強(qiáng)的抗干擾能力，體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。1、采用了測(cè)量輸入電壓在采樣時(shí)間T1內(nèi)平均值的原理，因此對(duì)于周期等于T1或T1/n的對(duì)稱(chēng)干擾，從理論上講具有無(wú)窮大的抑制能力。2、因?yàn)閮纱畏e分采用同一積分器完成，所以轉(zhuǎn)換結(jié)果及精度與積分器的有關(guān)參數(shù)R、C等無(wú)關(guān)，同時(shí)電路比較簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：工作速度慢，一般為幾十ms左右，常用在要求速度不高的場(chǎng)合，如數(shù)字式儀表等。常用的型號(hào)有：3位半MC14433（精度相當(dāng)于11位二進(jìn)制數(shù)）4位半ICL7135（精度相當(dāng)于14位二進(jìn)制數(shù)）第9章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

當(dāng)前第69頁(yè)\共有77頁(yè)\編于星期日\(chéng)2點(diǎn)指ADC實(shí)際輸出數(shù)字量與理想輸出數(shù)字量之間的最大差值。通常用最低有效位LSB的倍數(shù)來(lái)表示。

四、主要參數(shù)

2.相對(duì)精度(又稱(chēng)轉(zhuǎn)換誤差)

指ADC輸出數(shù)字量的最低位變化一個(gè)數(shù)碼時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入模擬量的變化量。

1.分辨率例如最大輸出電壓為5V的8位ADC的分辨率為：

5V/28=19.6mV分辨率也可用ADC的位數(shù)表示。位數(shù)越多，能分辨的最小模擬電壓值就越小。例如轉(zhuǎn)換誤差不大于1/2LSB，即說(shuō)明