第9章-模-數(shù)相互轉(zhuǎn)換

第九章：模擬信號和數(shù)字信號的相互轉(zhuǎn)換

9.1D/A轉(zhuǎn)換器(DAC)9.2A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)實現(xiàn)把模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量的設備稱為?！獢?shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器，簡稱ADC(AnalogtodigitalConvertor)；實現(xiàn)把把數(shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量的設備稱為數(shù)—模(D/A)轉(zhuǎn)換器，簡稱DAC(DigitaltoAnalogConvertor)。將輸入的每一位二進制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。9.1D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）D/A可以把二進制碼或BCD碼表示的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與其成正比的模擬量輸出。D/A的核心部分是由R-2R電阻網(wǎng)絡(也稱倒T型電阻網(wǎng)絡)、模擬開關和運算放大器所組成的。9.1.1D/A的基本原理RRRR00通常輸入數(shù)字量有8位、10位、12位或16位。例如DAC0800系列包括DAC0800，0801，0802等產(chǎn)品，數(shù)字輸入量為8位即8位分辨率，16線雙列直插式封裝。DAC0830系列包括DAC0830，0831，0832等為20線雙列直插封裝、8位分辨率D/A。DAC0832的邏輯圖各管腳功能：D7～D0：數(shù)據(jù)量輸入腳；UREF：基準電壓接線腳，可為正(如+5V)也可為負(如-5V)；UCC：接主電源引腳；IOUT1和IOUT2：電流輸出腳；ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號；CS：輸入寄存器選擇信號，低電平有效；WR1：輸入寄存器寫選通信號；WR2：D/A寄存器寫選通信號；XFER：數(shù)據(jù)傳送信號線；Rfb：反饋信號輸入線，芯片內(nèi)已有反饋電阻；AGND：模擬信號地；DGND：數(shù)字地。DAC0832的引腳圖9.1.2D/A的主要技術(shù)參數(shù)(1)分辨率

分辨率是說明D/A分辨最小輸出電壓能力的參數(shù)。它可用輸入數(shù)字量的位數(shù)來表示，如8位D/A的分辨力分別為8位；也可以用最小輸出電壓(最低有效位1即1LSB對應的輸出電壓)與最大輸出電壓(輸入數(shù)字信號全部對應的輸出電壓)即滿度值之比，如8位D/A的分辨力為1/255≈0.0039(2)轉(zhuǎn)換精度

轉(zhuǎn)換精度是輸出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。誤差是由參考電壓偏離標準值、運算放大器的零漂、模擬開關的壓降及電阻阻值的偏差等原因引起。轉(zhuǎn)換精度是指轉(zhuǎn)換后所得的實際值對于理想值的接近程度。9.2A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)9.2.1A/D轉(zhuǎn)換的基本原理在A/D轉(zhuǎn)換器中，一般經(jīng)過采樣、保持、量化和編碼這四個步驟來完成從模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。(1)采樣與保持(2)量化與編碼數(shù)字信號最低有效位的1即1LSB所代表的數(shù)量就是這個最小數(shù)量單位，稱為量化單位，用Δ表示。將采樣輸出電壓用最小單位的整數(shù)倍來表示，這個過程就叫量化。將量化的結(jié)果用代碼表示出來的過程就稱為編碼。編碼輸出的結(jié)果就是A/D轉(zhuǎn)換器的輸出。模擬電壓Ui量化結(jié)構(gòu)二進制碼0~1/8V0V0001/8~2/8V1/8V=Δ0012/8~3/8V2/8V=2Δ0103/8~4/8V3/8V=3Δ0114/8~5/8V4/8V=4Δ1005/8~6/8V5/8V=5Δ1016/8~7/8V6/8V=6Δ1107/8~8/8V7/8V=7Δ1119.2.2A/D轉(zhuǎn)換電路方式?！獢?shù)轉(zhuǎn)換器根據(jù)其工作原理大致分為并行式和并/串式A/D、逐次逼近式、雙積分式和計數(shù)比較式A/D等幾種形式。逐次逼近式A/D由電壓比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、逐次逼近寄存器(SAR)和控制邏輯等組成。421818048180128A／D轉(zhuǎn)換器的基本原理與天平稱重物類似。假設有四個砝碼，分別為8g、4g、2g、1g，則可稱重物范圍為0－15g之間，測量誤差最大為0.5g。ADC0808/0809IN0～IN7：模擬量輸入腳；ADDA、ADDB、ADDC：通道地址輸入端。CLOCK：時鐘輸入端。ALE：地址鎖存允許端。START：啟動脈沖輸入端。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號端。OE：允許輸出端。D7～D0引腳：轉(zhuǎn)換所得8位數(shù)據(jù)在這8個管腳上輸出，D7是最高位，D0是最低位。UCC：電源正極輸入端，接+5V。GND：地端，電源負極接至該端。UREF(+)和UREF(-)：分別為基準電壓UREF的高電平端和低電平端。9.2.3A/D的主要技術(shù)參數(shù)(1)分辨率

A/D的分辨率是使A/D輸出數(shù)字量最低位變化1所對應的輸入模擬電壓變化的大小值。分辨率也用輸出二進制數(shù)的位數(shù)來表示，如8位A/D的分辨率就是8，位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度也越高。(2)量化誤差

用數(shù)字量近似表示模擬量的過程稱為量化。A/D轉(zhuǎn)換一般是按四舍五入原則進行的，由此產(chǎn)生的誤差稱為量化誤差，量化誤差小于等于1LSB。(3)精度

精度分為絕對精度和相對精度。在一個A/D中，任何數(shù)碼所對應的實際模擬電壓與其理想的電壓之差并不是一個常數(shù)，把差值中的最大值定義為該A/D的絕對精度；而相對精度則定義為這個最大差值與滿刻度模擬電壓的百分數(shù)，或者用二進制分數(shù)來表示相對應的數(shù)字量。(4)轉(zhuǎn)換時間

轉(zhuǎn)換時間