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1、第第8 8章章 数数/ /模和模模和模/ /数转换数转换 8.1.38.1.3 DACDAC的主要技术参数的主要技术参数 8.1.18.1.1 D/AD/A转换基本原理转换基本原理 8.1.28.1.2 倒倒T T形电阻网络形电阻网络DAC DAC 8.1 8.1 D/AD/A转换转换 8.1.48.1.4 集成集成D/AD/A转换器及其应用转换器及其应用 Date1复习复习555定时器的逻辑功能？555定时器为何能实现脉冲波形？电容在脉冲电路中扮演怎样的角色？Date2第第8 8章章 数数/ /模和模模和模/ /数转换数转换 模拟量：温度、湿度、压力、流量、速度等 。从模拟信号到数字信号的转
2、换称为模/数转换 （简称A/D转换），实现模/数转换的电路叫做A/D 转换器（简称ADC）；从数字信号到模拟信号的转换称为数/模转换 （简称D/A转换），实现数/模转换的电路称为D/A 转换器（简称DAC）。 Date3典型数字控制系统框图Date48.1.1 D/A转换基本原理 数/模转换就是将数字量转换成与它成正 比的模拟量。 8.1 8.1 D/AD/A转换转换 数字量： (D3D2D1D0)2(D323D222D121D020)10(1101) 2 (123122021120)10模拟量： uoK(D323D222D121D020)10 uoK(123122021120)10 (K为比
3、例系数)Date5图8-1 n位D/A转换器方框图 组成 组成D/AD/A转换器的基本指导思想：将数字量按转换器的基本指导思想：将数字量按 权展开相加，即得到与数字量成正比的模拟量。权展开相加，即得到与数字量成正比的模拟量。D/AD/A转换器的种类很多转换器的种类很多, ,主要有：主要有：权电阻网络 权电阻网络DACDAC、T T形电阻网络形电阻网络DACDAC倒倒T T形电阻网络形电阻网络DACDAC、权电流权电流DACDAC Date68.1.2 倒T形电阻网络DAC 1. 电路组成电路由解码网络、模拟开关、求和放大器和基准 电源组成。图8-2 倒T型电阻网络DAC原理图 基准参 考电压
4、双向模拟开关 D1时接运放 D0时接地R2R倒T 形电阻解 码网络 求和集成运 算放大器 Date72. 工作原理由于集成运算放大器的电流求和点为虚地， 所以每个2R电阻的上端都相当于接地，从网络的A 、B、C点分别向右看的对地电阻都是2R。Date8因此流过四个2R电阻的电流分别为I/2、I/4、 I/8、I/16。电流是流入地，还是流入运算放大器， 由输入的数字量Di通过控制电子开关Si来决定。故流入运算放大器的总电流为：Date9由于从UREF向网络看进去的等效电阻是R，因 此从UREF流出的电流为： Date10故 ：Date11因此输出电压可表示为 ：Date12由此可见，输出模拟电
5、压uO与输入数字量D成正比，实现了数模转换。 对于n位的倒T形电阻网络DAC，则 ：Date13电路特点：（1）解码网络仅有R和2R两种规格的电阻，这对于集成工艺是相当有利的； （2）这种倒T形电阻网络各支路的电流是直接加到运算放大器的输入端，它们之间不存在传输上的时间差，故该电路具有较高的工作速度。因此，这种形式的DAC目前被广泛的采用。Date148.1.3 DAC的主要技术参数1.分辨率 分辨率是指输出电压的最小变化量与满量程输出 电压之比。输出电压的最小变化量就是对应于输入数字量最 低位为1，其余各位均为0时的输出电压。满量程输出电压就是对应于输入数字量全部为1 时的输出电压。对于n位
6、D/A转换器，分辨率可表示为：分辨率 位数越多，能够分辨的最小输出电压变化量就 越小，分辨率就越高。也可用位数n来表示分辨率。 Date152. 转换速度D/A转换器从输入数字量到转换成稳定的模拟 输出电压所需要的时间称为转换速度。不同的DAC其转换速度也是不相同的，一般约 在几微秒到几十微秒的范围内。 Date163. 3. 转换精度转换精度转换精度是指电路实际输出的模拟电压值和理论 输出的模拟电压值之差。通常用最大误差与满量程 输出电压之比的百分数表示。通常要求D/A转换器 的误差小于ULSB/2。例如，某D/A转换器满量程输出电压为10V，如 果误差为1%，就意味着输出电压的最大误差为
7、0.1V。百分数越小，精度越高。转换精度是一个综合指标，包括零点误差、增益 误差等，它不仅与D/A转换器中元件参数的精度有 关，而且还与环境温度、集成运放的温度漂移以及 D/A转换器的位数有关。Date174. 4. 非线性误差非线性误差通常把D/A转换器输出电压值与理想输出电压值 之间偏差的最大值定义为非线性误差。D/A转换器的非线性误差主要由模拟开关以及 运算放大器的非线性引起。 5. 5. 温度系数温度系数 在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化 而变化的量，称为DAC的温度系数。一般用满刻度的百分数表示温度每升高一度输 出电压变化的值。 Date188.1.4 8.1.4 集成集成
8、D/AD/A转换器及其应用转换器及其应用常用的集成DAC有AD7520、DAC0832、 DAC0808、DAC1230、MC1408、AD7524等，这里 仅对AD7520作简要介绍。 1、 D/A转换器DAC0832 DAC0832是常用的集成DAC，它是用CMOS工艺制成的双列直插式单片八位DAC，可以直接与Z80、8080、8085、MCS51等微处理器相连接。其结构框图和管脚排列图 如图7.1所示。 Date19图图8-1 8-1 集成集成 DAC0832DAC0832Date20DAC0832由八位输入寄存器、八位DAC寄存器和八位D/A转换器三大部分组成。 它有两个分别控制的数据
9、寄存器，可以实现两次缓冲，所以使用时有较大的灵活性，可根据需要接成不同的工作方式。DAC0832中采用的是倒T型R-2R电阻网络，无运算放大器，是电流输出，使用时需外接运算放大器。芯片中已经设置了Rfb, 只要将9号管脚接到运算放大器输出端即可。但若运算放大器增益不够，还需外接反馈电阻。DAC0832芯片上各管脚的名称和功能说明如下：Date21： 片选信号， 输入低电平有效。 ILE： 输入锁存允许信号， 输入高电平有效。 ： 输入数据选通信号， 输入低电平有效。 ： 数据传送选通信号， 输入低电平有效。 ： 数据传送控制信号， 输入低电平有效。 D0D7：八位输入数据信号。 IOUT1：D
10、AC输出电流1。此输出信号一般作为运算放大器的一个差分输入信号（一般接反相端）。 Date22VCC： 数字部分的电源输入端。 UCC可在+5V到 +15V范围内选取。 DGND： 数字电路地。 AGND： 模拟电路地。 结合图7.2(a)可以看出转换器进行各项功能时，对控制信号电平的要求如表7.1所示。 DAC0832的使用有三种工作方式：双缓冲器型、单缓冲器型和直通型。如图7.2所示。 Date23图 8-2 DAC0832 的三种工作方式 (a) 双缓冲器型； (b) 单缓冲器型； (c) 直通型Date24表 8-1 功能 说说明 数据输输入D7D0 到寄存器01WR1=0时时存入数据
11、 WR2=1时锁时锁 定 数据有寄存器1转转 送寄存器20WR2=0时时存入数据 WR2=1时锁时锁 定从输输出端去模拟拟 量无控制信号，随时时 可取双缓冲器型如图7.2(a)所示。首先 接低电平，将输入 数据先锁存在输入寄存器中。当需要D/A转换时，再将 接 低电平， 将数据送入DAC寄存器中并进行转换，工作方式为两级缓冲方式。 Date25单缓冲器型如图8-2(b)所示。DAC寄存器处于常通状态，当需要D/A转换时，将 接低电平，使输入数据经输入寄存器直接存入DAC寄存器中并进行转换。工作方式为单缓冲方式，即通过控制一个寄存器的锁存，达到使两个寄存器同时选通及锁存。 直通型如图8-2（c）
12、所示。两个寄存器都处于常通状态，输入数据直接经两寄存器到DAC进行转换，故工作方式为直通型。 实际应用时， 要根据控制系统的要求来选择工作方式Date262. D/A转换器AD7520 AD7520是10位的D/A转换集成芯片，与微处理器完全兼容。该芯片以接口简单、转换控制容易、通 用性好、性能价格比高等特点得到广泛的应用。 Date27图8-3 AD7520内部逻辑结构图该芯片只含倒T形电阻网络、电流开关和反 馈电阻，不含运算放大器，输出端为电流输出。具体使用时需要外接集成运算放大器和基准 电压源。Date28图8-4 AD7520外引脚图 D0D9：数据输入端IOUT1：电流输出端1IOU
13、T2：电流输出端2Rf：10K反馈电阻引出端Vcc：电源输入端 UREF：基准电压输入端GND：地。Date29分辨率：10位线性误差：(1/2)LSB（LSB表示输入数字量最低 位），若用输出电压满刻度范围FSR的百分数表示则 为0.05%FSR。转换速度：500ns温度系数：0.001%/AD7520的主要性能参数如下：Date3010位二进制加法计数器从全 “0”加到全“1”，电路的模拟输出 电压uo由0V增加到最大值。如果计数脉冲不断，则可在 电路的输出端得到周期性的锯齿 波。 2. 应用举例 （组成锯齿波发生器） 图8-5 AD7520组成的锯齿波发生器 图8-6 AD7520组成的
14、锯齿波发生器 Date31作业题作业题P1967.27.5(1)7.7Date32第第7 7章章 数数/ /模和模模和模/ /数转换数转换 7.2.37.2.3 ADCADC的主要技术参数的主要技术参数 7.2.17.2.1 A/DA/D转换基本原理转换基本原理7.2.27.2.2 A/DA/D转换器工作原理转换器工作原理7.2 7.2 A/DA/D转换转换 7.2.47.2.4 集成集成A/DA/D转换器及其应用转换器及其应用举例举例 本章小结本章小结 Date337.2.1 A/D转换基本原理 A/D转换目标：将时间连续、幅值也连续的模拟信号转换为时间离散、幅值也离散的数字信号。四个步骤：
15、采样、保持、量化、编码。 7.2 7.2 A/DA/D转换转换 1. 采样与保持 （1）将一个时间上连续变化的模拟量转换成时间上离散的模拟量称为采样。 Date34图7-7 采样过程示意图 取样定理：设 取样脉冲s(t)的频率 为fS，输入模拟信 号x(t)的最高频率 分量的频率为fmax ，必须满足 fs 2fmaxy(t)才可以正 确的反映输入信号( 从而能不失真地恢 复原模拟信号)。通常取fs （2.53）fmax 。 Date35（2）由于A/D转换需要一定的时间，在每次采样 以后，需要把采样电压保持一段时间。 s(t)有效期间，开关管VT导通，uI向C充电，uO (=uc)跟随uI的变化而变化；s(t)无效期间，开关管VT截止，uO (=uc)保持不变， 直到下次采样。（由于集成运放A具有很高的输入阻抗 ，在保持阶段，电容C上所存电荷不易泄放。） 图7-8 采样保持电路及输出波形Date362. 2. 量化和编码量化和编码 数字量最小单位所对应的最小量值叫做量化单位 。将采样保
