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1、模拟量和数字量的转换,演讲者 耿福组长 陈贤杰组员 邓红波董伟凌承志安全1001,演讲内容,一、D/A转换器转换原理二、A/D转换器转换原理三、A/D转换器分类及应用介绍,将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换器(简称D/A转换器或DAC)将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换器(简称A/D转换器或ADC),DAC是英文Digital-Analog Converter的缩写ADC是英文Analog-Digital Converter的缩写,一、D/A转换器,1.1倒T形电阻网络D/A转换器D/A转换器有很多种，目前生产的D/A转换器中大多采用倒T形电阻网络这种结构。其电路如下图所示。,1.电路
2、,由数个相同的电路环节构成，每个电路环节有两个电阻和一个模拟开关。,参考电压,存放四位 二进制数,模拟 开关,计算时注意事项,（1）在图1.1中，00，11，22，33左边部分电路的等效电阻均为R。,A,1,1,2,2,3,3,0,0,计算时注意事项,（2）不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）或接地（即数字信号是否导通）各支路的电流时不变的。,参考电压输入的电流为而后根据分流公式得出各支流电路,由此可得出电阻网络的输出电流,运算放大器输出短的模拟电压 则为,如果输入的是n位二进制数，则,当取 ,则上式为,有上式可知： 的最值为最小值为 ；最大值为 。,1.2数字量与模拟量的关系数模转
3、换器集成电路芯片种类很多，按输入的二进制的位数分类有8位、10位、12位和16位等。下面介绍CC7520输入数字量与输出模拟量的关系，其中,1.3D/A转化器的主要技术指标,1.分辨率 D/A转换器的分辨率是指最小输出电压与最大输出电压之比。例如10位D/A转换器的分辨率为,2.精度 转化器的精度是指输出的模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。该误差是由参考电压偏离标准值、运算放大器的零点漂移、模拟开关的电压降以及电阻阻值的偏差等原因所引起的。,3.线性度4.输出电压（或电流）的建立时间5电源抑制比,二、A/D转换器,2.1逐次逼近型A/D转换器A/D转换器也有很多种，下面介绍目前
4、用的较多的逐次逼近型A/D转换器。,2.1逐次逼近型A/D转换器,其工作原理可用天平称重过程来比喻说明。好比用4个分别重8g，4g，2g，1g的砝码去称重13g物体，称重顺序见表2.1。表2.1逐次逼近称物一例,2.2A/D转换器原理,逐次逼近型A/D转换器一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、D/A转换器和电压比较器等几部分组成，其原理方框图如图2.2：,顺序脉冲发生器,CP,逐次逼近型寄存器,DAC,电压比较器,输出数字量,输入电压U1,U0,图2.2逐次逼近型A/D转换器的原理方框图,原理解释,转换开始，顺序脉冲发生器输出的顺序脉冲首先将寄存器的最高位置1，经D/A转换器转换为相应的模拟
5、电压U0送入比较器与待转换的输入电压U1进行比较。若U0U1，说明数字量过大，将最高位的1除去，而将次高位置1；若U0U1，说明数字量还不够大，应将这以为的1保留，还须将下一位高位置1。这样逐次比较下去，一直到最低位为止。寄存器的逻辑状态就是对应于输入电压U1的输出数字量。,补充说明,因为模拟电压在时间上一般是连续变化量，而要输出的是数字量（二进制数），所以在进行转化时必须在一系列选定的时间间隔对模拟电压采样（见第16章16.3节）。经采样保持电路后，得出的每次采样结束时的电压就是上述待转换的输入电压U1。,下面结合图2.3的具体电路来说明逐次逼近的过程。,2. 转换过程,2,3,4,1,1
6、0 0 0,U0 UI,6V,U0 UI,5V,U0 UI,1 1 0 0,1 0 1 0,1 0 1 1,例：UR= -8V，UI = 5.52V,D/A转换器输出U0为正值,逐次逼近转换过程示意图,U0 UI,U0 UI,(转换误差: 0.02V),转换数字量1011 4+1+0.5 = 5.5V 转换误差为 0.02V,例：UR= -8V，UI = 5.52V,若输出为 8位数字量,转换数字量10110001 4+1+0.5+0.03125 = 5.53125V 转换误差为 +0.01125V 位数越多误差越小,2.3A/D转换器的主要技术指标,1.分辨率以输出二进制的位数表示分辨率。位
7、数越多，误差越小，分辨率越高。 2.转换速度从它接到转换控制信号起，到输出端得到稳定的数字量输出所需要的时间。其中有转换一次需10ms以上的慢速ADC，需几十至几百s的中速ADC及只需几s或小于1s的高速及超高速ADC。 3.相对精度实际转换值与理想值之间的最大偏差。 4其他功率、电源电压、电压范围等。,三、A/D转换器分类及应用介绍,（1）从原理上分双积分型ADC、逐次逼近型ADC、并行型ADC以及 型。（2）从转换速度上分（3）从ADC输出的数字量最大位数（即分辨率）来分以二进制形式输出的有8、10、12、14、16、24位等，以BCD码形式输出的有三位半，四位半及更高分辨率的。,（4）从ADC芯片内部结构分有单独的A/D转换器，如ADC0801、AD7581型等。有功能更为强大的AD363转换器，其内部有16路模拟多路开关，数据放大器，采样/保持器及12位A/D转换器。 （5）从A/D转换器数字输出端来分8位分辨率则可直接连到微型机的数据总线，十分方便，10位以上的分辨率ADC芯片须增加读取控制逻辑分两次读入CPU。 （6）按输出接口分有并行接口ADC和串行接口ADC。,谢 谢,
