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1、11.2 11.2 数数数数模模模模(D/A)(D/A)(D/A)(D/A)转换器转换器转换器转换器11.3 11.3 模数模数模数模数(A/D)(A/D)(A/D)(A/D)转换器转换器转换器转换器11.1 11.1 概述概述概述概述本章主要内容本章主要内容 随时间作连续变化的物理量称为模拟量，如温度、压力、随时间作连续变化的物理量称为模拟量，如温度、压力、速度、流量、位移等。随时间作断续变化的物理量称为数字速度、流量、位移等。随时间作断续变化的物理量称为数字量，如城市人口的统计数、工厂产品的产量等。量，如城市人口的统计数、工厂产品的产量等。 11.1 概述概述控控制制对对象象模模拟拟信信号
2、号数数字字信信号号传感器传感器执行机构执行机构计算机计算机或或数字装置数字装置ADCDAC11.2.1 倒倒T型电阻网络型电阻网络DAC分析输入数字量和输出模拟电压分析输入数字量和输出模拟电压分析输入数字量和输出模拟电压分析输入数字量和输出模拟电压u u u uo o o o之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系11.211.211.211.2数模数模数模数模D/AD/AD/AD/A转换转换转换转换转换转换转换转换uo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IRUc = UR / 2UB = UR /4U
3、A = UR /8UD = UR 即：即：由于解码网络的电路结构和参由于解码网络的电路结构和参由于解码网络的电路结构和参由于解码网络的电路结构和参数匹配，则图中各点数匹配，则图中各点数匹配，则图中各点数匹配，则图中各点( ( ( (D D、C C、B B、A) A) 电位逐位减半。电位逐位减半。电位逐位减半。电位逐位减半。uo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR 因此，每个因此，每个因此，每个因此，每个2 2R R支路中支路中支路中支路中的电流也逐位减半。的电流也逐位减半。的电流也逐位减半。的电流也
4、逐位减半。即：即：即：即： uo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IRuo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR DAC0832是八位的是八位的D/A转换器转换器, ,即在对其输入八位数即在对其输入八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。压值。11.2.2 集成集成DAC0832简介简介1) 1) 内内内内部部部部简简简简化化化化电电电电
5、路路路路框框框框图图图图八位八位寄存器寄存器输入输入八位八位寄存器寄存器DACDAC八位八位转换器转换器UREFRFIout1Iout2AGNDUCCDGND&ILECSWR1WR2XFERD/AD/AD7D0.112) 2) 芯片管脚芯片管脚芯片管脚芯片管脚DAC DAC 0832 0832 管脚分布图管脚分布图管脚分布图管脚分布图CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120片选信号，片选信号，低电平有效低电平有效写入控制，写入控制，低电平有效低电平有效模拟地
6、端模拟地端D0 D7数字量输入数字量输入参考电压参考电压输入端输入端DACDAC 0832 0832 管脚分布图管脚分布图管脚分布图管脚分布图CSCSWRWR1 1WRWR2 2AGNDAGNDD D4 4D D5 5D D6 6D D7 7D D0 0D D1 1D D2 2D D3 3U UCCCCU UREFREFR RF FDGNDDGNDILEILEXFERXFERI Iout1out1I Iout2out21 12 23 34 45 56 67 78 89 910101919181817171616151514141313121211112020数字地端数字地端反馈电阻反馈电阻反馈
7、电阻反馈电阻外接端外接端外接端外接端CSCSWRWR1 1WRWR2 2AGNDAGNDD D4 4D D5 5D D6 6D D7 7D D0 0D D1 1D D2 2D D3 3U UCCCCU UREFREFR RF FDGNDDGNDILEILEXFERXFERI Iout1out1I Iout2out21 12 23 34 45 56 67 78 89 910101919181817171616151514141313121211112020DACDAC 0832 0832 管脚分布图管脚分布图管脚分布图管脚分布图输入锁存允许信输入锁存允许信号，高电平有效号，高电平有效芯片工作电压
8、芯片工作电压 输入端输入端 写入控制端写入控制端低电平有效，与低电平有效，与XFER配合使用配合使用CSCSWRWR1 1WRWR2 2AGNDAGNDD D4 4D D5 5D D6 6D D7 7D D0 0D D1 1D D2 2D D3 3U UCCCCU UREFREFR RF FDGNDDGNDILEILEXFERXFERI Iout1out1I Iout2out21 12 23 34 45 56 67 78 89 910101919181817171616151514141313121211112020DACDAC 0832 0832 管脚分布图管脚分布图管脚分布图管脚分布图电流
9、输出端电流输出端单极性输出时。单极性输出时。Iout2接模拟地接模拟地 传送控制端传送控制端低电平有效，与低电平有效，与WR2配合使用配合使用CSCSWRWR1 1WRWR2 2AGNDAGNDD D4 4D D5 5D D6 6D D7 7D D0 0D D1 1D D2 2D D3 3U UCCCCU UREFREFR RF FDGNDDGNDILEILEXFERXFERI Iout1out1I Iout2out21 12 23 34 45 56 67 78 89 910101919181817171616151514141313121211112020DAC 0832 DAC 0832
10、管脚分布图管脚分布图管脚分布图管脚分布图11.2.3 DAC11.2.3 DAC11.2.3 DAC11.2.3 DAC的主要技术指标的主要技术指标的主要技术指标的主要技术指标 指最小输出电压和最大输出电压之比。指最小输出电压和最大输出电压之比。指最小输出电压和最大输出电压之比。指最小输出电压和最大输出电压之比。 1.1.分辨率分辨率 2.2.2.2.转换精度转换精度转换精度转换精度 通常用非线性误差的大小表示通常用非线性误差的大小表示通常用非线性误差的大小表示通常用非线性误差的大小表示D/AD/A转换器的线性度。把转换器的线性度。把转换器的线性度。把转换器的线性度。把偏离理想的输入输出特性的
11、偏差与满刻度输出之比的百偏离理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百偏离理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百偏离理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。分数定义为非线性误差。分数定义为非线性误差。分数定义为非线性误差。 3. 3. 转换时间转换时间( (转换速度转换速度) )例例例例: : : :十位十位十位十位D/AD/AD/AD/A转换器转换器转换器转换器 的分辨率为的分辨率为的分辨率为的分辨率为指指指指D/AD/AD/AD/A转换器从输入数字信号起，到输出信号达到稳定值转换器从输入数字信号起，到输出信号达到稳定值转换器从输入数字信号起，到输出信号达到
12、稳定值转换器从输入数字信号起，到输出信号达到稳定值所需要的时间。转换时间越小，工作速度就越高。所需要的时间。转换时间越小，工作速度就越高。所需要的时间。转换时间越小，工作速度就越高。所需要的时间。转换时间越小，工作速度就越高。 有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。11.2.4 DAC的应用实例的应用实例锯齿波发生器锯齿波发生器时钟脉冲时钟脉冲锯齿波计数器计数器DAC低通滤低通滤波器波器11.3 11.3 11.3 11.3 模数模数模数模数(A/D)(A/D)(A
13、/D)(A/D)转换器转换器转换器转换器 模数模数模数模数(A/D)(A/D)转换器的任务是将模拟量转换成数字量转换器的任务是将模拟量转换成数字量转换器的任务是将模拟量转换成数字量转换器的任务是将模拟量转换成数字量, , , ,它它它它是模拟信号和数字仪器的接口。根据其性能不同，类型也是模拟信号和数字仪器的接口。根据其性能不同，类型也是模拟信号和数字仪器的接口。根据其性能不同，类型也是模拟信号和数字仪器的接口。根据其性能不同，类型也比较多。比较多。比较多。比较多。模拟信号模拟信号数字信号数字信号A/DA/D转换过程转换过程11.3.1 11.3.1 模数转换的基本原理模数转换的基本原理模数转换
14、的基本原理模数转换的基本原理保保 持持采采 样样量量 化化编编 码码采样与保持采样与保持uIuSuOS采样原理采样原理 右图是一个受采样脉冲右图是一个受采样脉冲u uS S控制的电子开关，在控制的电子开关，在u uS S为高电为高电平时，开关平时，开关S S闭合，闭合，u uO O=u=uI I，在，在u uS S为低电平时，开关为低电平时，开关S S断开，断开，u uO O=0=0。当当u uS S按一定频率按一定频率f fS S变化时，输入模拟信号就被抽取为在时间变化时，输入模拟信号就被抽取为在时间上断续、在幅度上等于采样时间内模拟信号大小的一串样值上断续、在幅度上等于采样时间内模拟信号大
15、小的一串样值脉冲。脉冲。量化与编码量化与编码当当0uo0uo时，时， uo =0 uo =0 代码为代码为000000当当uouo22时，时， uo =1 uo =1 代码为代码为001001当当2uo2uo33时，时， uo =2 uo =2 代码为代码为010010，依此类推。，依此类推。当当0uo0uo1/21/2时，时， uo =0 uo =0 代码为代码为000000当当1/2uo1/2uo3/23/2时，时，uo =1 uo =1 代码为代码为001001当当3/2uo3/2uo5/25/2时，时，uo =2 uo =2 代码为代码为010010，依此类推。，依此类推。1. 只舍不
16、入法只舍不入法2. 有舍有入法有舍有入法11.3.2 11.3.2 逐次逼近式逐次逼近式逐次逼近式逐次逼近式ADCADC 其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重砝码共重砝码共重砝码共重1515克，每个重量分别为克，每个重量分别为克，每个重量分别为克，每个重量分别为8 8、4 4、2 2、1 1克。设待秤重量克。设待秤重量克。设待秤重量克。设待秤重量Wx = 13Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量：克，可以用下表步骤来秤量：克，可以
17、用下表步骤来秤量：克，可以用下表步骤来秤量：2 28 g + 4 g3 38 g + 4 g + 2 g4 48 g + 4 g + 1 g 1 18 g8g 13g ，12g 13g，13g 13g，8 g8 g12 g12 g12 g12 g13g暂时结果暂时结果砝砝 码码 重重比比 较较 判判 断断顺顺 序序保留保留保留保留保留保留保留保留撤去撤去撤去撤去保留保留保留保留 ADC0809ADC0809八位八位八位八位ADCADCGNDGNDC CB B A A8 通通 道道 模模 拟拟 开开 关关 比较器比较器逻辑控制逻辑控制逐次逼近逐次逼近 寄存器寄存器 D/A转换器转换器地址锁存地址
18、锁存 译译 码码 器器三三态态输输出出锁锁存存器器U UDDDDU UR R(+)(+)U UR R(-)(-)D D7 7D D0 0D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3D D2 2D D1 1ININ7 7ININ6 6ININ5 5ININ4 4ININ3 3ININ2 2ININ1 1ININ0 0 ALEALEEOCEOCSTARTSTARTCLOCKCLOCKEOUTEOUT11.3.3 11.3.3 集成集成集成集成ADC 0809ADC 0809简介简介简介简介U UR R(-)(-) B BD D4 4D D0 0D D2 2D D7 7D D6 6D D5 51
19、 12 23 34 45 56 67 78 89 91010191918181717161615151414131312121111202025252424232322222121262627272828ININ2 2ININ1 1ININ0 0 GNDGNDD D1 1 ALE ALEEOCEOC START STARTCLOCKCLOCKD D3 3 IN IN3 3 IN IN4 4 IN IN5 5 IN IN6 6 IN IN7 7EOUTEOUTA AC CU UR R (+)(+)U UDDDD模拟输入端 模拟输入端 数字输出端 数字输出端 数字输出端 数字输出端 11.3.4
20、11.3.4 集成集成集成集成ADC 0809ADC 0809简介简介简介简介U UR R(-)(-) B BD D4 4D D0 0D D2 2D D7 7D D6 6D D5 51 12 23 34 45 56 67 78 89 91010191918181717161615151414131312121111202025252424232322222121262627272828ININ2 2ININ1 1ININ0 0 GNDGNDD D1 1 ALE ALEEOCEOC START STARTCLOCKCLOCKD D3 3 IN IN3 3 IN IN4 4 IN IN5 5 IN
21、 IN6 6 IN IN7 7EOUTEOUTA AC CU UR R (+)(+)U UDDDD地址线地址锁存信号输入端 基准电压正极，为5V 基准电压负极，为0V 转换启动信号输入端转换结束信号输出端 11.3.4 11.3.4 集成集成集成集成ADC 0809ADC 0809简介简介简介简介U UR R(-)(-) B BD D4 4D D0 0D D2 2D D7 7D D6 6D D5 51 12 23 34 45 56 67 78 89 9101019191818171716161515141413131212111120202525242423232222212126262727
22、2828ININ2 2ININ1 1ININ0 0 GNDGNDD D1 1 ALE ALEEOCEOC START STARTCLOCKCLOCKD D3 3 IN IN3 3 IN IN4 4 IN IN5 5 IN IN6 6 IN IN7 7EOUTEOUTA AC CU UR R (+)(+)U UDDDD时钟脉冲输入端 输出允许端11.3.5 11.3.5 ADC ADC 的主要技术指标的主要技术指标的主要技术指标的主要技术指标1. 量化误差与分辨率量化误差与分辨率 量化误差是指由于用有限数字对模拟数值进行离散取值量化误差是指由于用有限数字对模拟数值进行离散取值（量化）而产生的误差。（量化）而产生的误差。以输出二进制数的位数表示分辨率。位数越多，误差小，以输出二进制数的位数表示分辨率。位数越多，误差小，转换精度越高。转换精度越高。2. 转换速度转换速度 完成一次完成一次A/D转换所需要的时间，即从它接到转换控转换所需要的时间，即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。制信号起，到输出端得到稳定的数字量输出所需要的时间。3. 相对精度相对精度实际转换值和理想特性之间的最大偏差。实际转换值和理想特性之间的最大偏差。 4. 输入模拟电压范围输入模拟电压范围 ADC0809芯片，模拟输入电压范围为芯片，模拟输入电压范围为05V。 大结局啦!
