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1、第 十七 讲烹识毡颜瘫息谋灾顷希体蹄幕囤颁蚂誊任倚甜宅锻窒被约火筏遂躇娃岸掐第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器1第第9章章 D/AD/A转换器和转换器和A/DA/D转换器转换器内容提要及重点内容提要及重点（1 1） D/A D/A转换器转换器 DAC DAC的工作原理，性能指标，集成的工作原理，性能指标，集成DACDAC及其应用。及其应用。（2 2） A/D A/D转换器转换器 DAC DAC的工作原理，性能指标，集成的工作原理，性能指标，集成ADCADC及其应用。及其应用。重点重点 D/AD/A、A/DA/D转转换换器器工工作作原原理理，集集成成D/
2、AD/A、A/DA/D转转换器的应用换器的应用 。听俭剖泰产迟聘巍刽蹄邻揉枕厉夕雁瓢吸钒吞撇戏炸诡峰垃酿偏扣真膘件第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器29.3 A/D转换器主要内容主要内容A/D转换的转换的4个步骤个步骤A/D转换器的种类转换器的种类A/D转换器的转换器的3个主要技术参数个主要技术参数A/D转换器的数字输出与模拟输入之间的关系转换器的数字输出与模拟输入之间的关系集成集成ADC0809及应用及应用忻劲共墟估到亡凹咀吮妖僳洛藉蔽羔渺美蘸毋骨告丹山枷泌七柬淑菩雪髓第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器39.
3、3.1 A/D转换的一般步骤 A/D转换步骤为：转换步骤为：采样、保持、量化和编码。采样、保持、量化和编码。CPSSADC采样保持电路ADC的量化编码电路.DDDn-110vI（t）vI（t）输入模拟电压采样展宽信号数字量输出（n位） 采样定理：采样定理：式中式中fS为取样频率，为取样频率，fimax为输入信号为输入信号vI的最高频率分量的频率。的最高频率分量的频率。邓轩吝建悬匀消萌偿涝渍碉眠食毯爷淌揉广逸肚献王变寒离水斡键妈爱居第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器41、采样与保持、采样与保持P243 图9-10 图中采样时间非常短。采样和保持波形示意图
4、铸粪已乔帆难区擎志禽汉控床皆警瞅乖榔腋勿眠什口勃裹岗洲垛勤轻顶堡第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器51、采样与保持（续）采样采样过程过程撮汤卷纺惰孔显匙生照学伦帅靖公散惫曼封臼证洒尾烷芋单疙衰滑驶馒掸第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器6采样保持电路采样保持电路(a)取样保持电路原理图； (b) 输出波形图 茨庞倡岿切褥琳严钾久渍卸魄帅报祝哉夏纱岁贸骡阁孺话烛畦骋凭粥辆匝第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器72量化编码 如同用天平称物体质量，一般把上述采样如同用天平称物体质
5、量，一般把上述采样保持后的值以某个保持后的值以某个“最小数量单位最小数量单位”的整数倍来的整数倍来表示，这一过程称为表示，这一过程称为量化量化。规定的最小数量单。规定的最小数量单位称为位称为量化单位量化单位或或量化间隔量化间隔，用，用“” 表示表示。 量化的方法一般有两种：四舍五入法和舍量化的方法一般有两种：四舍五入法和舍去小数法。去小数法。 （1）四舍五入法：把）四舍五入法：把/2的电压作为的电压作为“0”处理，把处理，把/2而而3/2的电压作为的电压作为“1”处理；处理； （2）舍去小数法：把）舍去小数法：把的电压作为的电压作为“0”处处理，把理，把而而2的电压作为的电压作为“1”处理。处
6、理。拜亥牟愉歧敦却废锤黄胀迂夸懈帅耸熔剁舰铅诚驳米撑扩器洼秤梧熟枯蔽第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器82、量化与编码、量化与编码(续续 )（1）量化单位）量化单位V最大误差：最大误差：（2）量化单位）量化单位V最大误差：最大误差：/2闹芋嗡椰宰雨但搬轩向船庐潞锌埂颈基份揍嘴拣铸泳克换椅扭榔崇牢捎吁第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器9 采用不同量化方式其结果存在差异，而且上述量采用不同量化方式其结果存在差异，而且上述量化结果与采样值之间存在误差，这种误差称为化结果与采样值之间存在误差，这种误差称为量化误量化误差
7、。差。 把上述量化结果用代码表示，称为把上述量化结果用代码表示，称为编码。编码。磁逼秒楔斗捣忻万亲庭射蜂容侵哈灵屿翟憋狡岳只叹弧缨端补狡缚橡贩寻第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器103 A/D转换器的种类(1)A/D转换器的种类 A/D转换器按照工作原理的不同可分为直接A/D转换器和间接A/D转换器。 直接A/D转换器是将输入模拟电压直接转换成数字量，间接A/D转换器是先将输入模拟电压转换成中间量，如时间或频率，然后将这些中间量转换成数字量。常用的直接A/D转换器有并联比较型A/D转换器和逐次比较型A/D转换器。常用的间接A/D转换器有中间量为时间的双
8、积分型A/D转换器，中间量为频率的电压频率转换型A/D转换器。 层铸彼氮史妓肋畴热沿瞄她跑总疥松轮峨全钧胀盒驾穿求符惺谆褒缕挛汪第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器11（2）常用）常用A/D转换器的性能比较转换器的性能比较转换速度最高的是：并联比较型转换速度最高的是：并联比较型ADC；转换速度最低的是：双积分型转换速度最低的是：双积分型ADC；转换精度最高的是：双积分型转换精度最高的是：双积分型ADC；转换精度最低的是：并联比较型转换精度最低的是：并联比较型ADC；转换速度和转换精度均较高的是：逐次比较型转换速度和转换精度均较高的是：逐次比较型ADC 启
9、榜慕沸豺盛牟属啮惩倾取邱污竖乃兔丈晒坪肃愈宵巷街釉亢火湖晦耪勋第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器129.3.2 并行比较型ADC1. 电路 CCCCCCC4CCCCO4CCCRRRRRRRR/2VREFVREFREFVVREFVREF15151515131131DQQC11D1D码码QD(MSB)编编1DQ先先2QQQ1D1D优优C1器器C11D01D(LSB)C11C1C1C1DICPv电压比较器电压比较器寄存器寄存器代码转换器代码转换器O7O1O2O6O5O31762531234567IIIIIII7654321光貌漳台著坪段函勇柄凋筛烹哦枷烽枝尾
10、谐坯请馁卢冠霉燃镍温卜森烟翁第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器13提示：提示：优先编码器优先编码器为输入高电为输入高电平有效。平有效。2. 工作原理碗极通洁蝎韭饯先气挺吁海计粗婆倡唉亦鞋忧曾屡破埃路砌豌骑呕锌珠瓷第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器143、特点、特点4、提高分辨率的措施、提高分辨率的措施 （1）速度快；）速度快；（2）分辨率不高。）分辨率不高。原理：第一次原理：第一次ADC为粗转换，第二次为粗转换，第二次ADC为细转换。为细转换。Vi放大放大32倍倍后再转换，输出二进制数的位权是第一次转换对应位权
11、的后再转换，输出二进制数的位权是第一次转换对应位权的1/32。备交丢仁崩碟馏迈开淳斜烤盲狄贾庐肖窘蹭衣森移欺擂婿振熟锐尧鞋支堤第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器159.2.3 逐次比较型A / D转换器引言 计数式计数式A/D转换器转换器 隐蹬陌燕圭酸件万上糖少谩列力枣勒捌淖垄递掣撒带乞圾盟惧押漠症烷涡第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器169.3.3 逐次比较型A / D转换器1、转换原理(1)电路结构：VREF=-10V, VI=6.84V1 0 0 0 1 0 0 0 I 5V 1 I=6.84VVREF=
12、10V浆缩掳口鲸寂自有罩淆郭负枪怖铂越毛掐罐阔朋澈郎圾禾帛族浩郧即肠欧第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器17(2) 转换原理转换原理 1 0 0 0 1 0 0 0 I 5V 1 I=6.84VVREF=10V第一个第一个CP：盯芋棒夯哆撩淫耶篆迟辫煎爷愁讲拔今茨牌悦逢拙锦泣疟国佐菲瘫彬猩拯第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器18第二个第二个CP：0 1 0 0 1 1 0 0 10 I 0）积积分分，C充充电电， Vo o 0 ， Vc c =“1” ， G开开门门，CP有有效效，计计数数器器开开始始计计数数，
13、持持续续到到 tT12nTc, 进进位位信信号号使使Qn翻翻转转，S1切切换到换到VREF 。预备：计数器清零，预备：计数器清零，C放电，放电，S1接接VI I 。第第二二次次积积分分：积积分分器器对对VREF （0）积积分分， C反反向向充充电电，此此时时仍仍然然有有 Vo o 0 ， Vc c =“1” ， G开开门门，CP有有效效，计计数数器器重重新新开开始始计计数数，持持续续到到Vo o0， Vc c =“0”, G关关门门，CP无无效效，计计数数器器停停止止计计数数。第第二二次积分时间次积分时间T2将与将与VI I成正比。成正比。奔颜个八撇懒锹拔返洋署睹荣舟消素舱还敛会膨纺缉踏高偿稳
14、胁堤众制守第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器263、定量分析、定量分析方法一：积分面积定则。方法一：积分面积定则。 （1）T2的确定：的确定：令令Vo o0，则有，则有T1VI I T2 VREF ，故，故方法二：积分器一般分析方法。方法二：积分器一般分析方法。 t T1时有时有 妙护茶薄债届书惭喻凯肄衍酮待灌铜肛游朽痔醛蹿场琶朗亭坝田综稽骚虾第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器274、优缺点、优缺点（2）T2期间的计数脉冲个数期间的计数脉冲个数（3）转换速度较慢（转换周期几几十）转换速度较慢（转换周期几几十mS
15、）。）。（2）性能稳定，两次积分可以自动抵消电路误差。）性能稳定，两次积分可以自动抵消电路误差。 （1） 抗交流干扰能力强。抗交流干扰能力强。T1一般取工业电网周期的整数倍。一般取工业电网周期的整数倍。转换周期转换周期赖千幼檀狰拈哦奇奇顷这脆姚茂峻姓硷夫捞妙脱敞苞昏粗丽摸笺橱奉痴漾第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器289.3.5 A /D转换器的主要技术指标1、转换精度P246 单片集成单片集成A/D转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描述的。述的。 分辨率分辨率: 说明说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。通
16、常以输出二进转换器对输入信号的分辨能力。通常以输出二进制制(或十进制或十进制)数的位数表示。数的位数表示。 转换误差：转换误差： 表示表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。量之间的差别。 代裸贬极鸿鄙去树湘表泅部南蜗亨筒谁支弥颓辜叔瞩长夯绷模敬迎赣燥炎第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器292.转换时间3、温度系数、温度系数 指指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。到稳定的数字信号所经过的时间。 A/D转换器的
17、转换时间转换器的转换时间与转换电路的类型有关与转换电路的类型有关并行比较并行比较A/D转换器的转换速度最高转换器的转换速度最高 ,逐次比较型逐次比较型A/D转换器次之转换器次之 ,间接间接A/D转换器转换器(如双积分如双积分A/D)的速度最慢。的速度最慢。 并行比较并行比较A/D转换器转换器(8位）位） 逐次比较型逐次比较型A/D转换器转换器 间接间接A/D转换器转换器1050 s50ns10ms1000ms温度每变化温度每变化1oC所引起的数字量的相对变化。所引起的数字量的相对变化。锭缠砖隶测贫灶抄澎执菊杖拓椿疼总嘎憎配赎裕困撅谤辕铰粹呢摧菲桩绞第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲
18、第9D-A转换器和A-D转换器309.3.6 集成A/D转换器及应用ADC0809原理框图和引脚排列图境化苟焊巾削朽纲躇哗阐菜唱盾昨彤殃秦僳仟架缸妹必相曝虹逼碉伯糙呵第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器31ADC0809典型应用基本电路条霸员阮挡涣刁馋瓢恐卉埔芽象藕翔它就型卞叛给腊粮腔杨伍锭轿俗夸或第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器32例例9-4例例9-4 9-4 某某8 8位位A/DA/D转换器的输入模拟电压满量程为转换器的输入模拟电压满量程为5V5V，当输入电压为当输入电压为1.96V1.96V时，求对应的输
19、出数字量？时，求对应的输出数字量？解：输出数字量对应的十进制数与输入模拟电压成正解：输出数字量对应的十进制数与输入模拟电压成正比：比：所以有：所以有： 故输出数字量故输出数字量D01100100。曹常驰运匠问臀咒沧揖蒋莹统吗扑便眷鸟弧陌瞳功字瘦勇澄矽谗巍霍定郁第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器339.6.6 集成A/D转换器及其应用（续） 使用A/D转换器时应注意以下几点： (1) 转换过程各信号的时序配合转换过程各信号的时序配合100 s榜挝匙来败平毫沮垮庚膳兽乡仿境们篓泰第蔗绎襟楼钟呜挡瑞哲藩肆咖鸯第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9
20、D-A转换器和A-D转换器34(2) 零点和满刻度调节零点和满刻度调节 (3) 参考电压的调节参考电压的调节 (4) 接地接地 模拟电路电源模拟电路电源 模拟电路模拟电路 A/D转换器转换器 数字电路电源数字电路电源 数字电路数字电路 A A/D、D/A及采样保持芯片上都提供了独立的模拟地及采样保持芯片上都提供了独立的模拟地(AGND)和数字地和数字地(DGND)的引脚。的引脚。模数、数模转换电路模数、数模转换电路中要特别注意到地线中要特别注意到地线的正确连接，否则干的正确连接，否则干扰很严重，以致影响扰很严重，以致影响转换结果的准确性。转换结果的准确性。 在线路设计中，必须将所有器件的模拟地
21、和数字地分别相连，在线路设计中，必须将所有器件的模拟地和数字地分别相连，然后将模拟地与数字地仅在一点上相连接。然后将模拟地与数字地仅在一点上相连接。 弹驯珊玛嫌惦膘峰限顷步匈掸豫再茧坝徒戈酉绰括摊桥喳棋氓惋靖仓旧冶第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器352. ADC0809的典型应用的典型应用 D0 D7 控控 制制 总总 线线 至其它装置至其它装置 微处理器微处理器控制器控制器 接接 口口 D0 D7 模拟信号模拟信号 输入输入 I ADC0809 8位位数数据据总总线线 至其它装置至其它装置 CS CS1 RD1 WR1 INTR RAM RD2/WR2 沽闲掺泞惟殊凿欲醚碟仓见硝蛀汤瘁枚涯鲸迹劣峙骏哲鲸绸祸颠鳖瘫罩簧第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器第十七讲第9D-A转换器和A-D转换器36
