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1、数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计9.1 数/模转换器DAC9.2 模/数转换器ADC数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器 了解数模和模数转换的根本概念；熟习数模和模数转换器的特点；了解常用数模和模数转换器主要技术目的的意义。 学习目的与要求数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器 数/模与模/数是计算机与外部设备的重要接口，也是数字丈量和数字控制系统的重要部件。 能将数字量转换成模拟量的安装称为数/模转换器，简称A/D转换器；能将模拟量转换为数字量的安装称为模
2、/转换器，简称D/A转换器。传传感器感器ADCADC数字数字计计算机算机DACDAC模模拟拟控制控制控制控制对对象象数数字字信信号号模模拟拟信信号号数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器9.1 数数/模模转换器器DAC 数数/ /模模转换转换器：器： Digital - Analog Converter Digital - Analog Converter。目前常目前常见见的的D/AD/A转换转换器中，有器中，有权电权电阻网阻网络络D/AD/A转换转换器，倒梯形器，倒梯形电电阻网阻网络络D/AD/A转换转换器等。器等。 1. DAC的根
3、本概念 构成数字代构成数字代码码的每一位都具有一定的的每一位都具有一定的“ “权权重。重。为为了将数字量了将数字量转换转换成模成模拟拟量，量，就必需将每一位代就必需将每一位代码码按其按其“ “权权重重转换转换成成相相应应的模的模拟拟量，然后再将代表各位的模量，然后再将代表各位的模拟拟量相加，即可得到与量相加，即可得到与该该数字量成正比数字量成正比的模的模拟拟量，量，这这就是构成就是构成D/AD/A变换变换器的根本器的根本思想。思想。数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器 (1) DAC的转换特性 DAC电路的作用是将输入的数字量转换成与
4、输入数字量成正比输出模拟量。在转换过程中，将输入的二进制数字信号转换成模拟信号，以电压或电流的方式输出。数数字字量量输输入入模模拟拟量量输输出出DACDAC组组成框成框图图基准电压 图中数据锁存器用来暂时存放输入的数字信号。n位锁存器的并行输出分别控制n个模拟开关的任务形状。经过模拟开关，将参考电压按权关系加到电阻解码网络。数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器 对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现数字/模拟转换。当输入的数字量是由n位8421BCD码表示的数字信号
5、X时，其从高位到最低位的权依次为依次为2n-1、2n-2 21、20等，其大小可表示为：DAC电路的输出模拟电压u0或模拟电流i0为： 电流转换系数电压转换系数数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器01234567001010011100101110111u0/VD000 当Ru或Ri为1、n时，根据上式可得DAC的转换特性曲线如以下图所示：模拟输出理想特性理想特性数字输入DAC的转换特性曲线数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器 (2) DAC的主要参数1量程满刻度范围：转换器
6、输出最大模拟量2分辨率：D/A转换器能输出的最小模拟量 量程为5V的8位DAC和10位DAC，其分辨率分别为： 从上式可看出：从上式可看出：DACDAC输输入数字量的位数入数字量的位数n n越多，它的分辨越多，它的分辨率也就越高。因此，有率也就越高。因此，有时时也用也用输输入数字量的位数来表示分入数字量的位数来表示分辨率的高低。辨率的高低。数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器 2绝对误差和非线性误差 绝对误绝对误差差差差 DAC DAC输输出的出的出的出的实实践模践模践模践模拟拟量量量量值值与与与与实际值实际值之差，常用最低位之差，常
7、用最低位之差，常用最低位之差，常用最低位LSBLSB的倍的倍的倍的倍数来表示，如数来表示，如数来表示，如数来表示，如(1/2)LSB(1/2)LSB或或或或1LSB1LSB。 非线性误差 是指实践转换特性曲线与理想曲线经过两端的直线之间的最大偏向，并以该偏向相对于满量程的百分数来度量。 3建立时间 指指指指输输入数字量入数字量入数字量入数字量变变化后，化后，化后，化后，输输出出出出值稳值稳定到距最定到距最定到距最定到距最终输终输出量出量出量出量uLSBuLSB所需的所需的所需的所需的时间时间。建立。建立。建立。建立时间时间反映了反映了反映了反映了DACDAC电电路路路路转换转换的速度。的速度。
8、的速度。的速度。 除此之外，在除此之外，在除此之外，在除此之外，在选选用用用用DACDAC器件器件器件器件时时，还还需求思索其需求思索其需求思索其需求思索其电电源源源源电压电压、输输出方式、出方式、出方式、出方式、输输出出出出值值范范范范围围及及及及输输入入入入逻辑电逻辑电平等参数。平等参数。平等参数。平等参数。数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器2. 集成数/模转换器DA0832 DAC0832是是8位的位的电流流输出型出型D/A转换器，在器，在对其其输入入8位数字量后，位数字量后，经过外接运放，即可外接运放，即可获得相得相应的模的
9、模拟电压。片选信号输入端片选信号输入端CSCSWRWR1 1XFERXFERWRWR2 2UCCUCCILEILEDGNDDGNDIO1IO1AGNDAGNDIO2IO2D1D1D0D0D3D3D2D2URURRFRFD6D6D7D7D4D4D5D5输入锁存允许信号端输入锁存允许信号端输入数据选通讯号输入数据选通讯号数据传送选通讯号数据传送选通讯号写信号写信号2基准电源输入端基准电源输入端反响电阻反响电阻D为数字量输入端为数字量输入端电流输出端电流输出端1和和2电源电源515V输入端输入端模拟模拟“地地数字数字“地地数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/
10、/数数转换转换器器9.2 模模/数数转换器器ADC 1. 模/数转换的原理 A/D转换就是将模拟量电压Ui转换为与它成比例的数字量，包括量化和编码两个过程。将00.7V的模拟量转换为3位二进制数码，即000111模拟量数字量模拟量数字量00.1V0000.40.5V1000.10.2V0010.50.6V1010.20.3V0100.60.7V1100.30.4V0110.7V111数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器9.2 模模/数数转换器器ADC 1. 模/数转换的原理将00.7V的模拟量转换为3位二进制数码，即000111模拟量
11、数字量模拟量数字量00.1V0000.40.5V1000.10.2V0010.50.6V1010.20.3V0100.60.7V1100.30.4V0110.7V111以上过程量化误差达0.1V数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器9.2 模模/数数转换器器ADC 1. 模/数转换的原理将00.7V的模拟量转换为3位二进制数码，即000111模拟量数字量模拟量数字量00.05V0000.350.45V1000.050.15V0010.450.55V1010.150.25V0100.550.65V1100.250.35V0110.650.
12、7V111以上过程量化误差达0.05V数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器 采样是将时间上、幅值上都延续变化的模拟信号，经过采样脉冲的作用，转换成时间上离散、但幅值上仍延续的离散模拟信号。因此采样又称为波形的离散化过程。2 采样坚持电路CPSADCuiu0采样坚持电路 CP1时，采样开关S接通，ui信号被采样，并送到电容C中暂存。 CP0时，采样开关S断开，前面采样得到的电压信号在电容C上坚持，直到下一个CP1信号到来，再对新的电压信号进展采样。采采样样定理：定理： 输输入的模入的模拟拟信号的最高信号的最高频频率分量率分量为为fmax
13、fmax，采，采样样信号信号频频率率为为fs fs，假，假设设fs2fmaxfs2fmax，那么可以无失真地复，那么可以无失真地复现输现输入信入信号。号。数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器ui采样电路的采样电路的输入信号波形输入信号波形采样电路的采样电路的离散输出波形离散输出波形tu采样采样间隔时间间隔时间采样采样坚持时间坚持时间 为保证采样后的离散模拟信号可以根本上真实地保管原始模拟信号ui的信息，采样信号的频率必需至少为原信号中最高频率成分fimax的2倍，这是采样电路的根本法那么，也就是前面我们所说的采样定理。 数字数字数字数
14、字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器分辨率分辨率 通常用ADC输出的二进制位数来表示。位数越多，误差越小，转换精度越高。 指ADC完成一次对模拟量的丈量到数字量的转换完成所需的时间。它反映了ADC转换的快慢速度。 指ADC转换后所得数字量所代表的模拟量与实践模拟输入值之差，通常以数字量最低位所代表的模拟输入值ULSB来衡量。 3. ADC的主要技术目的转换时间转换时间绝对绝对精度精度数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器4. 集成ADC0809简介1234567891011121314282
15、7262524232221201918171615ADCADC08090809 左图是ADC0809集成芯片的引脚图。它是一个28脚的芯片，采用CMOS工艺制成的8位ADC，内部采用逐次比较构造方式。各引脚的作用如下： IN0IN7 为8个模拟信号输入端。由地址译码器控制将其中一路送入转换器进展转换。 ADDA、ADDB、ADDC 是模拟信道的地址选择。 CP为时钟脉冲输入端。ALE是地址锁存允许信号，高电平常可进展模拟信道的地址选择；START是启动信号。上升沿将存放器清零，下降沿开场进展转换；EOC为模数转换终了，高电平有效；D0D7 是数字量输出端口；UR(+)为正参考电压输出；UR(-)是负参考电压输出。数字数字数字数字电电路与路与路与路与逻辑设计逻辑设计数数/ /模和模模和模/ /数数转换转换器器仔仔细复复习，加，加强练习， 稳定成果，学以致用！定成果，学以致用！Goodbye!
