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单击此处编辑母版标题样式,(23-,*,),第二十三章 模拟量和数字量的转换,(1-,0,),第二十三章 模拟量和数字量的转换, 23.1 D/A,转换器, 23.2 A/D,转换器,1,数模与模数转换器是计算机与外部设备的重要接口，也是数字测量和数字控制系统的重要部件。,能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,）；能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,）。,概 述,2,传感器,模拟控制,模拟信号,数字计算机,数字控制,数字信号,ADC,DAC,D/A,、,A/D,转换器的原理框图,3,由于构成,数字代码的每一位都有一定的“权重”,，因此为了把数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码,按其“权重”转换成相应的模拟量,，然后再把代表各位的模拟量相加，即可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成,D/A,转换器的基本思想。,23.1,D/A,转换器,4,倒,T,形电阻网络,D/A,转换器,基准电压,电子模拟开关,T,形电阻网络,最低位,最高位,5,R,6,R,7,例：,一个八位倒,T,型电阻网络数,/,模转换器，,当输入数字量为,00000001,时，输出电压值,为,-0.02V,， 若输入二进制数为,11010101,时，,输出电压为多少？,解：, 输入数字量为：,00000001,时，,输出电压值为：,u,o,= -0.02V,（,11010101,）,2,= 2,7,+2,6,+2,4,+2,2,+2,0,=,（,213,）,10, 输出电压值为：,u,o,= 213(-0.02) = -4.26V,8,D/A,转换器的主要技术指标,指最小输出电压和最大输出电压之比。,有时也用输入数字量的有效位数来表示。,一、分辨率,例：十位,D/A,转换器的分辨率为,1 / ( 2,10,1 ) =1 / 10230.001,二、输出电压,(,电流,),的建立时间,指从输入数字信号起，到输出电压（电流）达稳定值时所需的时间。,9,指输出模拟电压的实际值与理想值之差。即最大静态转换误差。,三、精度,四、线性度,通常用非线性误差的大小表示。,五、电源抑制比,指输出电压的变化与相对应的电源电压（模拟开关、运放电源）的变化之比。,10,目前，,D/A,转换器集成电路芯片种类很多。按输入二进制数的位数分类有八位、十位、十二位、十六位等，使用者可根据任务要求进行选择。,11,集成芯片,AD7520,d,0,d,9,：,十位数字量输入端；,I,O1,、,I,O2,：,电流输出端；,R,F,：内部电阻引出,端,；,U,DD,：模拟开关,电源接线端,；,GND,：,接地端。,U,R,I,O1,I,O2,R,F,GND,d,4,AD7520,1,2,3,4,5,6,7,8,16,15,14,13,12,11,10,9,U,DD,+U,R,d,3,d,2,d,1,d,0,d,5,d,6,d,7,d,8,d,9,U,O,+,+,U,R,：,参考电源，可正可负；,R,F,12,A/D,转换器的任务是把模拟量转换成数字量，它是模拟信号和数字仪器的接口。,A/D,转换器的类型很多，有并联比较型、逐次逼近型、双积分型等。在此仅介绍逐次逼近型。,23.2 A/D,转换器,13,其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重,15,克，每个重量分别为,8,、,4,、,2,、,1,克。设待秤重量,W,x,= 13,克，可以用下表步骤来秤量：,砝码重,第一次,第二次,第三次,第四次,加4克,加,2,克,加,1,克,8,克,砝码总重,待测重量,W,x,，,故保留,砝码总重仍,待测重量,W,x,，,故撤除,砝码总重 待测重量,W,x,，,故保留,暂时结果,8,克,12,克,12,克,13,克,结 论,逐次逼近型,A/D,转换器,14,逐次逼近寄存器,电压比较器,控制逻辑门,输入,输出,准备工作,Q,4,Q,0,=10000,第五个,CP,时数据输出,Q,F,3,S,R,R,F,2,S,Q,R,F,1,S,Q,R,F,0,S,Q,&,d,3,&,d,2,&,d,1,&,d,0,&,&,&,&,1,1,1,d,3,d,0,E,读出控制端,U,I,U,O,时钟脉冲,五位顺序脉冲发生器,四位,D/A,转换器,CP,Q,4,Q,3,Q,2,Q,1,Q,0,d,2,d,1,脉冲发生器,数,-,模转换器,15,1 0 0 0 0,1,：,1 0 0 0,1,0,1,0,1,0,1,0,1,1,0,2,：,0,1,1,3,：,4,：,5,：,U,I,=5.52V,D/A,参考电压,U,R,=-8V,d,3,=1:,4V,d,2,=1:,2V,d,1,=1:,1V,d,0,=1:,0.5V,1000,1100,1010,1011,1011,0,1,0,0,1 0 0 1 0 1 0 1,0 0 1 0 0 0 0 0,0 0 0 1 1 0 0 0,0 0 0 0 0 0 0 1,0 0 0 0 0 0 0 0,16,转换过程,2,3,4,1,1 0 0 0,U,A,U,I,6V,U,A,U,I,5V,U,A,U,I,1 1 0 0,1 0 1 0,1 0 1 1,U,R,= -8V，,U,I,= 5.52V,D/A,转换器输出,U,A,为正值,“,1,”,留否,d,3,d,2,d,1,d,0,U,A,(V),顺 序,比 较 判 断,17,转换数字量,1011 4+1+0.5 = 5.5V,转换误差为,0.02V,U,R,= -8V，,U,I,= 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,18,t,1,1,0,0,0,t,2,1,1,0,0,t,3,U,O, U,I,1,0,1,0,t,4,1,0,1,1,t,5,1,0,1,1,U,O,U,I,逐次逼近转换过程示意图,19,A/D,转换器的主要技术指标,一、分辨率,二、转换速度,以输出二进制代码位数表示分辨率。位数越多，量化误差越小，转换精度越高。,指从它接到转换命令起，直到输出端得到稳定的数字量输出时所需要的时间。,20,实际转换值和理想特性间的最大偏差。,三、相对精度,四、电源抑制,在输入模拟电压不变的情况下，转换电路电源电压的变化对输出电压的影响，可用输出数字量的绝对变化量表示。,21,A/D,转换器有多种型号的集成芯片可供选择。如：高速的，高分辨率的，高速且高精度的等等，使用者可根据任务要求进行选择。,22,ADC0809,结构框图,GND,A,B,C,8,通,道 模 拟 开 关,比较器,逻辑控制,逐次逼近,寄存器,D/A,转换器,地址锁存,译码器,三态输出锁存器,U,DD,U,R,(+),U,R,(-),D,7,D,0,D,6,D,5,D,4,D,3,D,2,D,1,IN,7,IN,6,IN,5,IN,4,IN,3,IN,2,IN,1,IN,0,ALE,EOC,START,CLOCK,EOUT,地址锁存,=640kHz,转换结束,输出允许,清零,转换开始,23,ADC 0809,管脚分布图,U,R,(-),B,D,4,D,0,D,2,D,7,D,6,D,5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,19,18,17,16,15,14,13,12,11,20,25,24,23,22,21,26,27,28,IN,2,IN,1,IN,0,GND,D,1,ALE,EOC,START,CLOCK,D,3,IN,3,IN,4,IN,5,IN,6,IN,7,EOUT,A,C,U,R,(+),U,DD,ADC 0809,24,U,R,(-),B,D,4,D,0,D,2,D,7,D,6,D,5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,19,18,17,16,15,14,13,12,11,20,25,24,23,22,21,26,27,28,IN,2,IN,1,IN,0,GND,D,1,ALE,EOC,START,CLOCK,D,3,IN,3,IN,4,IN,5,IN,6,IN,7,EOUT,A,C,U,R,(+),U,DD,ADC 0809,D,0,D,7,数字量输入,IN,0,IN,7,数字量输入,八选一,地址输入端,八选一,地址输入端,25,U,R,(-),B,D,4,D,0,D,2,D,7,D,6,D,5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,19,18,17,16,15,14,13,12,11,20,25,24,23,22,21,26,27,28,IN,2,IN,1,IN,0,GND,D,1,ALE,EOC,START,CLOCK,D,3,IN,3,IN,4,IN,5,IN,6,IN,7,EOUT,A,C,U,R,(+),U,DD,ADC 0809,输出允许端,启动信号输入,外部时钟输入,转换结束信号端,参考电压输入端,26,结 束,(1-,27,),
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