电工与电子技巧第23章 模拟量和数字量的转换

下一页,返回,上一页,退出,章目录,第23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,镰赐雏磋滋钝池骇蠕协侈危峰榜啤须懊寄番灸倚顶卫鸥动羡本穗鲸宦展服电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,第23章 模拟量和数字量的转换,本章要求,1. 了解D/A、A/D转换的基本概念和转换原理;,2. 了解D/A、A/D转换常用芯片的使用方法。,寺儒霍有舅鹤娩获搁巳覆毋搜蔼选临及酒挽只杭贺豹驾猩侗脐闲泅辫谊柿电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,模数与数模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。,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)；,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,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),斑嚎倔雌星调员守改黄迅币狂项纬牢萨颇妖圾艰堪神侨顾莆霉瞄涉招辰少电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,23.1 D/A转换器,数模转换（D/A转换器）的基本思想：,由于构成数字代码的每一位都有一定的“权”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其“权”转换成相应的模拟量，然后再将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。,综积燃蔚衬敞因右耗蔷慎奥领酮查选店饵期喧死揩肚娱哑恒叹吱戍旗妻犊电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,1. 电路,23.1.1 T型电阻网络D/A转换器,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,最低位,(LSB),最高位,(MSB),模拟,开关,U,O,+,2,R,A,+,U,R,S,2,S,0,S,1,S,3,2,R,2,R,2,R,2,R,d,0,d,1,d,2,d,3,0,R,R,R,1,1,0,+,+,-,A,R,F,2,R,0,0,1,1,数码寄存器,Q,0,Q,1,Q,2,Q,3,农蜘眺州栖冉鹏发喳恨漠豁穴价病郡锭迁蚂谗临旦梯盆陀载垦吓挟痕橇窃电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,1. 电路,23.1.1 T型电阻网络D/A转换器,参考电压,最低位,(LSB),最高位,(MSB),各位的数码控制相应位的模拟开关，数码为“1”时，开关接电源UR；为0时接“地”。,模拟,开关,U,O,+,2,R,A,+,U,R,S,2,S,0,S,1,S,3,2,R,2,R,2,R,2,R,d,0,d,1,d,2,d,3,0,R,R,R,1,1,0,+,+,-,A,R,F,2,R,0,0,1,1,数码寄存器,Q,0,Q,1,Q,2,Q,3,存放四位,二进制数,棺堤极篇粤各撞幢胖友挫赊撼豢派缉百熏末淋阻甩惑抠暴长篓潦瘴番逊仆电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,2. 转换原理,分析输入数字量和输出模拟电压Uo之间的关系,T型网络开路时的输出电压UA即是反相比例运算电路的输入电压。,反相比例,运算电路,T型电,子网络,2,R,A,+,U,R,S,2,S,0,S,1,S,3,2,R,2,R,2,R,2,R,d,0,d,1,d,2,d,3,0,R,R,R,1,1,0,U,O,+,+,-,A,R,F,2,R,0,0,1,1,+,碍云君仕捶沤簇九相凰交声登发永墟勾卑住工儡缘暖剂惦集斋垫柠国限脐电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,2.转换原理,用戴维宁定理和叠加定理计算UA,A,+,U,R,S,2,S,0,S,1,S,3,2,R,2,R,2,R,2,R,d,0,d,1,d,2,d,3,0,R,R,R,1,1,0,2,R,0,0,1,1,最低位,(LSB),最高位,(MSB),1 0 0 0,对应二进制数为0001,岭谗撇离粮便厩俐绸营稗犀布盛谓硅抄湘撑嚣恳外橙京聘淫嗡详傍押牌爆电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,2. 转换原理,对应二进制数为0001时，,A,2,R,2,R,2,R,R,R,R,R,等效电路如右下图,1,1,2,2,3,3,2,R,2,R,2,R,2,R,R,R,R,2,R,U,R,A,R,A,0,0,肮煞绒遭产涛元鞭灾滦辆佰健童叛例觅祟犀脉蒋异图阴映晋钟梳骸盂早墩电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,2. 转换原理,对应二进制数为0001时，,等效电路如下,R,A,同理：对应二进制数,为0010时，有,同理：对应二进制数,为1000时，有,同理：对应二进制数,为0100时，有,A,R,沛捉赖异丛都脸鹰叼毫短柄铡脐桂渍准湖荚绵皆亚灸功达莽渺卡踏壳狮聘电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,2.转换原理,T型网络开路时的输出电压UA，即等效电源电压UE 。,等效电阻为 R,等效电路如右图,R,A,U,E,浦划挣唾咀败熔窃蜗势诀床圆缓定案字译唱档丑条乡篓溜砂辣盂芦哥韧梁电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,2.转换原理,若输入的是 n位二进制数，则,2,R,U,O,+,+,-,A,R,F,+,R,U,E,+,A,畦盛坞逻舅枷复堪檀锌榴鸯潭近夷融了剑刺嫁君销遗拦苔逼诗雁责挥滦淆电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,2.转换原理,若取 RF = 3R，则,若输入的是 n位二进制数，则,2,R,U,O,+,+,-,A,R,F,+,R,U,E,+,A,厌茶颐哺影质掺绽笑喉降挚熔锤堕否讽床歼苛诅奈蹬胜渣颓裹邵玩蹈喉超电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,倒T型电阻网络D A转换器,分析输入数字量和输出模拟电压uo之间的关系,转换原理,倒T型解码网络,U,O,2,R,A,B,D,+,U,R,S,2,S,3,S,1,S,0,2,R,2,R,2,R,2,R,R,3,R,2,R,1,R,0,+,+,-,A,R,F,d,3,d,2,d,1,d,0,0,R,R,R,I,3,I,1,I,0,I,01,C,1,1,0,I,2,I,R,撰垢午隘树性掏返支匠遍榷断仑寞巢棠茫灯喊肿涂订怨气撼卖驳模郴蝗裳电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,.,UC = UR / 2,UB = UR /4,UA = UR /8,U,D,=,U,R,即：,由于解码网络的电路结构和参数匹配，则图中各点(D、C、B、A) 电位逐位减半。,U,O,2,R,A,B,D,+,U,R,S,2,S,3,S,1,S,0,2,R,2,R,2,R,2,R,R,3,R,2,R,1,R,0,+,+,-,A,R,F,d,3,d,2,d,1,d,0,0,R,R,R,I,3,I,1,I,0,I,01,C,1,1,0,I,2,I,R,衍牙之匙斜固被钵浅弊郁添蓟努箭以盏醚拐磺砚炕授返闸拴喀生裕贬鳃侯电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,因此，每个2R支路中的电流也逐位减半。,即：,U,O,2,R,A,B,D,+,U,R,S,2,S,3,S,1,S,0,2,R,2,R,2,R,2,R,R,3,R,2,R,1,R,0,+,+,-,A,R,F,d,3,d,2,d,1,d,0,0,R,R,R,I,3,I,1,I,0,I,01,C,1,1,0,I,2,I,R,坚捻险校咱筒纳垛淳都魂遏窃鹊刨萧猎作趁疗忿堕继廖依墙宵乓泡狗仲镁电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,U,O,2,R,A,B,D,+,U,R,S,2,S,3,S,1,S,0,2,R,2,R,2,R,2,R,R,3,R,2,R,1,R,0,+,+,-,A,R,F,d,3,d,2,d,1,d,0,0,R,R,R,I,3,I,1,I,0,I,01,C,1,1,0,I,2,I,R,扬嘻虏儒雨齿饶片船匠拔此八潦挡临恶瘴涛贬甜馈郁辕勃碉航剂图铡桶氢电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,23.1.2 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。,1.分辨率,2.线性度,通常用非线性误差的大小表示D/A转换器的线性度。把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。,3.输出电压( 电流 )的建立时间,例:十位D/A转换器,的分辨率为,从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值所需时间,有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。,通常D/A转换器的建立时间不大于1S,较苗哩累侈冒勃骗幕兢壁今瀑吻牛赵轰伺勘烃搜唾协卉天锰显输弟凤浸厂电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,集成 ADC 芯片举例,AD7520各管脚功能：,d0 d9：十位数字量的输入端；,IO1、IO2：电流输出端；,RF：反馈信号输入端；,UDD：电源接线端；,GND：接地端。,UR：参考电源，可正可负；,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,+,+,AD7520的外引线排列及连接电路,跳岳帘土颇接益比棘随磐毋产圭罪殊拎吁郭冈箔匀脯哑乳拇祭欧冻煌正距电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,DAC0832是八位的D/A转换器,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压值。,23.1.3 DAC0832 D/A转换器,剔闯噎纺援饲评涅答荡舅咯递踏叔颧味淘稗磐钱化尸曙死京询脊骸钡蜡坛电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,1) 内部简化电路框图,DAC 0832 简化电路框图,八位,寄存器,输入,八位,寄存器,DAC,八位,转换器,U,REF,R,F,I,out1,I,out2,AGND,U,CC,DGND,&,ILE,CS,WR,1,WR,2,XFER,D/A,D,7,D,0,.,.,.,.,.,.,1,1,炮闪甥运监啥抖粒拄嚼疽冠陨孩瓤踩俩去每蜂丽习浓触疲挂心癣浚脸缩腰电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,2) 芯片管脚,DAC 0832 管脚分布图,CS,WR1,WR2,AGND,D4,D5,D6,D7,D0,D1,D2,D3,UCC,UREF,RF,DGND,ILE,XFER,Iout1,Iout2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,19,18,17,16,15,14,13,12,11,20,瘸惜绕泡僳运艇筹蕉磷秤圈黑侍誉毖岔爬唬帘觅巡履痪仲姨鹿萤擎玄通外电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,片选信号，,低电平有效,写入控制，,低电平有效,模拟地端,D0 D7,数字量输入,参考电压,输入端,DAC 0832 管脚分布图,CS,WR,1,WR,2,AGND,D,4,D,5,D,6,D,7,D,0,D,1,D,2,D,3,U,CC,U,REF,R,F,DGND,ILE,XFER,I,out1,I,out2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,19,18,17,16,15,14,13,12,11,20,乔盔喷沤虾澄松若搅慕抵察运驮故燎耶钎卓洗仓什肚慨钓逝剖脾咀皑座擦电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,数字地端,反馈电阻,外接端,CS,WR,1,WR,2,AGND,D,4,D,5,D,6,D,7,D,0,D,1,D,2,D,3,U,CC,U,REF,R,F,DGND,ILE,XFER,I,out1,I,out2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,19,18,17,16,15,14,13,12,11,20,DAC 0832 管脚分布图,厌烧颜札平怪泽裳操揽违讶侵饲姐甫每轿项甲搬押服赐障捌晴脐汛坠蚁神电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,输入锁存允许信,号，高电平有效,芯片工作电压,输入端,写入控制端,低电平有效，与,配合使用,XFER,CS,WR,1,WR,2,AGND,D,4,D,5,D,6,D,7,D,0,D,1,D,2,D,3,U,CC,U,REF,R,F,DGND,ILE,XFER,I,out1,I,out2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,19,18,17,16,15,14,13,12,11,20,DAC 0832 管脚分布图,巢沧暖头碱缉怪缸碌吗隧面握芍尧绦秉盯杂贞侮崇廖坪啄演膘痘死邀寞炕电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,电流输出端,单极性输出时。,Iout2接模拟地,传送控制端,低电平有效，与,WR,2,配合使用,CS,WR,1,WR,2,AGND,D,4,D,5,D,6,D,7,D,0,D,1,D,2,D,3,U,CC,U,REF,R,F,DGND,ILE,XFER,I,out1,I,out2,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,19,18,17,16,15,14,13,12,11,20,DAC 0832 管脚分布图,错哺莱述亨橱体己奥撬法枚恤钾听黑宽邵两译枉柯头泣罢职区常筋列缨坊电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,23.2 A/D转换器,模数(A/D)转换器的任务是将模拟量转换成数字量,它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。,下面介绍逐次逼近式A/D转换电路的原理和一种常用的集成电路组件。最后举例说明其应用。,顺序脉冲,发生器,逐次逼近,寄存器,DAC,电压,比较器,输出数字量,输入电压,U,i,U,A,逐次逼近型模数转换器原理框图,劳捧翅雁藐毯态淖剂漂豹碧挖悔衣脏泰展踢永谈熟疙酱捡芬氓壕璃锻糠循电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,23.2.1 逐次逼近式A/D转换器,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15克,每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量：,2,8 g + 4 g,3,8 g + 4 g + 2 g,4,8 g + 4 g + 1 g,1,8 g,8g 13g ，,12g 13g，,13g 13g，,8 g,12 g,12 g,13g,暂时结果,砝 码 重,比 较 判 断,顺 序,保留,保留,撤去,保留,谣期犯肄路陵恋棍花弧放粪衍休萌胀涝毡轰抱仔哺韧拥懈肪诊滞殷卧炼顶电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,Q,F3,S,R,R,F2,S,Q,R,F1,S,Q,R,F0,S,Q,&,d,3,&,d,2,&,d,1,&,d,0,读出“与门”,&,&,&,&,1,1,1,d,3,d,0,E,读出控制端,U,i,U,A,电压,比较器,逐次逼近,寄存器,控制逻辑门,时钟脉冲,五位顺序脉冲发生器,四位逐次逼近型模-数转换器的原理电路,四位D/A转换器,C,Q,4,Q,3,Q,2,Q,1,Q,0,d,2,d,1,见爵花手捕拜鉴裁呜迅观胖翘寄滞社荆周逮真芹轰薪而衅酗丽朽领活渭茸电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,1. 转换原理,放哪一,个砝码,砝码是,否保存,(待转换的模拟电压),顺序脉冲发生器,U,I,数码寄存器,D/A,转换器,u,O,控,制,逻,辑,时钟,清0、置数,清,0,、置数,CP,(移位命令),“1”,状态是否保留,控制端,U,A,试探电压,呛患浊鸿施授卷位寄圃遂舅负附爽纸扳翟彬置丹肪撼稼雹呐苔雨灶炽国灿电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,2. 转换过程,2,3,4,1,1 0 0 0,UA UI,6V,UA UI,5V,UA UI,“1”留否,d,3,d,2,d,1,d,0,U,A,(V),顺 序,比 较 判 断,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UA为正值,绰冗舜荷脸儡去贰仲亨亲曲狭傻细党周扶绒灶惟盅晒厄颧污伺沼屋伊扦杀电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,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,驳数壹兰松匝圈家疯卿醚淖溯碟现瑰陵律潜袄侍崭律糟搅俄流擞台淮端墨电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,逐次逼近转换过程示意图,t,0,t,1,t,3,1,0,0,0,1,1,0,0,1,0,1,0,1,0,0,0,1,0,1,1,t,2,UA UI,UA UI,(转换误差: 0.02V),烦诧球铡凸玻聘垂蜕仁郎灰橱脱屿反诛不鲸赐腊膊肄炙郑缅薛惕杂袜等殆电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,23.2.3 A/D 变换器的主要技术指标,1. 分辨率,以输出二进制数的位数表示分辨率。,位数越多，误差越小，转换精度越高。,2. 转换速度,完成一次A/D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。,3. 相对精度,实际转换值和理想特性之间的最大偏差。,4.其它,功率、电源电压、电压范围等。,绸叉凤虞籍狈京适趾篷剿觉到撅缴浸爆逮嵌涵碉泪疤款医舔液溶帽若娄剪电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,ADC0809八位A/D转换器,GND,C,B,A,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,啸阜纵义叭滔编舆杂郑烫甸耐那饶狮难引函巡笼宜骗琼基柱郴睹陨托端摧电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,ADC 0809管脚分布图,UR(-),B,D4,D0,D2,D7,D6,D5,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,19,18,17,16,15,14,13,12,11,20,25,24,23,22,21,26,27,28,IN2,IN1,IN0,GND,D1,ALE,EOC,START,CLOCK,D3,IN3,IN4,IN5,IN6,IN7,EOUT,A,C,UR (+),UDD,屋忠絮黎穗清揉改逾瘁冷锥叫差览剥哟琐顶捌诺杭耸畏嘎韧饺工输方炎铰电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换电工与电子技术第23章 模拟量和数字量的转换,