单片机ADDA转换教程

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第十章 数/模、模/数 变换器,10.1 概述,10.2 数/模转换器,10.3 模/数转换器,10.1,概述,计算机,模拟信号,模拟信号,A/D,D/A,A,/,D,：,A,nalog to,D,igital,D,/,A,：,D,igital to,A,nalog,10.2 数/模 转换器(DAC),10.2.3 T型电阻网络型,10.2.1 权电阻网络型,10.2.2 权电流型,10.2.4 D/A,变换器的主要技术指标,10.2.5 集成,DAC 0832,及其应用,10.2.1 权电阻网络型 D/A,转换器 ：,V,REF,+,-,u,o,D,3,D,2,D,1,D,0,I,0,I,1,I,2,I,3,2,3,R,2,2,R,2,1,R,2,0,R,I,R/2,(MSB),(LSB),S,0,S,1,S,2,S,3,D,3,D,2,D,1,D,0,S,0,S,1,S,2,S,3,所谓“,权电阻,”，,是指电阻值的大小，,与有关,数字量,的,权,重密切相关。,10.2.1 权电阻网络型 D/A,转换器 ：,V,REF,+,-,u,o,D,3,D,2,D,1,D,0,I,0,I,1,I,2,I,3,2,3,R,2,2,R,2,1,R,2,0,R,I,R/2,(MSB),(LSB),S,0,S,1,S,2,S,3,D,3,D,2,D,1,D,0,S,0,S,1,S,2,S,3,电子开关：,D,n,=1 时，,S,n,接V,REF,；,D,n,=0 时，,S,n,接地端。,T,2,管饱和,导通,，,T,1,T,2,S,D,a,模拟电子开关,的,简化原理电路,当 D=1,时，,1,T,2,S,a,0,T,1,S,S 点与 a 点相通，,T,1,管,截止,，,而 a 点在电路中和V,REF,连。,T,2,管,截止,，,T,1,T,2,S,D,a,模拟电子开关,的,简化原理电路,当 D=,0,时，,0,T,2,S,a,T,1,管饱和,导通,，,1,T,1,S,S 点与地相通。,V,REF,+,-,u,o,D,3,D,2,D,1,D,0,I,0,I,1,I,2,I,3,2,3,R,2,2,R,2,1,R,2,0,R,I,R/2,(MSB),(LSB),2,3,R,2,2,R,2,1,R,2,0,R,V,REF,I,1,=2I,0,I,2,=4I,0,I,3,=8I,0,当 D,3,D,2,D,1,D,0,=1111时：,S,0,S,1,S,2,S,3,D,3,D,2,D,1,D,0,(LSB),(MSB),I=I,0,+I,1,+I,2,+I,3,最低位,最高位,I,0,=,V,REF,2,3,R,参考电压,V,REF,+,-,u,o,D,3,D,2,D,1,D,0,I,0,I,1,I,2,I,3,2,3,R,2,2,R,2,1,R,2,0,R,I,R/2,(MSB),(LSB),I=I,0,+I,1,+I,2,+I,3,=,V,REF,2,3,R,(D,3,2,3,+D,2,2,2,+D,1,2,1,+D,0,2,0,),V,REF,+,-,u,o,D,3,D,2,D,1,D,0,I,0,I,1,I,2,I,3,2,3,R,2,2,R,2,1,R,2,0,R,I,R/2,(MSB),(LSB),u,o,=-IR/2,V,REF,2,4,=-,(8 D,3,+4 D,2,+2 D,1,+D,0,),10.2.2 权电流网络型 D/A,转换器 ：,+,-,u,o,R,-V,REF,I/16,I/8,I/4,I/2,S,0,S,1,S,2,S,3,i,I,D,0,D,1,D,2,D,3,u,o,I R,2,4,(8 D,3,+4 D,2,+2 D,1,+D,0,),=,每个支路电流的大小，与有关数字量的权重密切相关。,10.2.3 T,形解码网络D/A转换器(以4位为例),+,+,-,A,u,o,S,2,S,3,S,1,S,0,2R,2R,2R,2R,R,3,R,2,R,1,R,0,R,F,D,3,D,2,D,1,D,0,0,0,1,1,U,R,2R,R,R,R,I,3,I,2,I,1,I,0,I,A,B,C,D,通过详细的推导分析，,即可获得模拟输出电压,u,o,与数字量以及电路中其它参数的关系。,I,=,I,3,+,I,2,+,I,1,+,I,0,U,R,2R,=,D,3,U,R,16R,D,0,U,R,8R,D,1,U,R,4R,D,2,+,+,+,=,U,R,16R,(,8D,3,+4D,2,+2D,1,+1D,0,),=,U,R,R,F,16R,(,8D,3,+4D,2,+2D,1,+1D,0,),u,o,-,+,+,-,A,u,o,S,2,S,3,S,1,S,0,2R,2R,2R,2R,R,3,R,2,R,1,R,0,R,F,D,3,D,2,D,1,D,0,0,0,1,1,U,R,2R,R,R,R,I,3,I,2,I,1,I,0,I,A,B,C,D,U,R,R,R,R,2R,2R,2R,2R,+,+,-,A,u,o,S,2,S,3,S,1,S,0,R,F,I,2R,I/8,I/4,I/2,i,I,I,16,I,16,D,0,D,1,D,2,D,3,倒T型电阻网络,D/A转换器,10.2.4 D/A,转换器的主要技术指标,一、,分辨率,用输入数字量的,有效位数,来表示分辨率。,此外，,也可以用D/A转换器能够分辨出来的,最小输出电压,(此时输入的数字代码只有最低有效位为 1，其余各位都是 0),与,最大输出电压,(此时输入的数字代码所有各位全是 1),之比,来给出分辨率。,例如，,对一个十位D/A转换器来说，,2,10,1,1,1023,1,0.001,二、,转换误差,7.2.4 D/A,转换器的主要技术指标,转换误差通常用输出电压满刻刻度FSR(Full Scale Range)的百分数表示。,例如，给出转换误差为 LSB，,2,1,这就表示输出模拟 电压的绝对误差等于输入数字代码为 0001 时输出电压的一半。,造成转换误差的,原因,主要有：,参考电压 V,REF,的波动；,运算放大器的零点漂移；,模拟开关的导通内阻和导通电压；,电阻网络中的电阻值偏差；.,10.2.4 D/A,转换器的主要技术指标,三、D/A,转换器的,转换速度,为了便于定量地描述D/A转换器的转换 速度，,定义了,建立时间,t,S,和,转换速率,SR两 个参数。,1.建立时间 t,S,通常以大信号工作情况下,(输入由全 0 变为全 1 或者由全 1 变为 全 0),输出电压到达某一规定值所需要的时 间定为建立时间 t,S,。,建立时间最短的可达 0.1,s。,这个参数的值越小越好。,10.2.4 D/A,转换器的主要技术指标,三、D/A,转换器的,转换速度,2.转换速率 SR,转换速率 SR 以大信号工作状态下 输出模拟电压的变化率表示。,D/A转换器完成一次转换所需要的 时间应包括建立时间和上升(或下降)时 间两部分，,它的最大值为,T,TR(max),=t,S,+V,O(max),/SR,其中 V,O(max),为输出电压的最大值。,10.2.5 集成,DAC 0832,及其应用,D/A,转换器集成电路有多种型号。下面仅以,DAC0832,为例来介绍集成电路 D/A 变换器。,它是八位的 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。,下图是它的封装,管脚图,和,内部电路图,：,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,R,R,fb,DGND,LCE,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,八位,寄存器,(1),输入,八位,寄存器,(2),DAC,八位,变换器,U,R,R,I,out1,I,out2,AGND,V,CC,u,o,DGND,&,ILE,CS,WR,1,WR,2,XFER,A/D,D,7,D,0,.,.,.,.,.,.,1,1,ADC 0832 简化电路框图,八位,变换器,A/D,R,f B,I,out1,I,out2,AGND,DGND,U,R,D,7,D,0,.,.,.,.,.,.,八位,寄存器,(1),输入,寄存器,八位,(2),DAC,CS,WR,1,ILE,XFER,WR,2,V,CC,u,o,运放需,要外接,八位,寄存器,(1),输入,八位,寄存器,(2),DAC,八位,变换器,U,R,R,fb,I,out1,I,out2,AGND,V,CC,u,o,DGND,&,ILE,CS,WR,1,WR,2,XFER,A/D,D,7,D,0,.,.,.,.,.,.,1,1,八位,寄存器,(1),输入,寄存器,八位,(2),DAC,D,7,D,0,.,.,.,.,.,.,输入数据先存放在寄存器(1)中，,而输出的模拟值由存 放在寄存器(2)内的数据决定。,当把数据由输入寄存器(1)转存到DAC寄存器(2)以后，,输入寄存器(1)就可以接受新数据而不影 响模拟输出值。,该结构便于多路DAC同时工作。,八位,寄存器,(1),输入,八位,寄存器,(2),DAC,八位,变换器,U,R,R,fb,I,out1,I,out2,AGND,V,CC,u,o,DGND,&,ILE,CS,WR,1,WR,2,XFER,A/D,D,7,D,0,.,.,.,.,.,.,1,1,CS,WR,1,ILE,当这三个控制端均有效时，,LE,1,LE,1,端才有效，,否则 就不随数据总线而变化。,WR,1,变高时,，,八位输入寄存器便将输入数据锁存。,寄存器(1)的输出随其输入变化，,八位,寄存器,(1),输入,八位,寄存器,(2),DAC,八位,变换器,U,R,R,fb,I,out1,I,out2,AGND,V,CC,u,o,DGND,&,ILE,CS,WR,1,WR,2,XFER,A/D,D,7,D,0,.,.,.,.,.,.,1,1,CS,WR,1,ILE,LE,1,XFER,WR,2,当这两个控制端均有效时，,LE,2,端才有效，,WR,2,变高时，,八位DAC寄存器便将输入数据锁存,。,LE,2,寄存器(2)的输出随其输入变化，,例.单步输入操作-适用于单个DAC工作,ILE,WR,2,WR,1,CS,XFER,R,fb,D,0,D,7,I,out2,I,out1,-,+,+,.,.,.,1,(a),D,7,D,0,CS,WR,1,数据存入,数据 锁定,(b),10.3 模/数 转换器(ADC),10.3.2 并联比较型,10.3.3 逐次逼近型,10.3.4 A/D,转换器的主要技术指标,10.3.5 集成,ADC0804,及其应用,10.3.1 采样定理,因为输入的模拟量在时间上是连续的，,10.3.1 采样定理,在A/D转换中，,而输出的数字信号是离 散量，,所以进行转换时只能在一系列选定的瞬间(亦即瞬间坐标轴上的一些规定点)对输入的模拟信号采样，,然后再把这些采样值转换为输出的数字量。,A/D 转换过程应包括：,采样、,保持、,量化、,编码,这四个步骤。,0,t,u,i,1.采样定理,0,t,u,i,为了保证能从采样信号将原来的被采样信号恢复，,必须满足,f,S,2 f,i max,f,S,：,采样频率。,f,i max,：,u,i,的最高频分 量的频率。,2.量化和编码,数字信号不仅在时间上是离散的，,而且，,数值大小的变化也是不连续的。,这就是说，,任何一个数字量的大小只能是某个规定的最 小数量单位的整数倍。,因此，,在进行 A/D 转换时也必须把采样电压化为这个最小单位 的整数倍。,这个转化过程就叫做“,量化,”，,所取的最少数量单位叫做,量化单位,，,用,表示。,显然，数字信号最低有效位的 1 代表的