下一页总目录 章目录 返回 上一页第 24章 模拟量和数字量的转换
24.1 数 —模转换器
24.2 模 ― 数转换器下一页总目录 章目录 返回 上一页第 24章 模拟量和数字量的转换本章要求
1,了解数 -模、模 -数转换的基本概念和转换原理。
2,了解数 -模、模 -数转换常用芯片的使用方法。
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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
2RA
+UR
S2S0 S1 S3
2R2R2R2R
d0 d1 d2 d3
0
R R R
110
Uo
+
+
-A
RF
2R
0 011
+
–
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2,转换原理用戴维宁定理和叠加定理计算 UA
A
+UR
S2S0 S1 S3
2R2R2R2R
d0 d1 d2 d3
0
R R R
110
2R
0 011
最低位
(LSB)
最高位
(MSB)1 0 0 0
对应二进制数为 0001
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2,转换原理对应二进制数为 0001时，
A
2R2R2RR
R R R
等效电路如右下图
04
R
A 2 d
U
U
开路电压
1
1?
2
2?
3
3?
2R2R2R2R
R R R
2R
UR
A
R
04
R
2 d
U?
A
0
0?
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2,转换原理对应二进制数为 0001时，
等效电路如下
R
A
04
R
2 d
U?
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
04
R
A 2 d
U
U
开路电压
13
R
A 2 d
U
U
开路电压
22
R
A 2 d
U
U
开路电压
31
R
A 2 d
U
U
开路电压
A
R
13
R
2 d
U?
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2,转换原理
04
R
13
R
22
R
31
R
EA 2222 d
UdUdUdUUU
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
UE
)2222(2 001122334R ddddU
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2,转换原理
E
F
ο 3 UR
R
U
输出电压
)2222(23 001122334RF ddddR UR
若输入的是 n位二进制数，则
)222(23 002211RFo dddR URU nnnnn?
2R
Uo
+
+
-A
RF
+
–
R
UE+–
A
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2,转换原理若取 RF = 3R，则
)222(
2
0
0
2
2
1
1
R
o
ddd
UU n
n
n
nn?
若输入的是 n位二进制数，则
2R
Uo
+
+
-A
RF
+
–
R
UE+–
A
)222(23 002211RFo dddR URU nnnnn?
下一页总目录 章目录 返回 上一页倒 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
uo
2RABD+U
R
S2S3 S1 S0
2R2R2R2R
R3 R2 R1 R0
+
+
-A
RF
d3 d2 d1 d0
0
R R R
I3 I1 I0 I01
C
110I
2
IR
下一页总目录 章目录 返回 上一页
.
Uc = UR / 2
UB = UR /4
UA = UR /8
UD = UR 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。
uo
2RABD+U
R
S2S3 S1 S0
2R2R2R2R
R3 R2 R1 R0
+
+
-A
RF
d3 d2 d1 d0
0
R R R
I3 I1 I0 I01
C
110I
2
IR
下一页总目录 章目录 返回 上一页因此，每个 2R支路中的电流也逐位减半。
RUI RR /?
10 2
1 II?
21 2
1 II?
32 2
1 II?
RII 2
1
3?
即：
uo
2RABD+U
R
S2S3 S1 S0
2R2R2R2R
R3 R2 R1 R0
+
+
-A
RF
d3 d2 d1 d0
0
R R R
I3 I1 I0 I01
C
110I
2
IR
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0
R
1
R
2
R
3
R
16842 dR
Ud
R
Ud
R
Ud
R
U
)24(816 0123R ddddRU
012301 IIIII
)24(82 01234 FRO ddddRRUU
uo
2RABD+U
R
S2S3 S1 S0
2R2R2R2R
R3 R2 R1 R0
+
+
-A
RF
d3 d2 d1 d0
0
R R R
I3 I1 I0 I01
C
110I
2
IR
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24.1.2 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 0 0 101 0 2 3112 110,
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 1?S
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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。
24.1.3 DAC0832 D/A转 换器。
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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
UREF
RF
Iout1
Iout2
AGND
UCC
DGND
&ILE
CS
WR1
WR2
XFER
D/A
D7
D0
...
.
..
1
1
≥
≥
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2) 芯片管脚
DAC 0832 管脚分布图
CS
WR1
WR2AGND
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
下一页总目录 章目录 返回 上一页片选信号，
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
WR1
WR2AGND
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
下一页总目录 章目录 返回 上一页数字地端反馈电阻外接端
CS
WR1
WR2AGND
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
DAC 0832 管脚分布图下一页总目录 章目录 返回 上一页输入锁存允许信号，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
WR1
WR2AGND
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
DAC 0832 管脚分布图下一页总目录 章目录 返回 上一页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
WR2 配合使用
CS
WR1
WR2AGND
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
DAC 0832 管脚分布图下一页总目录 章目录 返回 上一页
24.2 模 –数转换器模 –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。
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24.2.1 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,
14g > 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下一页总目录 章目录 返回 上一页
Q
F3S
R R
F2S
Q
R
F1S
Q
R
F0S
Q
& d3
& d2
& d1
& d0
读出“与门”
& & & &
≥1 ≥1 ≥1
d3
d0
E
读出控制端
U1 UA
－ ＋
∞
△
＋
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 Q4 Q3 Q2 Q1 Q0
d2 d
1
下一页总目录 章目录 返回 上一页
1,转换原理
(待转换的模拟电压 )UI
数码寄存器顺序脉冲发生器
－ ＋
＋
D/A转换器
u0
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
UA试探电压放哪一个砝码砝码是否保存下一页总目录 章目录 返回 上一页
2,转换过程
2
3
4
1 1 0 0 0 UA < UI
6V
UA < UI
5,5V
留去留留
4V
UA > UI
5V
UA? UI
―1‖留否d3 d2 d1 d0 UA(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
)2222(2 8 001122334A ddddU
D/A转换器输出 UA为正值下一页总目录 章目录 返回 上一页转换数字量 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
)222(28 0066778 dddU A?
下一页总目录 章目录 返回 上一页逐次逼近转换过程示意图
6
VU /A
3D
2D
1D
0D
t0 t1 t3
1
0
0
0
1
1
0
0
1
0
1
0
1
0
0
0
1
0
1
1
t2
RUD 21,13 对应于时?
RUD 41,12 对应于时?
RUD 81,11 对应于时?
RUD 161,10 对应于时?
V,8R?U设参考电压
5
4
3
2
1
0
。输入电压 V52.5I?U
UA > UI
UA < UI
输出数字量转换完毕,
1 0 1 10123?dddd
V5.5?U对应模拟电压
(转换误差,–0.02V)
下一页总目录 章目录 返回 上一页
24.2.2 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。
下一页总目录 章目录 返回 上一页
ADC0809八位 A/D转 换器
GND
C
BA
－
＋ ＋
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
UDD
UR(+) UR(-)
D7
D0
D6
D5
D4
D3
D2
D1
IN7
IN6
IN5
IN4
IN3
IN2
IN1
IN0
ALE
EOC
START CLOCK
EOUT
下一页总目录 章目录 返回 上一页
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
1514
13
12
11
20
25
24
23
22
21
26
27
28 IN2
IN1
IN0
GND
D1
ALEEOC
START
CLOCK
D3
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
EOUT
A
C
UR (+)
UDD