模拟量和数字量的转换-经典

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§23.1D/A转换器§23.2A/D转换器(23-1)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(23-2)传感器模拟控制模拟信号数字计算机数字控制数字信号ADCDACD/A、A/D转换器的原理框图(23-3)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。§23.1D/A转换器(23-4)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(23-5)RRUIRR(23-6)RO1()ddUddUiddddRR321030R21R321012344(2222)22222ORUuddddR3210FR32104(2222)2(23-7)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：uo=-0.02V（11010101）2=27+26+24+22+20=（213）10∴输出电压值为：uo=213×(-0.02)=-4.26V(23-8)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/(210－1)=1/1023≈0.001二、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。(23-9)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。(23-10)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。(23-11)集成芯片AD7520d0~d9：十位数字量输入端；IO1、IO2：电流输出端；RF：内部电阻引出端；UDD：模拟开关电源接线端；GND：接地端。URIO1IO2RFGNDd4AD752012345678161514131211109UDD+URd3d2d1d0d5d6d7d8d9UO++–UR：参考电源，可正可负；RF(23-12)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。§23.2A/D转换器(23-13)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Wx=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Wx，故保留砝码总重仍待测重量Wx，故保留砝码总重待测重量Wx，故撤除砝码总重＝待测重量Wx，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(23-14)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Q4~Q0=10000第五个CP时数据输出QF3SRRF2SQRF1SQRF0SQ&d3&d2&d1&d0&&&&≥1≥1≥1d3d0E读出控制端UIUO－＋∞△＋时钟脉冲五位顺序脉冲发生器四位D/A转换器CPQ4Q3Q2Q1Q0d2d1脉冲发生器数-模转换器(23-15)100001：1000101010101102：0113：4：5：UI=5.52VD/A参考电压UR=-8Vd3=1:4Vd2=1:2Vd1=1:1Vd0=1:0.5V1000110010101011101101001001010100100000000110000000000100000000(23-16)转换过程23411000UAUI6VUAUI5.5V留去留留4VUAUI5VUAUI110010101011UR=-8V，UI=5.52V)2222(28001122334AddddUD/A转换器输出UA为正值“1”留否d3d2d1d0UA(V)顺序比较判断(23-17)转换数字量10114+1+0.5=5.5V转换误差为–0.02VUR=-8V，UI=5.52V若输出为8位数字量转换数字量101100014+1+0.5+0.03125=5.53125V转换误差为+0.01125V位数越多误差越小)222(280066778dddUA(23-18)6OU3D2Dt0Dt11000543210t21100t3UOUI1010t41011t51011UOUIUOUI逐次逼近转换过程示意图tttt00001D(23-19)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。(23-20)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。(23-21)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。(23-22)ADC0809结构框图GNDABC－＋＋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UDDUR(+)UR(-)D7D0D6D5D4D3D2D1IN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0ALEEOCSTARTCLOCKEOUT地址锁存=640kHz转换结束输出允许清零转换开始(23-23)ADC0809管脚分布图UR(-)BD4D0D2D7D6D512345678910191817161514131211202524232221262728IN2IN1IN0GNDD1ALEEOCSTARTCLOCKD3IN3IN4IN5IN6IN7EOUTACUR(+)UDDADC0809(23-24)UR(-)BD4D0D2D7D6D512345678910191817161514131211202524232221262728IN2IN1IN0GNDD1ALEEOCSTARTCLOCKD3IN3IN4IN5IN6IN7EOUTACUR(+)UDDADC0809D0~D7数字量输入IN0~IN7数字量输入八选一地址输入端八选一地址输入端(23-25)UR(-)BD4D0D2D7D6D512345678910191817161514131211202524232221262728IN2IN1IN0GNDD1ALEEOCSTARTCLOCKD3IN3IN4IN5IN6IN7EOUTACUR(+)UDDADC0809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(23-26)结束(1-27)结束(1-28)