ADDA轉(zhuǎn)換概述學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1ADDA轉(zhuǎn)換概述轉(zhuǎn)換概述第一頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。方法。第1頁/共44頁第二頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。 把數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的模擬信號的電路稱為數(shù)模（D /A）轉(zhuǎn)換器，簡稱為DAC。 把模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字信號的電路稱為模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換器，簡稱為ADC。第2頁/共44頁第三頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。想一想：你身邊有哪些電子產(chǎn)品內(nèi)需要A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器？ 檢測電路模擬電信號A/D轉(zhuǎn)換數(shù)字電路或計算機系統(tǒng)D/A轉(zhuǎn)換喇叭、顯像管等聲音、圖像等利用D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換的系統(tǒng) 模擬信號模擬信號數(shù)字信號數(shù)字信號第3頁/共44頁第四頁，編輯于星期五

2、：十八點 二十四分。8. .2 數(shù)數(shù)/模（模（D/A）轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換器 8.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理 對于有權(quán)碼，先將每位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實現(xiàn)數(shù)字對于有權(quán)碼，先將每位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實現(xiàn)數(shù)字/ /模擬轉(zhuǎn)換。模擬轉(zhuǎn)換。第4頁/共44頁第五頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。 所以，無論Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻均接“地”（地或虛地）。 當(dāng)Di=1時，Si接運算放大器反相輸入端（虛地），電流Ii流入求和電路；當(dāng)Di=0時，Si將電阻2R接地。 82

3、2 電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 模擬開關(guān)數(shù)碼第5頁/共44頁第六頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。 從任一端口左邊往右看，對地電阻都為R，每一端口都可以看作兩路分流，所以，越往右后電流越小。 節(jié)點對地等效電阻 第6頁/共44頁第七頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。流過各開關(guān)支路（從右到左）的電流分別為 I/2、I/4、I/8、I/16。分析計算：分析計算：)21212121(041322310123DDDDRVIIIIIREF流入運算放大器反相端的總電流I為: 運算放大器的輸出電壓為 :)2D2D2D2D(R2VRIRu001122334REFff0第7頁/共44頁第八頁，編輯于星期五：十八點

4、二十四分。 上式括號內(nèi)為n位二進(jìn)制數(shù)的十進(jìn)制數(shù)值，可用NB表示。如果使式中Rf=R，則上式可以改寫為:BnREF0N2Vu 將數(shù)碼推廣到n位的情況，可得出輸入數(shù)字量與輸出模擬量之間的一般表達(dá)式: )222(20022110DDDRRVIRunnnnnfREFREFf分析計算：分析計算：第8頁/共44頁第九頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。第9頁/共44頁第十頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。3DAC的主要性能指標(biāo)的主要性能指標(biāo) （2）轉(zhuǎn)換誤差）轉(zhuǎn)換誤差比例系數(shù)誤差、失調(diào)誤差、非線性誤差。比例系數(shù)誤差、失調(diào)誤差、非線性誤差。 此外，也可用此外，也可用D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓轉(zhuǎn)換器的最小輸出

5、電壓(數(shù)字量：數(shù)字量：00000001)與最大輸出電壓與最大輸出電壓(數(shù)字量：全數(shù)字量：全1）之比來表示分辨率，）之比來表示分辨率，N位位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為 1/（2n-1）。）。（1）分辨率）分辨率D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能被分離的等級數(shù)。轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能被分離的等級數(shù)。輸入數(shù)字量位數(shù)越多，分辨率越高。所以，在實際應(yīng)用中，常用數(shù)字量的位數(shù)表示輸入數(shù)字量位數(shù)越多，分辨率越高。所以，在實際應(yīng)用中，常用數(shù)字量的位數(shù)表示D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率。轉(zhuǎn)換器的分辨率。最小最小 vO= - KNB = - K1 最大最大 vO= - KNB = - K(2n-1)vO=

6、- KNB)2(10BiniiDN第10頁/共44頁第十一頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。2.轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。一般用滿刻度輸出條件下溫度每升高在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。一般用滿刻度輸出條件下溫度每升高1，輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù)。，輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù)。（2）轉(zhuǎn)換速率（）轉(zhuǎn)換速率（SR）在大信號工作狀態(tài)下模擬電壓的變化率。在大信號工作狀態(tài)下模擬電壓的變化率。（1）建立時間（）建立時間（tset）當(dāng)輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時，輸出電壓變化到相應(yīng)穩(wěn)定電壓值所需時間。最短可達(dá)當(dāng)輸入的數(shù)字量發(fā)生變

7、化時，輸出電壓變化到相應(yīng)穩(wěn)定電壓值所需時間。最短可達(dá)0.1S。3. 溫度系數(shù)溫度系數(shù)第11頁/共44頁第十二頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。 DAC0832帶有兩個輸入數(shù)據(jù)緩沖寄存器，是一種單電源（+5+15V）的CMOS型器件。其參考電壓VREF可在-9V+9V范圍內(nèi)選擇，轉(zhuǎn)換速度約為1s。 D/A轉(zhuǎn)換器在實際電路中應(yīng)用很廣，它不僅常作為接口電路用于微機系統(tǒng)，而且還可利用其電路結(jié)構(gòu)特征和輸入、輸出電量之間的關(guān)系構(gòu)成數(shù)控電流源、電壓源、數(shù)字式可編程增益控制電路和波形產(chǎn)生電路等。 第12頁/共44頁第十三頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。DAC0832的功能示意圖和外引線圖第13頁/共44

8、頁第十四頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。下圖是一個單極性電壓輸出的電路原理圖，根據(jù)數(shù)字量轉(zhuǎn)換，得到的輸出電流Iout1通過運算放大器的反饋電阻 流向放大器的輸出端，其輸出電壓為 。 FBROUT1FB-IR數(shù)字輸入第14頁/共44頁第十五頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。下圖是一個雙極性電壓輸出電路原理圖，其輸出電壓OUTREFBV=V(N -128)/128數(shù)字輸入第15頁/共44頁第十六頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。想一想：要求輸出電壓的最大值為10V，分辨率為10mV，則最少應(yīng)選用多少位的DAC？ 第16頁/共44頁第十七頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。一位D/A轉(zhuǎn)換器：

9、把數(shù)字量的大小轉(zhuǎn)換成不同脈沖寬度或不同脈沖頻率的一種轉(zhuǎn)換器。 一位（bit）數(shù)模轉(zhuǎn)換器由于電路簡單、失真小、內(nèi)置數(shù)字濾波器，可以提高輸出模擬信號的信噪比等原因，在音頻DAC中應(yīng)用得非常多。 一位D/A轉(zhuǎn)換波形圖第17頁/共44頁第十八頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。 由于由于輸入的模擬信號在時間上是連續(xù)量，所以一般的輸入的模擬信號在時間上是連續(xù)量，所以一般的A/D轉(zhuǎn)換過程為：轉(zhuǎn)換過程為： 取樣、保持、量化和編碼。取樣、保持、量化和編碼。如圖所示。如圖所示。 8.3.1 A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理1A/D轉(zhuǎn)換原理 模擬信號數(shù)字信號采樣保持量化編碼第18頁/共44頁第十九頁，編輯于星期

10、五：十八點 二十四分。D/A轉(zhuǎn)換的信號處理過程 第19頁/共44頁第二十頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。 采樣：把在時間上是連續(xù)的輸入模擬信號ui轉(zhuǎn)換成在時間上是斷續(xù)的信號，輸出脈沖波的包絡(luò)仍反映輸入信號幅度的大小。 取樣定理，采樣信號的頻率fs和輸入模擬信號的最高頻率fimax之間必須滿足下述條件:fs2fimax 因為每次把取樣電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量都需要一定的時間，所以在每次取樣以后，必須把取樣電壓保持一段時間。第20頁/共44頁第二十一頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。（2）量化和編碼）量化和編碼 在用數(shù)字量表示取樣電壓時，也必須把它化成這個最小數(shù)量單位的整倍數(shù)，這個轉(zhuǎn)化過程就叫

11、做量化。所規(guī)定的最小數(shù)量單位叫做量化單位，用S表示。 編碼是把量化的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示。把編碼后的二進(jìn)制代碼輸出就得到A/D轉(zhuǎn)換的輸出信號，對同一正弦波，若S越小，誤差將越小，編碼時所需二進(jìn)制代碼的位數(shù)就越多，對器件要求也越高。 第21頁/共44頁第二十二頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。 分辨率說明A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力。 一般以輸出二進(jìn)制（或十進(jìn)制）數(shù)的位數(shù)表示。因為，在最大輸入電壓一定時，輸出位數(shù)愈多，量化單位愈小，分辨率愈高。（1）分辨率）分辨率 例如，相對誤差例如，相對誤差LSB/2，就表明實際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個字。，就表明

12、實際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個字。轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差它表示它表示A/D轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。常用最低有效位的倍數(shù)表示。轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。常用最低有效位的倍數(shù)表示。第22頁/共44頁第二十三頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。（2）轉(zhuǎn)換速度）轉(zhuǎn)換速度可用轉(zhuǎn)換時間表示可用轉(zhuǎn)換時間表示, ,指從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。指從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。 并行比較并行比較A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度最高；逐次比較型轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度最高；逐次

13、比較型A/D轉(zhuǎn)換器次之；間接轉(zhuǎn)換器次之；間接A/D轉(zhuǎn)換器的速度最慢。轉(zhuǎn)換器的速度最慢。（2）轉(zhuǎn)換速度）轉(zhuǎn)換速度第23頁/共44頁第二十四頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。3A/D轉(zhuǎn)換器的分類、特點及應(yīng)用轉(zhuǎn)換器的分類、特點及應(yīng)用 可分成并行比較型、逐次逼近型和積分型 A/D轉(zhuǎn)換器的分類、特點及應(yīng)用分類特點應(yīng)用并行比較型速度最快，但設(shè)備成本較高，精度也不易做高數(shù)字通信技術(shù)和高速數(shù)據(jù)采集技術(shù)逐次逼近型工作速度中等，精度也較高，成本較低中高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、在線自動檢測系統(tǒng)、動態(tài)測控系統(tǒng)積分型精度可以做得很高，抗干擾性能很強，速度很慢數(shù)字儀表（數(shù)字萬用表、高精度電壓表）和低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第24頁/共4

14、4頁第二十五頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。832 逐次逼近型逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 1逐次逼近型逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理轉(zhuǎn)換器原理 ：Gd3g3+ d2g2+ d1g1+ d0g0di1 有效有效0 無效無效有效砝碼的總重量逐次逼近重物的重量：有效砝碼的總重量逐次逼近重物的重量：第25頁/共44頁第二十六頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。原理框圖原理框圖（1）清零（2）觸發(fā)轉(zhuǎn)換過程（3）等待轉(zhuǎn)換過程的結(jié)束（4）讀取數(shù)字信號結(jié)果 脈沖uiuAEOC啟動脈沖數(shù)字量輸出待轉(zhuǎn)換電壓輸入順 序 脈沖 發(fā) 生器逐 次 逼近 寄 存器數(shù)/模轉(zhuǎn)換電壓比較器逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的原理框圖第26

15、頁/共44頁第二十七頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。假設(shè)該A/D轉(zhuǎn)換器所用D/A轉(zhuǎn)換最大輸出電壓為1.0V，設(shè)輸入電壓為0.625V。3位數(shù)碼從左到右排列分別為高位、次高位、低位，若為1時所對應(yīng)的電壓值如表:二進(jìn)制代碼“1”所在位置高位次高位低位相對應(yīng)電壓值（V）050.250.125第27頁/共44頁第二十八頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。 即當(dāng)0.625V電壓輸入該D/A轉(zhuǎn)換器，相應(yīng)輸出的數(shù)字信號從最高位到最低位排列是101。 順序順序脈沖發(fā)生器數(shù)碼逐次逼近寄存器數(shù)碼uA（V）與輸入電壓比較結(jié)果比 較 后 逐次 逼 近 寄存 器 鎖 存結(jié)果（ 啟 動脈沖）000000 時 鐘 脈沖

16、11001000506250.5100時 鐘 脈沖21101100.750.6250.75100時 鐘 脈沖31111010.6250.625=0.625101時 鐘 脈沖4輸出EOC 輸 出 鎖 存結(jié)果101第28頁/共44頁第二十九頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。（1） ADC0804引腳及使用說明 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 CS RD WR CLKIN INTR AGND DGND V CLKR D D D D D D D D IN+ IN- REF/2 V V V CC 0 1 2 3 4 5 6 7 AD

17、C0804 100s 輸出 高阻 CS RD WR INTR 讀數(shù) 數(shù)據(jù) ADC0804引腳圖 ADC0804控制信號的時序圖 第29頁/共44頁第三十頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。 在現(xiàn)代過程控制及各種智能儀器和儀表中，為采集被控（被測）對象數(shù)據(jù)以達(dá)到由計算機進(jìn)行實時檢測、控制的目的，常用微處理器和A/D轉(zhuǎn)換器組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。單通道微機化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的示意圖如圖: 第30頁/共44頁第三十一頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。第31頁/共44頁第三十二頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的電路稱為數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換。它的主要指標(biāo)有：分辨率、轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時間

18、。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器有電阻網(wǎng)絡(luò)和一位D/A轉(zhuǎn)換器。電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器是把輸入數(shù)據(jù)量轉(zhuǎn)換成與之相對應(yīng)十進(jìn)制大小成正比的電壓或電流輸出。一位D/A轉(zhuǎn)換器則把是輸入數(shù)據(jù)量的大小轉(zhuǎn)換成脈寬的寬窄，然后通過低通濾波器取出與脈寬成正比的平均直流成分，得到模擬信號。第32頁/共44頁第三十三頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路稱為模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換。它的主要指標(biāo)有：分辨率和轉(zhuǎn)換時間。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換步驟是：采樣、保持、量化、編碼。在采樣時，采樣頻率fS和輸入信號最大頻率fimax之間的關(guān)系是：fS2fimax。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器主要有并行比較型、逐次逼近型和雙積分型。電壓/頻率轉(zhuǎn)換和

19、頻率/電壓轉(zhuǎn)換在某種意義上也是一種特殊的A/D和D/A轉(zhuǎn)換。本章以專用V/F、F/V芯片LM331為例，說明如何進(jìn)行進(jìn)行V/F和F/V轉(zhuǎn)換。 第33頁/共44頁第三十四頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。一、實驗?zāi)康?1 進(jìn)一步理解D/A、A/D轉(zhuǎn)換的原理，轉(zhuǎn)換的方式及各自的特點。2了解D/A、A/D集成芯片的結(jié)構(gòu)、功能測試及應(yīng)用。 第34頁/共44頁第三十五頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。v1儀器： 示波器v2數(shù)字電子實驗箱v3材料：DAC0832 8bit D/A轉(zhuǎn)換 1片ADC0809 8bit 逐次漸進(jìn)式A/D轉(zhuǎn)換器 1片LM324 通用運算放大器 1片74LS74 雙D觸發(fā)器 1

20、片74LS02四或非門 一片電阻：10k(2個)按鈕開關(guān) 第35頁/共44頁第三十六頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。1D/A轉(zhuǎn)換器實驗 第36頁/共44頁第三十七頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。 LM324工作時，VCC接+12V，GND接-12V。按圖接好線，檢查電路準(zhǔn)確無誤后接通電源。按表在DAC0832的信號輸入端D0D7利用電平輸出器輸入相應(yīng)的電路狀態(tài)，分別用電壓表測量各輸入情況下對應(yīng)下的模擬輸出電壓V0，并將測試結(jié)果輸入填入表中。然后將輸出電壓按序號填入測試波形圖中。 1D/A轉(zhuǎn)換器實驗 第37頁/共44頁第三十八頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。O（V） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 序號 D/A轉(zhuǎn)換器測試波形圖序號 數(shù)字輸入模擬電壓輸出D7D6D5D4D3D2D1D0 Vo(V)100000000200000001300000011400000111500001111600011111700111111801111111 DAC0832的D0D7輸入的信號第38頁/共44頁第三十九頁，編輯于星期五：十八點 二十四分。 A/D轉(zhuǎn)換器實驗圖第39頁/共44頁第四十頁，編輯于