數(shù)電數(shù)電課件數(shù)4

1、集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程 第四篇 電子電路綜合與應(yīng)用第二章 信號轉(zhuǎn)換電路 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要進(jìn)行： 數(shù)字量模擬量、模擬量數(shù)字量的轉(zhuǎn)換， （前者稱D/A轉(zhuǎn)換，后者為A/D轉(zhuǎn)換）。生產(chǎn)過程自動化的流程圖4.2.1 數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路D/A轉(zhuǎn)換器、DAC（Digital to Analog Converter）一、D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理D/I基本思路：將輸入的二進(jìn)制數(shù)按其位權(quán)的大小先轉(zhuǎn)換成與之成正比的電流量，然后將該電流再轉(zhuǎn)換成模擬量電壓輸出。電路框圖D/A轉(zhuǎn)換特性圖輸出模擬量的最小增量VLSB輸入數(shù)字量中最低位變化時所引起的模擬輸出電壓變化值。三位二進(jìn)制數(shù)字量輸入、模擬量輸出二、四位倒 T 形網(wǎng)

2、絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器只有二種電阻，精度可以做得高；由運(yùn)放的虛地特性，開關(guān)切換時支路電流不變，無過渡過程，轉(zhuǎn)換快；網(wǎng)絡(luò)部分的總電阻為R ；總電流： ，各支路電流： ； n 位D/A R f = R三、雙極性模擬量輸出的DAC電路正、負(fù)的數(shù)字量輸入， 要求有正、負(fù)的模擬量輸出；一個正、負(fù)數(shù)可以用補(bǔ)碼表示： 一個用補(bǔ)碼輸入的正、負(fù)數(shù)， 如何轉(zhuǎn)換成正、負(fù)輸出的模擬量；以一個三位二進(jìn)制補(bǔ)碼為例： 3位二進(jìn)制補(bǔ)碼可以表示從 +3 到 4 之間的任何一個 十進(jìn)制整數(shù)；-4-3-2-10+1+2+3000001010011100101110111100101110111000001010011接入偏移電路（偏移

3、 4 V）后的輸出電壓（V）偏移碼（補(bǔ)碼符號位取反）補(bǔ)碼輸入d2d1d0-4-3-2-10+1+2+3十進(jìn)制數(shù) 能得到雙極性輸出的電路將補(bǔ)碼輸入，最高位求反，并設(shè)置了偏移電路來實(shí)現(xiàn)雙極性輸出。輸入補(bǔ)碼 000（偏移碼 100 ）；調(diào)節(jié)RB的值，使 IB = VB/RB = IMSB ；io = 0，Vo = 0；輸入任意狀態(tài)偏移碼： n 位雙極型D/A轉(zhuǎn)換電路：四、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用要點(diǎn)分辨率（位數(shù)）線性度精度建立時間溫度系數(shù)技術(shù)指標(biāo)選型、應(yīng)用要點(diǎn)性能指標(biāo)輸入特性輸出特性參考基準(zhǔn)與8位微機(jī)兼容；8位分辨率；價(jià)格低；接口簡單；轉(zhuǎn)換控制容易；R-2R T型電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；兼容TTL電平

4、。五、集成D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832 DAC0832 與 8031單片機(jī)連接電路兩路D/A轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)雙緩沖的同步方式連接運(yùn)放實(shí)現(xiàn)I/V轉(zhuǎn)換，第一級輸出0-5V，第二級輸出-5V+5V4.2.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路A/D轉(zhuǎn)換器、ADC（ Analog to Digital Converter）一、A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理基本思路：對連續(xù)變化的模擬量在一系列給定的時間瞬間進(jìn)行取樣， 然后把該取樣值用二進(jìn)制數(shù)表示出來。由于將取樣值用二進(jìn)制表示出來需要一定的時間， 因此，取樣后的模擬量還需要一定的處理過程。取樣保持量化編碼A/D轉(zhuǎn)換步驟：取樣定理、取樣/保持電路輸入的模擬信號取樣脈沖保持電容 取樣定理為使

5、取樣后信號能不失真地再現(xiàn)原輸入信號，要求：模擬開關(guān)實(shí)用取樣/保持電路運(yùn)算放大器采用電壓跟隨器形式，響應(yīng)快；A1 輸入為高阻，對輸入起隔離作用； 輸出為低阻，對保持電容實(shí)現(xiàn)快速充電，時間常數(shù)??；A2 輸入為高阻，使當(dāng)S斷開后，保持電容的保持性能好；保持電容，要求選用高質(zhì)量的電容器（漏電很小）； 如聚苯乙烯電容。量化、編碼量化：將取樣值取整（用一個最小單位的整數(shù)倍來表示）。編碼：將量化后的數(shù)值用相應(yīng)的數(shù)值代碼表示。舍尾取整法最大量化誤差為：有舍有入法量化單位的計(jì)算：最大量化誤差為：量化單位的計(jì)算：A/D 轉(zhuǎn)換器種類并行比較型ADC速度最快；反饋計(jì)數(shù)式ADC速度慢；逐次逼近型ADC速度快；雙積分式A

6、DC速度較慢，精度高，抗干擾性好；V/F式ADC調(diào)制式ADC，用在航天；二、逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器模擬比較器三位D/A轉(zhuǎn)換器三位逐次逼近寄存器五位節(jié)拍脈沖發(fā)生器輸出“與”門采樣保持器S/2偏移電壓轉(zhuǎn)換開始前QAQBQCQDQE = 00001Q2Q1Q0 = 000d2d1d0 = 000D/A輸出為0比較器輸出為“1”輸入 VI = 4.65V；量化單位 S = 1V；第一個CP脈沖QA QE = 10000Q2 Q0 = 100d2 d0 = 000VF = 4S S/2 = 3.5VVC = “1”Q2 Q0不夠大 Q2 應(yīng)保留輸入 VI = 4.65V；量化單位 S = 1V；第二

7、個CP脈沖QA QE = 01000Q2 Q0 = 110d2 d0 = 000VF = 6S S/2 = 5.5VQ2 Q0太大了 Q1 應(yīng)舍去輸入 VI = 4.65V；量化單位 S = 1V；“1”VC = “0”第三個CP脈沖QA QE = 00100Q2 Q0 = 101d2 d0 = 000VF = 5S S/2 = 4.5VVC = “1”Q2 Q0不夠大 Q0 應(yīng)保留輸入 VI = 4.65V；量化單位 S = 1V；“0”第四個CP脈沖QA QE = 00010Q2 Q0 = 101d2 d0 = 000VF = 5S S/2 = 4.5VVC = “1”Q2 Q0不夠大 Q

8、0 應(yīng)保留輸入 VI = 4.65V；量化單位 S = 1V；“1”第五個CP脈沖QA QE = 00001Q2 Q0 = 101d2 d0 = 101輸入 VI = 4.65V；量化單位 S = 1V；轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出用表說明的整個工作過程 讀出d2d1d011015Q2Q1Q0=10111014Q0=1留11013Q1=1舍01102Q2=1留11001Q端狀態(tài)留舍寄存器狀態(tài)Q2Q1Q0CP脈沖順序S=1V轉(zhuǎn)換速度較快，對n位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換一次的時間為：T=（ n+2）TCP；容易與8位微機(jī)連接；轉(zhuǎn)換精度主要決定于其中的D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)、線性度、電子開關(guān)壓降、參考電壓穩(wěn)定度，以及模擬電壓

9、比較器的靈敏度等；由于集成電路制造工藝的完善，A/D轉(zhuǎn)換器的精度已可達(dá)0.005%。逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)三、雙積分型 A/D 轉(zhuǎn)換器首先把輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成中間變量時間T， 然后再將時間 T 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出； 間接A/D轉(zhuǎn)換器分兩次積分，產(chǎn)生兩條積分斜率； 雙斜率A/D轉(zhuǎn)換器積分器過零比較器N位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器模擬開關(guān)附加觸發(fā)器轉(zhuǎn)換開始前計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器清零S1接通A， S2閉合C充分放電，v01=0C0為0“與”門封鎖dn-1dn-2d1d0=0000第一階段S2打開v01負(fù)向線性變化C0為1“與”門開放計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)附加觸發(fā)器輸出“1”輸入 v I 為正值積分器對輸入信號進(jìn)行固定時間 T1 的積分積分停止第二階段S1接通BV01正向線性變化C0為0“與”門封鎖計(jì)數(shù)器停止積分停止輸入 v I 為正值積分器對基準(zhǔn)信號進(jìn)行固定斜率的積分積分器二次積分波形圖第一次積分（t0t1)第二次積分（t1t2)當(dāng)t = t2時， V01 = 0，則：采用了積分器，所以抗干擾能力強(qiáng)； 當(dāng)選取固定積分時間 T1 為工頻周期的整數(shù)倍時，理論上可完全消除工頻干擾；兩次積分采用同一個積分器，輸出結(jié)果與積分參數(shù)無關(guān)，精度高；主要應(yīng)用在精度高，而速度相對慢的數(shù)字測試設(shè)備和儀表中。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)四、A/D轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)指標(biāo)與應(yīng)用要點(diǎn)分