第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口

0單片機(jī)原理及應(yīng)用機(jī)械類(lèi)專業(yè)必修課2011年12月主講人：張登攀專業(yè):機(jī)械制造及其自動(dòng)化1教學(xué)內(nèi)容0、課程準(zhǔn)備1、微型計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)3、中斷、定時(shí)與串行通信2、微機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及編程4、人機(jī)交互接口5、信號(hào)轉(zhuǎn)換接口2第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口

單片機(jī)應(yīng)用的重要領(lǐng)域是測(cè)控。在其應(yīng)用過(guò)程中，除數(shù)字量外還會(huì)遇到另一類(lèi)物理量，即模擬量。例如：溫度、速度、電壓、電流、壓力等，它們都是連續(xù)變化的物理量。由于計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）只能處理數(shù)字量，因此計(jì)算機(jī)（單片機(jī)）控制系統(tǒng)中凡遇到有模擬量的地方，就要進(jìn)行模擬量向數(shù)字量、數(shù)字量向模擬量的轉(zhuǎn)換，也就出現(xiàn)了單片機(jī)數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換的接口問(wèn)題。35.1A/D轉(zhuǎn)換接口1、A/D轉(zhuǎn)換原理在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，被控制的對(duì)象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等）信號(hào)，而單片機(jī)處理系統(tǒng)能夠處理的是數(shù)字信號(hào)。因此，必須先將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再輸入到單片機(jī)處理系統(tǒng).第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口4將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器）。其工作原理框圖如圖所示：A/D轉(zhuǎn)換器輸入模擬量數(shù)字量輸出第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口52、A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程一般是由采樣、保持、量化和編碼四個(gè)步驟完成的。即首先對(duì)輸入的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣結(jié)束后進(jìn)入保持時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)將取樣的電壓量化為數(shù)字量，然后按一定的編碼形式輸出，這樣重復(fù)即可將一段模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸出。采樣保持電路編碼電路量化電路第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口6（1）采樣和保持電路采樣：把時(shí)間上連續(xù)變化的信號(hào)變換為時(shí)間離散的信號(hào)。采樣是通過(guò)采樣器完成的，采樣器（電子模擬開(kāi)關(guān)）在采樣脈沖S(t)的作用下，將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬信號(hào)F(t)轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)間上離散的模擬信號(hào)。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口7第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口8采樣定理：當(dāng)采樣頻率不小于輸入模擬信號(hào)頻譜中最高頻率的兩倍時(shí)，采樣信號(hào)可以不失真地恢復(fù)為原模擬信號(hào)，即：

式中fS采樣頻率，f為輸入信號(hào)vI的最高頻率分量的頻率。避免混疊失真應(yīng)滿足：1、信號(hào)要限帶，即對(duì)于|f|≧fimax，有X(f)=0，然后抽樣；2、滿足抽樣條件。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口9

因?yàn)槊看伟讶与妷恨D(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量都需要一定的時(shí)間，所以在每次取樣以后，必須把取樣電壓保持一段時(shí)間。完成這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程的電路就是保持電路。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口10（2）量化和編碼量化：數(shù)字信號(hào)不僅在時(shí)間上是離散的，而且數(shù)值上的變化也不是連續(xù)的。這就是說(shuō)，任何一個(gè)數(shù)字量的大小，都是以某個(gè)最小數(shù)量單位的整倍數(shù)來(lái)表示的。因此，在用數(shù)字量表示取樣電壓時(shí)，也必須把它化成這個(gè)最小數(shù)量單位的整倍數(shù)，這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程就叫做量化。量化單位：所規(guī)定的最小數(shù)量單位叫做量化單位，用Δ表示。顯然，數(shù)字信號(hào)最低有效位中的1表示的數(shù)量大小，就等于Δ。編碼：把量化的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示，稱為編碼。這個(gè)二進(jìn)制代碼就是A/D轉(zhuǎn)換的輸出信號(hào)。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口11量化誤差:

既然模擬電壓是連續(xù)的，那么它就不一定能被Δ整除，因而不可避免的會(huì)引入誤差，把這種誤差稱為量化誤差。在把模擬信號(hào)劃分為不同的量化等級(jí)時(shí)，用不同的劃分方法可以得到不同的量化誤差。假定需要把0～+1V的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成3位二進(jìn)制代碼，這時(shí)便可以取Δ=（1/8）V，并規(guī)定凡數(shù)值在0～（1/8）V之間的模擬電壓都當(dāng)作0×Δ看待，用二進(jìn)制的000表示；凡數(shù)值在（1/8）V～（2/8）V之間的模擬電壓都當(dāng)作1×Δ看待，用二進(jìn)制的001表示，……等等，如表所示。不難看出，最大的量化誤差可達(dá)Δ，即（1/8）V。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口12為了減少量化誤差，取量化單位Δ=（2/15）V，并將000代碼所對(duì)應(yīng)的模擬電壓規(guī)定為0～（1/15）V，即0～Δ/2。這時(shí)，最大量化誤差將減少為為Δ/2=（1/15）V。這個(gè)道理不難理解，因?yàn)楝F(xiàn)在把每個(gè)二進(jìn)制代碼所代表的模擬電壓值規(guī)定為它所對(duì)應(yīng)的模擬電壓范圍的中點(diǎn)，所以最大的量化誤差自然就縮小為Δ/2了。。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口133、A/D常用的芯片(1)ADC0801~ADC0805、ADC0808/0809、ADC0816/0817型8位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器；(2)TLC1549單通道串行輸出A/D。TI公司生產(chǎn)的一種開(kāi)關(guān)電容結(jié)構(gòu)的逐次比較型10位A/D轉(zhuǎn)換器。有DIP和FK2種封裝形式。(3)TLC2543多通道串行輸出A/D。也是TI公司生產(chǎn)的眾多串行A/D轉(zhuǎn)換器中的一種，CMOS12位開(kāi)關(guān)電容逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器，具有輸入通道多、精度高、速度高等特點(diǎn)。(4)ADC570、ADC1210。除以上芯片還有許多不同精度的A/D轉(zhuǎn)換芯片。在使用過(guò)程中，要按要求選擇適當(dāng)精度的芯片，芯片的精度與在轉(zhuǎn)換時(shí)所使用的時(shí)間是成正比的。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口145.2A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)1、轉(zhuǎn)換精度A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度分為絕對(duì)精度和相對(duì)精度。（1）絕對(duì)精度：指在轉(zhuǎn)換器中，任一數(shù)碼與所對(duì)應(yīng)的實(shí)際模擬電壓與其理想的電壓值之差，這個(gè)差值不是一個(gè)常數(shù)，我們把這個(gè)差值的最大值定義為絕對(duì)誤差。（2）相對(duì)精度：它與絕對(duì)精度相似，所不同的是把這個(gè)最大精度表示為滿刻度模擬電壓的百分?jǐn)?shù)，或者用二進(jìn)制分?jǐn)?shù)來(lái)表示相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)有：轉(zhuǎn)換精度，分辨率，轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換速率，量化誤差。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口152、分辨率說(shuō)明A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率以輸出二進(jìn)制（或十進(jìn)制）數(shù)的位數(shù)表示，即滿刻度電壓與2n

之比值，其中n為ADC的位數(shù)。從理論上講，n位輸出的A/D轉(zhuǎn)換器能區(qū)分2n個(gè)不同等級(jí)的輸入模擬電壓，能區(qū)分輸入電壓的最小值為滿量程輸入的1/2n。在最大輸入電壓一定時(shí)，輸出位數(shù)愈多，量化單位愈小，分辨率愈高。例如A/D轉(zhuǎn)換器輸出為8位二進(jìn)制數(shù)，輸入信號(hào)最大值為5V，那么這個(gè)轉(zhuǎn)換器應(yīng)能區(qū)分輸入信號(hào)的最小電壓為19.53mV。

第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口163、轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換速度完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換速度互為倒數(shù)，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。

不同類(lèi)型的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度相差比較大：1、并行比較A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度最高，8位二進(jìn)制輸出的單片集成A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間為50ns；2、逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器在10~50us之間，也有幾百ns的。3、間接A/D轉(zhuǎn)換器速度最慢，如雙積分型在幾十毫秒到幾百毫秒之間。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口174、轉(zhuǎn)換誤差表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)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)來(lái)表示。例如給出相對(duì)誤差≤±LSB/2，這就表明實(shí)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(gè)字。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口185、量化誤差

由于AD的有限分辨率而引起的誤差，即有限分辨率AD的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無(wú)限分辨率AD（理想AD）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1個(gè)或半個(gè)最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。

第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口195.3A/D轉(zhuǎn)換器的分類(lèi)A/D轉(zhuǎn)換器是能夠?qū)⒛M量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件。它有許多種分類(lèi)方式：總的可分為直接型和間接型。直接型A/D轉(zhuǎn)換器為在轉(zhuǎn)換過(guò)程中模擬電壓不經(jīng)過(guò)任何中間變量直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼，而間接型A/D轉(zhuǎn)換器為在轉(zhuǎn)換過(guò)程中要把模擬電壓先轉(zhuǎn)換成某種中間變量（時(shí)間、頻率、脈沖寬度等），然后再轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼輸出。A/D轉(zhuǎn)換器按工作原理可分為：計(jì)數(shù)式ADC、雙積分式ADC、逐次逼近式ADC、并行式ADC；按模擬量輸入方式分：?jiǎn)螛O性ADC、雙極性ADC；按數(shù)字量輸出方式分并行ADC、串行ADC；按性能特點(diǎn)可分為：按轉(zhuǎn)換精度分低精度、中精度、高精度、超高精度；按輸出是否帶三態(tài)緩沖分：帶可控三態(tài)緩沖ADC、不帶可控三態(tài)緩沖ADC；按分辨率分4位、6位、8位、10位、12位、14位、16位等；按轉(zhuǎn)換速度分低速、中速、高速、超高速。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口205.4A/D轉(zhuǎn)換器的選擇原則

在設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的采集以及單片機(jī)輸出去控制被控對(duì)象時(shí)會(huì)用到ADC電路，可從以下幾方面考慮：(1)A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的確定

A/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的確定是關(guān)系著整個(gè)測(cè)量控制系統(tǒng)所要測(cè)量控制的范圍和精度，但又不能對(duì)系統(tǒng)的精度唯一確定。由于系統(tǒng)的精度與很多因素有關(guān)，包括傳感器變換精度、信號(hào)處理的精度和A/D轉(zhuǎn)換器本身等，甚至還包括軟件控制的算法。在使用時(shí)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)至少要比總精度要求的最低分辨率高一位。常見(jiàn)的A/D、D/A器件有8位，10位，12位，14位，16位等。實(shí)際選用的A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)應(yīng)與系統(tǒng)處理的能力以及所需達(dá)到的精度相適應(yīng)。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口21(2)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度的確定

A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，其倒數(shù)即每秒鐘能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)，稱轉(zhuǎn)換速度。在使用時(shí)不同的A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間并不一定相同。要根據(jù)所設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)采集數(shù)據(jù)要求的時(shí)間而定，一般選擇所需轉(zhuǎn)換時(shí)間短的，這樣可以提高整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制能力。保證轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率要高于系統(tǒng)要求的采樣頻率。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口22(3)A/D轉(zhuǎn)換器的工作電壓和基準(zhǔn)電壓的選擇選擇合適的工作電壓可以有效簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的電壓供給，基準(zhǔn)電壓是指提供給A/D轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換時(shí)所需要的參考電壓，這是保證轉(zhuǎn)換精度的基本條件，它也影響A/D轉(zhuǎn)換器所測(cè)量的范圍。在精度要求較高時(shí)，基準(zhǔn)電壓的供給可以采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。

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設(shè)計(jì)舉例

某信號(hào)采集系統(tǒng)要求用一片A/D轉(zhuǎn)換集成芯片在1s（秒）內(nèi)對(duì)16個(gè)熱電偶的輸出電壓分時(shí)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。已知熱電偶輸出電壓范圍為0～0.025V（對(duì)應(yīng)于0～450℃溫度范圍），需要分辨的溫度為0.1℃，試問(wèn)應(yīng)選擇多少位的A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間是多少？

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解：對(duì)于0～450℃溫度范圍，信號(hào)電壓范圍為0～0.025V，分辨的溫度為0.1℃，這相當(dāng)于的分辨率。12位A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率為，所以必須選用14位的A/D轉(zhuǎn)換器。

系統(tǒng)的取樣速率為每秒16次，取樣時(shí)間為62.5ms。對(duì)于這樣慢的取樣，任何一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器都可以滿足要求?？蛇x用帶有取樣－保持（S/H）的逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器或不帶S/H的雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。

第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口255.5D/A轉(zhuǎn)換接口1、D/A轉(zhuǎn)換原理數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合起來(lái)表示的，對(duì)于有權(quán)碼，每位代碼都有一定的權(quán)。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須將每1位的代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換器由數(shù)碼寄存器、模擬電子開(kāi)關(guān)電路、解碼網(wǎng)絡(luò)、求和電路及基準(zhǔn)電壓幾部分組成。數(shù)字量以串行或并行方式輸入、存儲(chǔ)于數(shù)碼寄存器中，數(shù)字寄存器輸出的各位數(shù)碼，分別控制對(duì)應(yīng)位的模擬電子開(kāi)關(guān)，使數(shù)碼為１的位在位權(quán)網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生與其權(quán)值成正比的電流值，再由求和電路將各種權(quán)值相加，即得到數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬量。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口26輸入為3位二進(jìn)制數(shù)時(shí)D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性曲線。

第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口272、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率（Resolution）：指D/A轉(zhuǎn)換器能分辨的最小輸出模擬增量，即相鄰兩個(gè)二進(jìn)制碼對(duì)應(yīng)的輸出電壓之差稱為D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率。可用最低位（LSB）表示。如，n位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為1/2n。（2）精度（Accuracy）：精度是指D/A轉(zhuǎn)換器的實(shí)際輸出與理論值之間的誤差，它是以滿量程VFS的百分?jǐn)?shù)或最低有效位（LSB）的分?jǐn)?shù)形式表示。與A/D相似也分為絕對(duì)精度與相對(duì)精度。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口28（3）線性誤差：D/A的實(shí)際轉(zhuǎn)換特性（各數(shù)字輸入值所對(duì)應(yīng)的各模擬輸出值之間的連線）與理想的轉(zhuǎn)換特性（始、終點(diǎn)連線）之間是有偏差的，這個(gè)偏差就是D/A的線性誤差。即兩個(gè)相鄰的數(shù)字碼所對(duì)應(yīng)的模擬輸出值（之差）與一個(gè)LSB所對(duì)應(yīng)的模擬值之差。常以LSB的分?jǐn)?shù)形式表示。（4）轉(zhuǎn)換時(shí)間TS（建立時(shí)間）：從D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字量發(fā)生變化開(kāi)始，到其輸出模擬量達(dá)到相應(yīng)的穩(wěn)定值所需要的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口29（5）偏移量誤差：偏移量誤差是指輸入數(shù)字量為零時(shí)，輸出模擬量對(duì)零的偏移值。（6）轉(zhuǎn)換誤差：轉(zhuǎn)換誤差通常用輸出電壓滿刻度FSR（FullScaleRange）的百分?jǐn)?shù)表示，也可以用最低有效位的倍數(shù)表示。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口30(7)接口形式：D/A轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)接口方便與否，主要決定于轉(zhuǎn)換器本身是否帶數(shù)據(jù)鎖存器?？偟膩?lái)說(shuō)有兩類(lèi)D/A 轉(zhuǎn)換器，一類(lèi)是不帶鎖存器的，另一類(lèi)是帶鎖存器的。對(duì)于不帶鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器，為了保存來(lái)自單片機(jī)的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，接口時(shí)要另加鎖存器，因此這類(lèi)轉(zhuǎn)換器必須在接口線上；而帶鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器，可以把它看作是一個(gè)輸出口，因此可直接在數(shù)據(jù)總線上，而不需另加鎖存器。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口313、D/A轉(zhuǎn)換器的分類(lèi)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的類(lèi)型很多，目前在集成化的數(shù)模轉(zhuǎn)換器中經(jīng)常使用的一種是T型網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器。按輸出形式分類(lèi)：電壓輸出型和電流輸出型。按是否含有鎖存器分類(lèi)：內(nèi)部無(wú)鎖存器和內(nèi)部有鎖存器。按能否作乘法運(yùn)算分類(lèi)：乘算型和非乘算型。按輸入數(shù)字量方式分類(lèi)：并行總線D/A轉(zhuǎn)換器和串行總線D/A轉(zhuǎn)換器。按轉(zhuǎn)換時(shí)間分類(lèi)：超高速D/A（TS＜100ns）、高速D/A（TS為100ns～10μs）、中速D/A（TS為10μs～100μs）、低速D/A（TS＞100μs）等。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口32常用D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)：

二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，由四部分組成：（1）權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)；（2）模擬開(kāi)關(guān)；（3）參考電壓；（4）權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)輸出端的電流--電壓變換器。二進(jìn)制T型權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，采用最常見(jiàn)的R-2RT型電阻網(wǎng)絡(luò)。分為電流相加型（如圖7-6所示）和電壓相加型（如圖7-7所示）。它與權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的顯著區(qū)別在于：無(wú)論DAC有多少位，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)只需要R和2R兩種阻值。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口33電壓激勵(lì)型DAC電流相加型4位R-2RT形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC電壓相加型4位R-2RT形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口34Ｔ型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換計(jì)算

第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口35第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口36倒T型網(wǎng)絡(luò)DAC第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口37第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口S0-S3為模擬開(kāi)關(guān)，R-2R電阻解碼網(wǎng)絡(luò)呈倒T形，運(yùn)算放大器A構(gòu)成求和電路。Si由輸入數(shù)碼di控制，當(dāng)di=1時(shí)，Si接運(yùn)放反相輸入端（“虛地”），Ii流入求和電路；當(dāng)di=0時(shí)，Si將電阻2R接地。

無(wú)論模擬開(kāi)關(guān)Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻均等效接“地”（地或虛地）。這樣流經(jīng)2R電阻的電流與開(kāi)關(guān)位置無(wú)關(guān)為確定值。38第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口倒T型網(wǎng)絡(luò)DAC等效電路總電流為：39輸出電壓為：第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口

將輸入數(shù)字量擴(kuò)展到n位，可得到n位數(shù)字量Dn倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量與輸入數(shù)字量之間的一般關(guān)系式如下：40

要使D/A轉(zhuǎn)換器具有較高的精度，對(duì)電路中的參數(shù)有以下要求：第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口1、基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性好；2、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)中R和2R電阻的精度要高；3、每個(gè)模擬開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)電壓降要相等。為實(shí)現(xiàn)電流從高位到低位按2的整倍數(shù)遞減，模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻也相應(yīng)地按2的正倍數(shù)遞減。

常用的CMOS開(kāi)關(guān)倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的集成電路有AD7520(10位）、DAC1210(12位）和AK7546（16位高精度）。41電流激勵(lì)型DAC第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口423、D/A轉(zhuǎn)換器的選擇在選用D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)主要考慮芯片的性能、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特性。在性能上必須滿足D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)要求；在結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特性上應(yīng)滿足接口方便、外圍電路簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等要求。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口43D/A轉(zhuǎn)換器的種類(lèi)繁多，在目前常用的D/A芯片中，從數(shù)碼位數(shù)上看，有8位、10位、12位、16位等；從數(shù)字的輸入特性看，一般的D/A轉(zhuǎn)換器只能接收自然二進(jìn)制數(shù)字代碼，也需要注意輸入數(shù)據(jù)的格式，一般有并行碼和串行碼兩種；從輸出特性上，D/A轉(zhuǎn)換器有電流輸出型器件和電壓輸出型器件，要根據(jù)控制系統(tǒng)是接收電壓信號(hào)還是檢測(cè)電流信號(hào)來(lái)選擇D/A轉(zhuǎn)換器；

第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口44從內(nèi)部結(jié)構(gòu)上，又可分為含數(shù)據(jù)輸入寄存器和不含數(shù)據(jù)輸入寄存器兩類(lèi)。對(duì)內(nèi)部不含數(shù)據(jù)輸入寄存器的芯片，亦即不具備數(shù)據(jù)的鎖存能力，是不能直接與系統(tǒng)總線連接的。因?yàn)閷?duì)D/A轉(zhuǎn)換器來(lái)講，當(dāng)有數(shù)字量輸入時(shí)，其輸出端隨之有模擬電流或電壓信號(hào)建立；而當(dāng)輸入端數(shù)字量消失時(shí)，輸出模擬量也隨之消失。

第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口455.6微機(jī)信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)實(shí)例

常用的逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器比較多，有8位、10位、12位、16位等，由于常用的為8位單片機(jī)，所以在系統(tǒng)對(duì)精度要求不高時(shí)，通常選用8位A/D轉(zhuǎn)換器。

最常用8位A/D轉(zhuǎn)換器是由美國(guó)芯片制造商N(yùn)ationalSemiconductor（國(guó)家半導(dǎo)體公司）生產(chǎn)的ADC系列芯片，其中ADC0804為單路8位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器，ADC0809為8路8位逐次比較式A/D轉(zhuǎn)換器。

第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口461、A/D轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)實(shí)例

（1）ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口47ADC0809引腳功能ADC0809芯片為28引腳雙列直插式封裝，引腳排列如下：

第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口48第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口49IN7~IN0:模擬量輸入通道。ADDA、ADDB、ADDC：A為低位地址，C為高位地址，用于對(duì)模擬通道進(jìn)行選擇。ADC0809對(duì)輸入模擬量的要求主要有：信號(hào)單極性，電壓范圍0～5V，若信號(hào)過(guò)小還需進(jìn)行放大。另外，在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中，模擬量輸入的值不應(yīng)變化太快，因此，對(duì)變化速度快的模擬量，在輸入前應(yīng)增加采樣保持電路。

ADDCADDBADDA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口50ALE：地址鎖存信號(hào)。在對(duì)應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。START：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清0；START下跳沿時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。D7~D0：數(shù)據(jù)輸出線。其為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。OE：輸出允許信號(hào)。其用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高電阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口51CLK：時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500kHz的時(shí)鐘信號(hào)。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)。

EOC=0，正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束。該狀態(tài)信號(hào)既可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可以作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。VCC：+5V電源。Vref：參考電壓。參考電壓用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V（Vref(+)=+5V，Vref(-)=0V）。第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口52第五講信號(hào)轉(zhuǎn)換接口53第