第九章 數(shù)模轉(zhuǎn)換

第九章數(shù)模轉(zhuǎn)換第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三主要內(nèi)容A/D轉(zhuǎn)換的工作原理

D/A轉(zhuǎn)換的工作原理

D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832及其接口設(shè)計(jì)

A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809及其接口設(shè)計(jì)

第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三數(shù)模轉(zhuǎn)換器DACDAC的性能指標(biāo)分辨率

DAC所能分辨的最小電壓增量。它反映了DAC對(duì)微小輸入量變化的敏感性。分辨率的高低通常用二進(jìn)制輸入量的位數(shù)來表示，例如分辨率是8位、10位、12位等。有時(shí)，也用最小輸出電壓與最大輸出電壓之比的百分?jǐn)?shù)來表示。對(duì)于一個(gè)n位DAC，其分辨率為：1/2n-1。

第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三轉(zhuǎn)換精度

用最大的靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式表示，這個(gè)轉(zhuǎn)換誤差應(yīng)包括非線性誤差、比例系數(shù)誤差以及漂移誤差等綜合誤差，它反映了實(shí)際輸出電壓與理論輸出電壓之間的接近程度。轉(zhuǎn)換時(shí)間

DAC的輸入數(shù)字量有滿刻度值的變化時(shí)，其輸出模擬信號(hào)電壓達(dá)到滿刻度值1/2LSB（最低有效位）時(shí)所需要的時(shí)間。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三線性度通常用非線性誤差的大小表示DAC的線性度。在D/A轉(zhuǎn)換時(shí)，若數(shù)據(jù)連續(xù)轉(zhuǎn)換，則輸出的模擬量應(yīng)該是線性的。即在理想情況下，DAC的轉(zhuǎn)換特性應(yīng)是線性的，實(shí)際轉(zhuǎn)換中，把理想的輸入／輸出特性的偏差與滿刻度輸入之比的百分?jǐn)?shù)，稱為非線性誤差。

輸出電平

不同型號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換器件的輸出電平相差較大。一般為5V～10V，有的高壓輸出型的輸出電平則高達(dá)24V～30V。數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三D/A轉(zhuǎn)換原理

D/A轉(zhuǎn)換器的作用是把二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三8位D/A轉(zhuǎn)換器－DAC0832芯片1、DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DAC0832是一個(gè)8位的數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片，內(nèi)部由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。D/A轉(zhuǎn)換器為T型轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖所示。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三

2、DAC0832的引腳功能

數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三

3、DAC0832的特性參數(shù)分辨率為8位；可采用雙緩沖、單緩沖或直通三種工作方式；電流穩(wěn)定時(shí)間為1μs；只需在滿量程下調(diào)整其線性度；所有引腳邏輯電平與TTL兼容；＋5V～＋15V單一電源供電，功耗為200mw。數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三

4、DAC0832的工作方式雙緩沖方式雙緩沖工作方式對(duì)輸入寄存器和DAC寄存器分別進(jìn)行控制。數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三

4、DAC0832的工作方式單緩沖方式在這種工作方式下，使兩個(gè)寄存器中的任一個(gè)處于直通狀態(tài)。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三

4、DAC0832的工作方式直通方式這種工作方式是將、、以及引腳都直接接地，ILE接高電平，芯片就處于直通狀態(tài)。輸入數(shù)據(jù)就直接送入D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電流轉(zhuǎn)換。數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三

5、DAC0832的輸出方式單極性輸出DAC0832的電流輸出端Iout1接至運(yùn)算放大器的反相輸入端，所以輸出電壓Vout與參考電壓VREF反相。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三

5、DAC0832的輸出方式雙極性輸出雙極性輸出是在單極性輸出的基礎(chǔ)上，加一級(jí)電壓放大器來實(shí)現(xiàn)單極性到雙極性的變換，其原理電路如圖所示。數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三6、DAC0832與PC總線的連接將和接地，使8位輸入寄存器處于直通狀態(tài)，控制使DAC0832工作在單緩沖工作方式。當(dāng)執(zhí)行OUT指令時(shí)，使和有效，CPU輸出的數(shù)據(jù)通過輸入寄存器裝入DAC寄存器鎖存，并進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三

ADC的主要性能指標(biāo)分辨率

ADC的分辨率是輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需模擬電壓的變化量，定義為滿刻度電壓與2n之比值，其中n為ADC的位數(shù)。

精度ADC的精度分為絕對(duì)精度和相對(duì)精度兩種。

轉(zhuǎn)換速率和轉(zhuǎn)換時(shí)間電源靈敏度用模擬輸入值的百分?jǐn)?shù)來表示。

模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三

ADC的工作原理

常用方法有：計(jì)數(shù)法；逐次逼近法；雙積分法

計(jì)數(shù)法模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三ADC的工作原理

逐次逼近法逐次逼近的方法ADC的內(nèi)部主要由逐次逼近寄存器SAR、D／A轉(zhuǎn)換器、電壓比較器和一些時(shí)序控制邏輯電路等組成。模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三其工作原理非常類似于用天平稱重。在轉(zhuǎn)換開始前，先將SAR寄存器各位清零，然后設(shè)其最高位為1（對(duì)8位來講，即為10000000B）―就像天平稱重時(shí)先放上一個(gè)最重的砝碼一樣，SAR中的數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬電壓VC，并與模擬輸入電壓VX進(jìn)行比較，若VX≥VC，則SAR寄存器中最高位的1保留，否則就將最高位清零一若砝碼比物體輕就要保留此砝碼，否則去掉此砝碼。然后再使次高位置1，進(jìn)行相同的過程直到SAR的所有位都被確定。轉(zhuǎn)換過程結(jié)束后，SAR寄存器中的二進(jìn)制碼就是ADC的輸出。模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三

ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

ADC0809芯片是CMOS型單片雙列直插式模／數(shù)轉(zhuǎn)換器件，采用逐次逼近式轉(zhuǎn)換方式，可對(duì)8路模擬電壓分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。ADC0809芯片第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三

ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

片內(nèi)集成有具有鎖存功能的8路模擬開關(guān)，可對(duì)8路0～5V的輸入模擬電壓信號(hào)分時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換片內(nèi)具有多路開關(guān)的地址譯碼和鎖存電路、比較器256R電阻T型網(wǎng)絡(luò)、樹狀電子開關(guān)、逐次逼近寄存器SAR、控制與時(shí)序電路等。輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到微處理器的數(shù)據(jù)總線上。ADC0809芯片第21頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三ADC0809的性能指標(biāo)1）分辨率為8位。2）最大不可調(diào)誤差上±1LSB。3）單電源＋5V。4）可鎖存三態(tài)輸出，輸出與TTL電平兼容。5）當(dāng)用＋5V電源供電時(shí)，模擬輸入電壓范圍為

0～5V。6）溫度范圍－40～＋85℃。7）功耗為15mw。8）轉(zhuǎn)換速度取決于芯片的時(shí)鐘頻率，其時(shí)鐘頻率范圍為10kHz～1280KHZ，若CLK＝500kHZ，轉(zhuǎn)換速度為128μs。ADC0809芯片第22頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三

ADC0809芯片的A/D轉(zhuǎn)換過程和時(shí)序

ADC0809芯片第23頁，共25頁，2023年，2月20日，星期三