學(xué)習(xí)情境5模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)-項目1-1知識準(zhǔn)備

學(xué)習(xí)情境5-模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)當(dāng)今世界，計算機技術(shù)得到了飛速發(fā)展與普及，尤其在現(xiàn)代控制、通信及檢測等領(lǐng)域，為了提高系統(tǒng)的性能指標(biāo)，對信號的處理廣泛采用了數(shù)字計算機技術(shù)。單片機是一個典型的數(shù)字系統(tǒng)。數(shù)字系統(tǒng)只能對輸入的數(shù)字信號進行處理，其輸出信號也是數(shù)字的。但是在工業(yè)控制、通信、檢測等系統(tǒng)和日常生活中的許多物理量都是模擬量，比如溫度、位移、長度、壓力、速度、圖像等等。為了實現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)對這些電模擬量的檢測、運算和控制，就需要一個模擬量和數(shù)字量之間相互轉(zhuǎn)換的過程。要使計算機或數(shù)字儀表能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；而經(jīng)計算機分析、處理后輸出的數(shù)字量也往往需要將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬信號才能為執(zhí)行機構(gòu)所接受。數(shù)模轉(zhuǎn)換就是將離散的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為連接變化的模擬量，模數(shù)轉(zhuǎn)換則相反。模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器是單片機控制系統(tǒng)中最為常見并使用的元器件，理解并掌握這些轉(zhuǎn)換器的使用也是處理單片機真實工程項目的基本要求。情境描述項目-1將輸入電壓轉(zhuǎn)成數(shù)字顯示1知識儲備學(xué)習(xí)情境5-模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)一、項目描述二、項目分析該項目要求從ADC0809的通道IN3輸入0-5V的模擬量，通過該轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并在數(shù)碼管上以十進制形式顯示出來。將輸入電壓轉(zhuǎn)成數(shù)字顯示是在模數(shù)轉(zhuǎn)換中非常常見，也是非常有代表性的一類任務(wù)。ADC0809是帶有8位A/D轉(zhuǎn)換器和8路多路開關(guān)以及與微處理機兼容的控制邏輯CMOS組件，適合完成該項目。該任務(wù)需要掌握的知識技能如下：(1)ADC0809的特點和工作過程；(2)單片機系統(tǒng)開發(fā)板上的硬件連接；(3)進行A/D轉(zhuǎn)換的程序設(shè)計；(4)單片機、轉(zhuǎn)換器和KeilC51軟件的互聯(lián)；任務(wù)1認(rèn)識模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D人類已經(jīng)進入數(shù)字化時代，數(shù)字化的浪潮促使模擬信號向數(shù)字化信號的轉(zhuǎn)變愈加頻繁，推動了A/D轉(zhuǎn)換器不斷變革?，F(xiàn)在的軟件、無線電、數(shù)字圖像采集都需要有高速的A/D采樣保證有效性和精度。引導(dǎo)問題1什么是模擬量，并舉例說明。引導(dǎo)問題2什么是數(shù)字量，并舉例說明。引導(dǎo)問題3單片機內(nèi)部運算時使用數(shù)字量還是模擬量，為什么？引導(dǎo)問題4模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要作用是什么？模數(shù)轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過取樣、保持、量化及編碼四個步驟。在實際電路中，這些過程有的是合并進行的，例如，取樣和保持，量化和編碼往往都是在轉(zhuǎn)換過程中同時實現(xiàn)的。采樣是指用每隔一定時間的信號樣值序列來代替原來在時間上連續(xù)的信號，也就是在時間上將模擬信號離散化。任務(wù)2

模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程保持是將取樣電路每次取得的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號都需要一定時間，為了給后續(xù)的量化編碼過程提供一個穩(wěn)定值，每次取得的模擬信號必須通過保持電路保持一段時間。量化是用有限個幅度值近似原來連續(xù)變化的幅度值，把模擬信號的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量的有一定間隔的離散值。編碼則是按照一定的規(guī)律，把量化后的值用二進制數(shù)字表示，然后轉(zhuǎn)換成二值或多值的數(shù)字信號流。這樣得到的數(shù)字信號可以通過電纜、微波干線、衛(wèi)星通道等數(shù)字線路傳輸。任務(wù)2

模數(shù)轉(zhuǎn)換的過程引導(dǎo)問題5什么是采樣定理？引導(dǎo)問題6在使用數(shù)字量表示模擬量時，數(shù)字位數(shù)的多少和精度有什么關(guān)系？引導(dǎo)問題7

解釋A/D轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)指標(biāo)。分辯率轉(zhuǎn)換速率量化誤差偏移誤差滿刻度誤差線性度模數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器，或簡稱ADC，通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是把經(jīng)過與標(biāo)準(zhǔn)量比較處理后的模擬量轉(zhuǎn)換成以二進制數(shù)值表示的離散信號的轉(zhuǎn)換器。故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)，比較常見的參考標(biāo)準(zhǔn)為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考信號的大小。任務(wù)2

認(rèn)識模數(shù)轉(zhuǎn)換器引導(dǎo)問題8A/D轉(zhuǎn)換器的分類如右圖，請查閱資料并作簡單了解。引導(dǎo)問題9分別解釋ADC0809、ADC0832、PCF8591？ADC0809

ADC0832

PCF8591引導(dǎo)問題11為什么需要進行數(shù)模轉(zhuǎn)換？任務(wù)4認(rèn)識數(shù)模轉(zhuǎn)換D/A引導(dǎo)問題12舉例說明哪些地方需要用到數(shù)模轉(zhuǎn)換？引導(dǎo)問題13D/A轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？任務(wù)4認(rèn)識數(shù)模轉(zhuǎn)換D/A引導(dǎo)問題14寫出兩種數(shù)模轉(zhuǎn)換方式。引導(dǎo)問題15常用的數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片有哪些？任務(wù)4認(rèn)識數(shù)模轉(zhuǎn)換D/A引導(dǎo)問題12