
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文檔簡介
模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換第9章模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換本章要求1.了解D/A、A/D轉(zhuǎn)換的基本概念和轉(zhuǎn)換原理;2.了解D/A、A/D轉(zhuǎn)換常用芯片的使用方法。第2頁,共33頁,星期六,2024年,5月
模
數(shù)與數(shù)
模轉(zhuǎn)換器是計算機與外部設(shè)備的重要接口,也是數(shù)字測量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件。
將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為模
數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC);傳感器模擬控制模擬信號數(shù)字計算機
數(shù)字控制數(shù)字信號ADCDAC
將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的裝置稱為數(shù)
模轉(zhuǎn)換器(簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC)第3頁,共33頁,星期六,2024年,5月9.1
D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)–模轉(zhuǎn)換(D/A轉(zhuǎn)換器)的基本思想:
由于構(gòu)成數(shù)字代碼的每一位都有一定的“權(quán)”,因此為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量,就必須將每一位代碼按其“權(quán)”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量,然后再將代表各位的模擬量相加即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量,這就是構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換器的基本思想。第4頁,共33頁,星期六,2024年,5月1.電路9.1.1T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器
由數(shù)個相同的電路環(huán)節(jié)構(gòu)成,每個電路環(huán)節(jié)有兩個電阻和一個模擬開關(guān)。參考電壓存放四位二進制數(shù)最低位(LSB)最高位(MSB)模擬開關(guān)UO+–2RA+URS2S0S1S32R2R2R2Rd0d1d2d30RRR110++-ARF2R0011
數(shù)碼寄存器Q0Q1Q2Q3第5頁,共33頁,星期六,2024年,5月1.電路9.1.1T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器參考電壓最低位(LSB)最高位(MSB)
各位的數(shù)碼控制相應(yīng)位的模擬開關(guān),數(shù)碼為“1”時,開關(guān)接電源UR;為0時接“地”。模擬開關(guān)UO+–2RA+URS2S0S1S32R2R2R2Rd0d1d2d30RRR110++-ARF2R0011
數(shù)碼寄存器Q0Q1Q2Q3存放四位二進制數(shù)第6頁,共33頁,星期六,2024年,5月2.轉(zhuǎn)換原理分析輸入數(shù)字量和輸出模擬電壓Uo之間的關(guān)系T型網(wǎng)絡(luò)開路時的輸出電壓UA即是反相比例運算電路的輸入電壓。反相比例運算電路T型電子網(wǎng)絡(luò)2RA+URS2S0S1S32R2R2R2Rd0d1d2d30RRR110UO++-ARF2R0011+–第7頁,共33頁,星期六,2024年,5月2.轉(zhuǎn)換原理用戴維寧定理和疊加定理計算UAA+URS2S0S1S32R2R2R2Rd0d1d2d30RRR1102R0011最低位(LSB)最高位(MSB)1000對應(yīng)二進制數(shù)為0001第8頁,共33頁,星期六,2024年,5月2.
轉(zhuǎn)換原理對應(yīng)二進制數(shù)為0001時,A2R2R2RRRRR等效電路如右下圖11
22
33
2R2R2R2RRRR2RURARA00
第9頁,共33頁,星期六,2024年,5月2.轉(zhuǎn)換原理對應(yīng)二進制數(shù)為0001時,等效電路如下RA同理:對應(yīng)二進制數(shù)為0010時,有同理:對應(yīng)二進制數(shù)為1000時,有同理:對應(yīng)二進制數(shù)為0100時,有AR第10頁,共33頁,星期六,2024年,5月2.轉(zhuǎn)換原理T型網(wǎng)絡(luò)開路時的輸出電壓UA,即等效電源電壓UE。
等效電阻為R
等效電路如右圖RAUE第11頁,共33頁,星期六,2024年,5月2.轉(zhuǎn)換原理
若輸入的是n位二進制數(shù),則2RUO++-ARF+–RUE+–A第12頁,共33頁,星期六,2024年,5月2.轉(zhuǎn)換原理
若取RF=3R,則
若輸入的是n位二進制數(shù),則2RUO++-ARF+–RUE+–A第13頁,共33頁,星期六,2024年,5月倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DA轉(zhuǎn)換器分析輸入數(shù)字量和輸出模擬電壓uo之間的關(guān)系轉(zhuǎn)換原理倒T型解碼網(wǎng)絡(luò)UO2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR第14頁,共33頁,星期六,2024年,5月.UC=UR
/2UB=UR/4UA=UR/8UD
=UR即:由于解碼網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)和參數(shù)匹配,則圖中各點(D、C、B、A)電位逐位減半。UO2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR第15頁,共33頁,星期六,2024年,5月
因此,每個2R支路中的電流也逐位減半。即:
UO2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR第16頁,共33頁,星期六,2024年,5月UO2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR第17頁,共33頁,星期六,2024年,5月9.1.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)
指最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。
1.分辨率
2.線性度
通常用非線性誤差的大小表示D/A轉(zhuǎn)換器的線性度。把偏離理想的輸入-輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)定義為非線性誤差。3.輸出電壓(電流)的建立時間例:十位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為從輸入數(shù)字信號起,到輸出電壓或電流到達穩(wěn)定值所需時間有時也用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)來表示分辨率。通常D/A轉(zhuǎn)換器的建立時間不大于1
S第18頁,共33頁,星期六,2024年,5月集成ADC芯片舉例AD7520各管腳功能:d0~d9:十位數(shù)字量的輸入端;IO1、IO2:電流輸出端;RF:反饋信號輸入端;UDD:電源接線端;GND:接地端。UR:參考電源,可正可負(fù);URIO1IO2RFGNDd4AD752012345678161514131211109UDD+URd3d2d1d0d5d6d7d8d9
UO++–AD7520的外引線排列及連接電路第19頁,共33頁,星期六,2024年,5月DAC0832是八位的D/A轉(zhuǎn)換器,即在對其輸入八位數(shù)字量后,通過外接的運算放大器,可以獲得相應(yīng)的模擬電壓值。9.1.3
DAC0832D/A轉(zhuǎn)換器第20頁,共33頁,星期六,2024年,5月1)內(nèi)部簡化電路框圖DAC0832
簡化電路框圖八位寄存器輸入八位寄存器DAC八位轉(zhuǎn)換器UREFRFIout1Iout2AGNDUCCDGND&ILECSWR1WR2XFERD/AD7D0......11≥≥第21頁,共33頁,星期六,2024年,5月2)芯片管腳DAC
0832
管腳分布圖CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120第22頁,共33頁,星期六,2024年,5月片選信號,低電平有效寫入控制,低電平有效模擬地端D0~D7數(shù)字量輸入?yún)⒖茧妷狠斎攵薉AC0832
管腳分布圖CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120第23頁,共33頁,星期六,2024年,5月數(shù)字地端反饋電阻外接端CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120DAC0832管腳分布圖第24頁,共33頁,星期六,2024年,5月輸入鎖存允許信號,高電平有效芯片工作電壓輸入端
寫入控制端低電平有效,與配合使用XFERCSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120DAC0832管腳分布圖第25頁,共33頁,星期六,2024年,5月電流輸出端單極性輸出時。Iout2接模擬地
傳送控制端低電平有效,與WR2配合使用CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120DAC0832管腳分布圖第26頁,共33頁,星期六,2024年,5月9.2A/D轉(zhuǎn)換器
模–數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,它是模擬信號和數(shù)字儀器的接口。根據(jù)其性能不同,類型也比較多。
下面介紹逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換電路的原理和一種常用的集成電路組件。最后舉例說明其應(yīng)用。順序脈沖發(fā)生器逐次逼近寄存器DAC電壓比較器輸出數(shù)字量輸入電壓UiUA逐次逼近型?!獢?shù)轉(zhuǎn)換器原理框圖第27頁,共33頁,星期六,2024年,5月9.2.1逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器
其工作原理可用天平秤重過程作比喻來說明。若有四個砝碼共重15克,每個重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量Wx=13克,可以用下表步驟來秤量:28g+4g38g+4g+2g48g+4g+1g
18g8g<13g,12g<13g,14g>13g,13g=13g,8g12g12g13g暫時結(jié)果砝碼重比較判斷順序保留保留撤去保留第28頁,共33頁,星期六,2024年,5月QF3SRRF2SQRF1SQRF0SQ&d3&d2&d1&d0讀出“與門”&&&&≥1≥1≥1d3d0E讀出控制端UiUA-+∞△+電壓比較器逐次逼近寄存器控制邏輯門時鐘脈沖五位順序脈沖發(fā)生器四位逐次逼近型模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理電路四位D/A轉(zhuǎn)換器CQ4Q3Q2Q1Q0d2d1第29頁,共33頁,星期六,2024年,5月1.轉(zhuǎn)換原理放哪一個砝碼砝碼是否保存(待轉(zhuǎn)換的模擬電壓)
順序脈沖發(fā)生器UI-++
數(shù)碼寄存器D/A轉(zhuǎn)換器uO控制邏輯時鐘清0、置數(shù)清0、置數(shù)CP(移位命令)“1”狀態(tài)是否保留控制端UA試探電壓第30頁,共33頁,星期六,2024
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