第12章数模与模数转换

1、第第1212章章 数数/ /模与模模与模/ /数转换数转换D/A(数数/模模)转换转换: 把数字量转换为模拟量A/D(模模/数数)转换转换: 将模拟量转换成数字量12.1 D/A转换转换1. D/A转换原理转换原理1) T型解码网络型解码网络结构结构8位数字量模拟量T型解码网络示意图中：VREF: 参考电压，内阻为0；求和元件求和元件：是运算放大器， 内阻为0；S7, S6, , S0: 8个电子开关，它们受控于待转换的各位二进制代码。设待转换的数字量数列为：N=D7D6D5D4D3D2D1D0 (D7为最高位) S7受控于D7位，S6受控于D6位, , S0受控于D0位； Di=1, Si与

2、VREF接通； Di=0, Si与地接通。(i=0, 1, , 7)解码网络相邻两节点之间的电阻=R, 但节点7与求和元件之间，节点0与地之间的电阻=2R, 各支路电阻=2R无论电子开关倒向哪一方，从任一节点向左，向右看去(不包括支路电阻本身)的等效电阻都等于2R2) 转换原理转换原理若只有一个开关接 VREF, 其它开关都接地，则接通VREF的支路，其支路电流恒为: I = VREF/3R但各支路电流向求和元件提供的总电流分量却不同；当S7接 VREF，其它开关接地，S7支路提供的总电流分量=I/2当S6接 VREF，其它开关接地，S6支路提供的总电流分量=I/4当S5接 VREF，其它开关

3、接地，S5支路提供的总电流分量=I/8 , ;当S0接 VREF，其它开关接地，S0支路提供的总电流分量=I/256当8位数字量=0255变化时，各支路产生的总电流分量之和就是流向求和元件的总电流：总电流总电流=D7 I 2-1+D6 I 2-2+ + D0 I 2-8 =I 2-8 (D7 27+D6 26 + + D0 20) = N 2-8 (VREF/3R) VREF/3R是固定值，总电流只与输入的二进制数N有关。通过解码网络后，得到了一个与输入的数字量成比例的电流。2. D/A转换器的主要参数转换器的主要参数1) 分辨率分辨率：指D/A转换器能够转换的二进制的位数。例如：8位D/A转

4、换器，转换后的电压满程量为5V，其最小分辨电压 =5V/256=20mV。10位D/A转换器，对同样的转换电压，它能分辨的最小电压=5V/1024=5mV2) 转换时间转换时间：指数字输入到完成转换，输出达到最终的稳定值所需的时间。电流型D/A转换器的转换时间在几 ns 几百s之间。电压型的D/A转换器转换较慢。3) 转换精度转换精度：指D/A转换器实际输出电压与理论值之间的误差。一般采用数字量的最低有效位作为衡量单位，例如：+1/1LSB。如果分辨率为8位，其精度是：+1/512。4) 线性度线性度：当数字量变化时，D/A转换器输出模拟量按比例关系变化的程度。3. D/A转换器的输入输出特性

5、转换器的输入输出特性1) 输入缓冲能力输入缓冲能力2) 输入数据的宽度输入数据的宽度3) 电流型还是电压型电流型还是电压型4) 输入的码制输入的码制5) 是单极性输出还是双极性输出是单极性输出还是双极性输出4. DAC0832简介简介1) 引脚与内部结构引脚与内部结构结构结构DAC0832是8位的D/A转换芯片内部有两极输入缓冲寄存器和一个T型解码网络电流输出型芯片外部引脚外部引脚DI7DI0: 8位数字量输入数据线。CS: 片选信号输入端。ILE: 输入锁存允许信号。WR1, WR2: 写信号1和写信号2。XFER：传送控制信号。IOUT1: 模拟电流输出端1，当输入数据为全1时，输出电流最

6、大；当输入数据为全0时，输出电流为0。IOUT2：模拟电流输出端2，有以下关系： IOUT1+IOUT2=常量常量RFB：内部反馈电阻引出端，外部的运算放大器的输出端可直接接到该端上。VREF：外接参考电压, 电压范围: -10V +10V。VCC：芯片工作电压， 电压范围： +5V +15V。AGND：模拟信号地。DGND：数字信号地。2) 工作方式工作方式 双缓冲方式：双缓冲方式：v接线方法：接线方法：ILE 固定接+5V；CPU的IOW信号复连到WR1和WR2端；用CS作为输入缓冲器的“片选”信号；XFER作为DAC寄存器的“片选”信号，它们分别接到两个I/O口地址译码输出。v数据写入时

7、要分两次进行：数据写入时要分两次进行：第一次输入待转换的数字量；第二次写操作只是一次“虚拟写操作”，写的内容无关紧要，目的是启动DAC寄存器的锁存功能。双缓冲方式的优点是在D/A转换的同时，可接收下一个待转换的数据。单缓冲方式单缓冲方式v接线方法：接线方法：WR2, XFER接地(数字信号地)，使DAC寄存器处于直通状态；ILE接+5V；WR1接CPU的IOW;CS接I/O口地址译码器。v数据写入只需一次，写入后即开始D/A转换。直通方式直通方式 当ILE接+5V, CS, WR1, WR2, XREF 接地(数字信号地), 则DAC0832处于直通方式。此时数据输入不使用缓冲寄存器，在输入端

8、DI7DI0一旦出现数据就立即开始D/A转换。12.2 A/D(数数/模模)转换转换1) 计数式计数式A/D转换原理转换原理启动信号将计数器清0，产生的8位数字量经内部的D/A转换输出0伏电压；该电压被送到比较器与输入的模拟电压进行比较；1. A/D转换原理转换原理当比较结果小于输入的模拟电压时，比较器输出高电平，启动计数器开始计数；计数器在CLK的驱动下加1计数，使得D/A转换后的电压不断上升；当D/A转换的电压等于输入的模拟电压时，比较器输出为0，使计数器停止计数。此时，数据线D7D0上的数字量就是A/D转换的结果。2)逐次逼近式逐次逼近式A/D转换原理转换原理当转换器收到启动信号后，逐次

9、逼近寄存器被清“0”，通过内部D/A转换器使输出电压V0为0，转换开始；在第一个 CLK周期控制电路使逐次逼近寄存器的D7位为1(即1000, 0000)。这组数字经内部D/A转换后，输出电压V0;V0与输入模拟电压Vi比较：若Vi V0, 比较器输出为“高”，通过控制电路将D7置“1” 保留；若Vi V0, 比较器输出为“高”，通过控制电路将D6位“1”保留；若Vi V0, 比较器输出为“低”，通过控制电路将D6位清0；重复上述过程，直到D0位试探完毕，转换结束，逐次寄存器中的数值经缓冲器输出。2.ADC 0809简介简介 ADC 0809是逐次逼近式的模/数转换芯片。 ADC 0809可完

10、成8路模拟量数字量的转换。 转换后的数字量通过三态缓冲器输出，可以和微处理器的数据线直接相连。 一次模拟量的转换时间约为100s。ADC 0809的的内部结构和外部引脚内部结构和外部引脚CLK：时钟输入信号，最大640kHz。IN7IN0：8路模拟量输入。ADDC, ADDB, ADDA：模拟通道选择信号。ADDC, ADDB, ADDA=000 选择 IN0;ADDC, ADDB, ADDA=001 选择 IN1; ADDC, ADDB, ADDA=111 选择 IN7; ALE：地址锁存允许信号，ALE有效时锁存ADDCADDA的通道选择信号。 START：A/D转换启动信号，高电平时使内部的逐次逼近寄存器清0，有高低时开始转换。START常与ALE短接，以便同时锁存通道选择信号，并开始A/D转换。ST