数字电路adda课件

1、数字电路adda第十章 模数和数模转换第一节第一节 D/A转换器转换器第二节第二节 A/D 转换器转换器数字电路adda概述概述 计算机系统是一个数字系统、离散系统，而我们生活的外计算机系统是一个数字系统、离散系统，而我们生活的外部世界是一个模拟系统。为使计算机系统能够了解外部世界，部世界是一个模拟系统。为使计算机系统能够了解外部世界，对外部事物进行处理，就必须有一个将模拟量转换为数字量，对外部事物进行处理，就必须有一个将模拟量转换为数字量，将数字量转换为模拟量的接口，这就是常说的将数字量转换为模拟量的接口，这就是常说的 A/DA/D和和 D/AD/A。 虽然模拟量是无限可分的、连续的，数字量

2、是离散的，虽然模拟量是无限可分的、连续的，数字量是离散的，数数字量永远也不能精确地描述模拟量字量永远也不能精确地描述模拟量，但由于我们对客观世界的，但由于我们对客观世界的了解、描述并不总需要极高的精度，所以了解、描述并不总需要极高的精度，所以选择适当精度的数字选择适当精度的数字量来描述模拟量是完全够用的量来描述模拟量是完全够用的。 ADCADC和和DACDAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。两者之间的接口。数字电路adda 能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称称A/DA

3、/D转换器或转换器或ADC(ADC(Analog-to-Digital Converter)； 能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称称D/AD/A转换器或转换器或DAC(DAC(Digital-to-Analog Converter)。 多路开关数字控制计算机DACADC功率放大功率放大执行机构执行机构加热炉加热炉温度传感器温度传感器信号放大信号放大多路开关 本章将简单介绍本章将简单介绍D/AD/A转换器和转换器和A/DA/D转换器的几种主要形式。转换器的几种主要形式。温控系统中温控系统中D/AD/A和和A/DA/D运用示意图运用示意图

4、数字电路adda1 D/A转换器(DAC)一、一、D/AD/A转换器的基本原理和转换特性转换器的基本原理和转换特性 将输入的将输入的每一位每一位二进制代码二进制代码按其权的大小按其权的大小转换成相转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。到模拟量的转换。uo或 io输出D/Ad0d1dn1输入)2222(00112211oddddKunnnnu数字电路adda76543210000 001 010 011 100 101 110

5、111uo(V)D即：输出模拟电压即：输出模拟电压 u uo o= =K Ku uD ;KD ;Ku u电压转换比例系数电压转换比例系数. . 输出模拟电流输出模拟电流 i io o= =K Ki iD D ; ;K Ki i电流转换比例系数，电流转换比例系数， （D D : :输入二进制数所代表的十进制数。）输入二进制数所代表的十进制数。） 如果输入为如果输入为n n位二进制数位二进制数d dn n-1-1d dn n-2-2d d1 1d d0 0，则输出模拟电压为：，则输出模拟电压为：)2222(00112211oddddKunnnnu转换特性转换特性: :指输出模拟量和输入数字量之间的

6、转换关系。指输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。理想的理想的D/AD/A转换特性，应是输出模拟量与输入数字量成正比。转换特性，应是输出模拟量与输入数字量成正比。输入为输入为3 3位二进制数位二进制数时的时的D/AD/A转换特性。转换特性。数字电路adda给定数字量的给定数字量的D/AD/A转换过程：转换过程：按权展开，求相应位的模拟量；按权展开，求相应位的模拟量；相加求和，求总的模拟量；相加求和，求总的模拟量；电阻网络：实现按权展开；电阻网络：实现按权展开；电子开关电子开关: : 给定数字量；给定数字量；求和电路求和电路: : 完成模拟量相加。完成模拟量相加。DACDAC的一般构成：的一般构

7、成：存在多种网存在多种网络形式。络形式。由晶体管或由晶体管或MOS管组成。管组成。由运放组成由运放组成 。数字电路adda常见常见DACDAC转换方法转换方法二进制权电阻网络二进制权电阻网络DACT型电阻网络型电阻网络DAC倒倒T型电阻网络型电阻网络DAC二进制权电流二进制权电流DAC数字电路addaR2R4R8RRFI1I0I2I3IREFiFiS3S0S1S2d0d3d2d1+VREFuo+RVIRVIRVIRVIREFREFREFREF3210248 二、二进制权电阻网络二、二进制权电阻网络DACDAC参参考考电电压压电子开关：电子开关：d d11接接“-”;d=0 -”;d=0 接接“

8、+”+”不论不论d d接哪端（虚地或实地），各支路电流不变。接哪端（虚地或实地），各支路电流不变。求和求和电路电路电路电路数字电路addaR2R4R8RRFI1I0I2I3IREFiFiS3S0S1S2d0d3d2d1+VREFuo+BREFREFREFREFREFREFNRVddddRVdRVdRVdRVdRVdIdIdIdIi30011223333210332211002)2222(2248 BREFFFFNVRRiRu3o2 设RF=R/2 转换原理转换原理输出输出BREFNVu4o2 RF=R/2001122332222 ddddNB给定数字量给定数字量数字电路adda R R R 2

9、R 2R 2R 2R 2R RF I S0 S3 S2 S1 d3 d0 d1 d2 +VR uo + B C D A P 2R 三、三、T T型电阻网络型电阻网络DACDAC电路电路电子开关：电子开关：d d11接接“V VR R”;d=0 ”;d=0 接接“地地”数字电路adda 2R 2R R +VA B 2R 2R 2R +VR A 转换原理转换原理 R R R 2R 2R 2R 2R 2R RF I S0 S3 S2 S1 d3 d0 d1 d2 +VR uo + B C D A P 2R V VR R通过通过S S0 0到到D D点点 的电压值的电压值等效电路：等效电路：32RRA

10、VVRRRVS S0 0接接V VR RS S1 1 S S2 2 S S3 3接地接地3212RAABVVVRRRV3412RBCVVV3812RCDVVV同理：同理：数字电路adda所以，所以，当当d d3 3d d2 2d d1 1d d0 000010001时时381RDVV R R R 2R 2R 2R 2R 2R RF I S0 S3 S2 S1 d3 d0 d1 d2 +VR uo + B C D A P 2R 同理，同理，当当d d3 3d d2 2d d1 1d d0 000100010时时341RDVV当当d d3 3d d2 2d d1 1d d0 001000100时时

11、321RDVV当当d d3 3d d2 2d d1 1d d0 010001000时时3RDVV d d3 3d d2 2d d1 1d d0 0为任意值时为任意值时 D D点的电压值：点的电压值：BRRRRRRDNVddddVdVdVdVdVV32)2222(32383432330011223330123 输出：输出：BRfDfONVRRVRRV32223BRONVV42取取R Rf f3R:3R:数字电路adda R R R 2R 2R 2R 2R 2R RF I S0 S3 S2 S1 d3 d0 d1 d2 +VR uo + B C D A P 2R 开关在电阻网络和开关在电阻网络和

12、VR之间。之间。当当Si由地由地 VR时，需建立时，需建立 起相应的起相应的VD ，影响工作速度。，影响工作速度。 各开关动作时间不同，输出可能产生尖脉冲。各开关动作时间不同，输出可能产生尖脉冲。 如：如：1000 0111的转换：的转换： 可能为可能为1000 00000100 0110 0111产生尖脉冲产生尖脉冲特点特点t tUoUo1000100000000000010001000110011001110111数字电路adda R R R 2R 2R 2R 2R 2R I1 I1 I2 I3 I0 I0 I2 I I d0 d3 d2 d1 VR B C D A RF uo + S3

13、S0 S1 S2 I3 P P 电路电路注注：1、电子开关置于电阻网络和运放之间。电子开关置于电阻网络和运放之间。 d di i1 1电流入电流入P P点（虚地），点（虚地）， d di i0 0电流入地（实地）。电流入地（实地）。 2 2、无论开关在左（实地）还是在右（虚地），、无论开关在左（实地）还是在右（虚地）， 电流不变，故无需电流建立时间。电流不变，故无需电流建立时间。四、倒四、倒T T型电阻网络型电阻网络DACDAC数字电路adda 转换原理转换原理 R R R 2R 2R 2R 2R 2R I1 I1 I2 I3 I0 I0 I2 I I d0 d3 d2 d1 VR B C D

14、 A RF uo + S3 S0 S1 S2 I3 P P 节点节点A、B、C、D以左，等效电阻为以左，等效电阻为2R。 总等效电阻为总等效电阻为R。总电流总电流RVIR数字电路adda 转换原理（续）转换原理（续） R R R 2R 2R 2R 2R 2R I1 I1 I2 I3 I0 I0 I2 I I d0 d3 d2 d1 VR B C D A RF uo + S3 S0 S1 S2 I3 P P RVIIR223每过一个节点，电流被分流每过一个节点，电流被分流1/2。RVIIR4232RVIIR8221RVIIR16210数字电路adda 转换原理（续）转换原理（续） R R R 2

15、R 2R 2R 2R 2R I1 I1 I2 I3 I0 I0 I2 I I d0 d3 d2 d1 VR B C D A RF uo + S3 S0 S1 S2 I3 P P RVIIR223RVIIR4232RVIIR8221RVIIR16210流入流入P点总电流点总电流）（001122332222161ddddRVIR输出电压输出电压）（001122334222221ddddFRFORRVRIVRRF取取BRRONVVV4001122334222222）（dddd数字电路adda常见常见DAC输出公式归纳输出公式归纳权电阻网络权电阻网络T T型电阻网络型电阻网络倒倒T T型电阻网络型电阻

16、网络BRONVV42BRONVV42取取R Rf f3R 3R BFRFONRRVRIV421取取R Rf fR R 001122111022222dddd nnnnniiiBdNBnRONVV2取取R RF F=R/2=R/2BRNVV4O2 BRfDfONVRRVRRV32223BRFFFNRVRiRV3O2 数字电路adda例例1： 设在设在T T型电阻网络中，输入二进制的位数型电阻网络中，输入二进制的位数n n6 6，参考电压，参考电压V VR R=10V=10V，当输入，当输入X X110101110101时，求：时，求： 1 1、R RF F2R2R时，时，V VO O？ 2 2、

17、R RF F3R3R时，时，V VO O？ 解：解：BnRfONVRRV231 1。V 52. 51925320)21212121 (2103202456RRVO2 2。V 28. 864531053210336RRVO数字电路adda例例2： 设在设在T T型电阻网络中，参考电压型电阻网络中，参考电压V VR R=6V=6V，R RF F3R3R，求，求: : 1. d3 1. d3d0d000010001时，时，V VO O？ 2. d32. d3d0d011111111时，时，V VO O？ 解：解：BnRfONVRRV231 1。V 625. 516156)21212121 (2601

18、234maxOOVV2 2。叫叫DACDAC的满刻度输出电压值，位数越多，的满刻度输出电压值，位数越多，V Vomaxomax越接近越接近V VR R。V 375. 0166)21 (2604minOOVV叫叫DACDAC的最小输出电压值，位数越多，的最小输出电压值，位数越多，V Vominomin越接近越接近0 0。数字电路adda五、五、DACDAC常见输出形式常见输出形式1.1.单极性输出方式单极性输出方式输出从输出从0 0正满度变化正满度变化(V(VR R0)0)0)单极性反相电压输出单极性反相电压输出DAC-+I Id d0 0d d1 1d dn-1n-1V VO OR RF FB

19、RFONVRIVn2DAC+-I Id d0 0d d1 1d dn-1n-1V VO OR RF FR R1 1R RV V+ +V V- -)1 (1FORRRIV11:RRRVRIVVFO 单极性同相电压输出单极性同相电压输出D/AD/A电路形式电路形式数字电路adda说明说明:单极性输出单极性输出DAC,DAC,输入数字量一般采用自然二进制数输入数字量一般采用自然二进制数. .如如:n=8:n=8时时, ,数字量输入与模拟量输出之间的关系如下表数字量输入与模拟量输出之间的关系如下表: : 00000000 00000000 622555RV模拟量模拟量621295RV621285RV6

20、215RV6205RV数字量数字量BnRONVV2102niiiBdN 为为时时为为时时ORORVVVV,;,数字电路adda2.2.双极性输出方式双极性输出方式说明说明: :输出电压范围从负满度值正满度值变化输出电压范围从负满度值正满度值变化.(.(如如-5V-5V+5V)+5V)对应输入是带有符号位的数字代码对应输入是带有符号位的数字代码,用用1位数字作符号位位数字作符号位.在双极性转换中在双极性转换中,常用的编码有常用的编码有: 符号符号数值码（符号位数值码）数值码（符号位数值码） 偏移二进制码偏移二进制码 2的补码的补码 BCD码码数字电路adda偏移二进制码输入时，输入与输出的关系偏

21、移二进制码输入时，输入与输出的关系 00000000 00000000 622555RV单极性输出单极性输出621295RV621285RV6215RV6205RV数字量数字量621275RV双极性输出双极性输出128127RV1281RV01280RV1281RV128127RV128128RV数字电路adda有表可知：有表可知： 00000000 00000000 622555RV单极性输出单极性输出621295RV621285RV6215RV6205RV数字量数字量621275RV双极性输出双极性输出128127RV1281RV01280RV1281RV128127RV128128RV同

22、样的二进制码输入，同样的二进制码输入， 偏移双极性输出平移半程，偏移双极性输出平移半程， 即输入即输入80H对应输出为对应输出为0。d7为符号位，为符号位，7位有效数位有效数 值位，输出正负各半。值位，输出正负各半。偏移码输入与输出的关系：偏移码输入与输出的关系：RnBOVNV) 12(1双双)2()22() 122(RORRnBRnBOVVVVNVNV单单双双数字电路adda偏移二进制码输入的偏移二进制码输入的DAC电路电路)2() 122(RORnBOVVVNV单单双双DAC-+I Id d0 0d d1 1d dn-1n-1V VO1O1R RF1F1V VO O-+R R2 2R R1

23、 1R RF2F2V VR R10K10K20K20K20K20KA1A1A2A2 A1 A1完成单极性输出，完成单极性输出，BnRONVV21 A2 A2完成构成加法电路，完成双极性输出。完成构成加法电路，完成双极性输出。数字电路adda 一般集成一般集成D/AD/A转换器将电子开关、电阻网络集成在一块转换器将电子开关、电阻网络集成在一块硅片上硅片上，外接基准电压外接基准电压V VR R、求和运算放大器。、求和运算放大器。位数：位数：8 8位、位、1010位、位、1212位、位、1414位。位。TTLTTL工艺：工艺：AD1408AD1408、DAC100DAC100等。等。CMOSCMOS

24、工艺：工艺：AD7532AD7532、AD7541AD7541、DAC0808DAC0808、DAC0832DAC0832、5G75205G7520等。等。输入：并行（传统芯片，如上述所有型号）输入：并行（传统芯片，如上述所有型号） 串行（近几年开发的芯片，如串行（近几年开发的芯片，如MAX518MAX518等）等）六、六、 集成集成D/AD/A转换器及其应用转换器及其应用数字电路addaDAC0832DAC0832说明说明 8 8位位DADA转换器转换器 COMS COMS工艺工艺 倒倒T T型电阻网络型电阻网络 内部有内部有2 2个数据寄存器个数据寄存器 直通、单缓冲、双缓冲直通、单缓冲、

25、双缓冲三种工作方式三种工作方式结构结构特点特点数字电路addaD0D0D7D7：输入：输入8 8位数字量，位数字量，D7D7最高位（最高位（MSBMSB），），D0D0最低位（最低位（LSBLSB）Io1Io1、Io2Io2：模拟电流输出端，：模拟电流输出端，Io1+Io2=Io1+Io2=常数常数V VR R/R/R 输入全输入全1 1时，时，Io1Io1最大，最大，Io2Io2最小；反之则反。最小；反之则反。 Io1Io1相当于倒相当于倒T T形形DADA转换中的转换中的I I。R RFBFB：运放用反馈电阻引出端。：运放用反馈电阻引出端。R RF FR R，使得，使得BRONVV82引脚

26、说明引脚说明V VR R：基准电压，：基准电压， V VR R10V10V10V 10V V VCC CC ：电源电压：电源电压 5V5V15V15V数字电路adda引脚说明（续引脚说明（续1）DGNDDGND：数字信号接地端。：数字信号接地端。AGNDAGND：模拟信号接地端。：模拟信号接地端。CS：片选信号，低有效。：片选信号，低有效。ILE：输入锁存使能，：输入锁存使能， 高有效。高有效。1WR：写信号：写信号1 1，低有效。，低有效。111WRCSILEWRCSILELE01LE：数据锁存。寄存器输出不随输入变化。：数据锁存。寄存器输出不随输入变化。11LE：数据直通。寄存器输出随输入

27、变化。：数据直通。寄存器输出随输入变化。数字电路adda引脚说明（续引脚说明（续2）2WR：写信号：写信号2 2，低有效。，低有效。XFER：DACDAC转换控制端，转换控制端， 低有效。低有效。XFERWRXFERWRLE22202 LE：数据锁存。寄存器输出不随输入变化。：数据锁存。寄存器输出不随输入变化。12 LE：数据直通。转换数据随输入变化。：数据直通。转换数据随输入变化。数字电路adda波形图（设波形图（设ILE ILE 1 1）该时刻输入该时刻输入数据被锁存数据被锁存该时刻该时刻转换数转换数据据被锁存被锁存11LE12 LE11WRCSILELEXFERWRLE22时数据锁存02

28、LE, 01LE数字电路adda工作方式工作方式直通工作方式：数据不作任何锁存；直通工作方式：数据不作任何锁存；单缓冲工作方式：数据被一个寄存器锁存；单缓冲工作方式：数据被一个寄存器锁存；双缓冲工作方式：两个寄存器都对数据进行锁存。双缓冲工作方式：两个寄存器都对数据进行锁存。直通工作方式直通工作方式111WRCSILELE122XFERWRLE数字电路adda工作方式（续）工作方式（续）单缓冲工作方式单缓冲工作方式可可控控:1LE12 LE双缓冲工作方式双缓冲工作方式可可控控:1LE可可控控:2LE数字电路adda调零和调满度调零和调满度调零：输入调零：输入D0D7为全零，调为全零，调RE使使

29、Vo0调满度：输入调满度：输入D0D7为全为全1，调，调RF使使Vo最大最大重复重复步骤，直到都满足为止。步骤，直到都满足为止。步骤：步骤：调零调零调满度调满度数字电路adda七、七、D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标分辨率分辨率最最大大输输出出电电压压最最小小输输出出电电压压分分辨辨率率 1010231102112110的的分分辨辨率率位位如如 DAC 分辨率取决于分辨率取决于DACDAC的位数，故常用输入二进制数码的的位数，故常用输入二进制数码的位数位数n n来表示分辨率：来表示分辨率：n21 分分辨辨率率数字电路adda绝对误差绝对误差RV2561LSB DAC81：位位如如

30、绝对误差理论满度值实际满度值绝对误差理论满度值实际满度值 1/2LSBRV512LSB211线性度线性度在满度范围内，偏离理想转换特性的最大值与满度输出值之在满度范围内，偏离理想转换特性的最大值与满度输出值之 比，称为非线性误差。常用非线性误差的大小表征线性度。比，称为非线性误差。常用非线性误差的大小表征线性度。 相邻数码对应的输出模拟量之差的理想值为：相邻数码对应的输出模拟量之差的理想值为：2n 。Vomaxmax线线性性度度 Vo2Vo2Vo1Vo1 maxmax ，理理实实，理理实实数字电路adda建立时间建立时间ts （转换速度）（转换速度） 转换器输入变化为满度值时（转换器输入变化为

31、满度值时（全全00全全1 1，或全，或全11全全0 0 ），），输出模拟量达到稳定所需要的时间。输出模拟量达到稳定所需要的时间。 不含运放的不含运放的DACDAC的建立时间，一般小于的建立时间，一般小于0.1S0.1S。 含运放的集成含运放的集成DACDAC的建立时间，一般小于的建立时间，一般小于1.5S1.5S。其它指标其它指标电源电压、输出方式（电流、电压）、输出范围等等。电源电压、输出方式（电流、电压）、输出范围等等。选择选择DACDAC需考虑的需考虑的次要指标：输出方式、输出范围（次要指标：输出方式、输出范围（V VR R取值）。取值）。主要指标：分辨率、转换速度。主要指标：分辨率、转

32、换速度。其它指标集成其它指标集成DACDAC一般都能满足。一般都能满足。数字电路addaDAC转换小结：转换小结：1.1.转换过程转换过程: : 按权展开、相加求和。按权展开、相加求和。2.2.一般构成：电阻网络、电子开关、求和电路一般构成：电阻网络、电子开关、求和电路。3.3.常用转换原理：权电阻、常用转换原理：权电阻、T T型、倒型、倒T T型、权电流。型、权电流。4.DAC4.DAC常见输出形式：常见输出形式：BRFONVRIVn2 单单单极性反相电压输出（自然二进制码）单极性反相电压输出（自然二进制码）双极性电压输出（偏移二进制码）双极性电压输出（偏移二进制码）)2() 12(1ROR

33、nBOVVVNV 单单双双5.5.集成集成DAC(DAC0832):8DAC(DAC0832):8位，倒位，倒T T型，双缓冲，电流输出。型，双缓冲，电流输出。6.6.主要技术指标：分辨率、转换速度、绝对误差、线性度。主要技术指标：分辨率、转换速度、绝对误差、线性度。数字电路adda2 A/D 转换器(ADC)A/D A/D 转换器转换器(ADC)(ADC)是将输入模拟信号转换成数字信号的装置。是将输入模拟信号转换成数字信号的装置。按工作原理分类按工作原理分类并行比较型并行比较型逐次逼近型逐次逼近型双积分型双积分型V/FV/F转换型转换型按转换方式分类按转换方式分类直接转换直接转换逐次逼近型逐

34、次逼近型双积分型双积分型V/FV/F转换型转换型间接转换间接转换并行比较型并行比较型数字电路adda一、转换原理一、转换原理 模拟信号（模拟信号（A A）转换成数字信号（）转换成数字信号（D D）需要时间，所以转）需要时间，所以转换时间上是离散的；另一方面，模拟信号辐值连续，数字信换时间上是离散的；另一方面，模拟信号辐值连续，数字信号辐值离散。所以号辐值离散。所以ADAD转换需要做的是对模拟信号进行辐值离转换需要做的是对模拟信号进行辐值离散和时间离散。散和时间离散。 dn-1d1d0数字量输出(n位)ADC的数字化编码电路 CPS SCADC采样-保持电路采样展宽信号输入模拟电压ui(t)us

35、(t)时间离散时间离散采样定理采样定理辐值离散辐值离散量化编码量化编码数字电路adda采样电路采样电路要求要求在采样时间内，信号维持不变，以提供足够的转换时间。在采样时间内，信号维持不变，以提供足够的转换时间。采样后保持原信号特征。采样后保持原信号特征。采样定理采样定理max2iSff 采样频率大于采样频率大于2倍输入倍输入信号频率的最大值。信号频率的最大值。数字电路adda采样保持电路采样保持电路 VL R1 + Vi Vo C V A VC Vo , Vi Vo Vi 0 (a) 电路图 (b) 波形图 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t Rf

36、VL采样脉冲信号 VL=1时：时：V导通，导通，VoVcViV采样开关，采样开关，R1RfVL=0时：时：V截止，截止，Vc（Vo）在短时内保持不变。）在短时内保持不变。 集成芯片集成芯片LF198：采样保持放大器，原理如上，：采样保持放大器，原理如上，前端有隔离放大器。前端有隔离放大器。Vc数字电路adda 量化编码量化编码 为了产生量化编码，在设计（或选择）为了产生量化编码，在设计（或选择）AD器件时，首先应器件时，首先应确定最小量化单位，即单位数字量所代表的模拟量。确定最小量化单位，即单位数字量所代表的模拟量。 如量化单位用如量化单位用表示，量化过程为：把要转换的模拟量除表示，量化过程为

37、：把要转换的模拟量除，得：得：整数部分，用二进制表示，即得转换数字量。整数部分，用二进制表示，即得转换数字量。余数部分，即量化误差。余数部分，即量化误差。 误差处理：四舍五入误差处理：四舍五入误差小。误差小。 只舍不入只舍不入误差大。误差大。量化单位越小量化单位越小转换位数越多转换位数越多量化误差越小。量化误差越小。数字电路adda二、逐次逼近型二、逐次逼近型ADCADC转换方法转换方法 根据设定的转换位数，从大到小依次给出各数位的权值数字根据设定的转换位数，从大到小依次给出各数位的权值数字量量（如如4 4位位ADAD，权值数字量分别为，权值数字量分别为10001000，01000100，00

38、100010，00010001），进行进行DA转换，分别得到不同的转换，分别得到不同的Vo，使，使Vo与与Vi进行比较，比较结进行比较，比较结果决定各数值位的取舍，直至果决定各数值位的取舍，直至Vo最逼近最逼近Vi为止，从而得到最终为止，从而得到最终的转换结果。的转换结果。 转换过程类似于天平秤重的过程转换过程类似于天平秤重的过程设有设有8g8g、4g4g、2g2g、1g1g四种砝码，被秤重物为四种砝码，被秤重物为13g13g。砝码重量砝码重量比较判别比较判别保留或除去该砝码保留或除去该砝码次数次数1 8g 8g13g 1 8g 8g13g 保留保留2 8g+4g 12g13g 2 8g+4g

39、 12g13g 3 8g+4g+2g 14g13g 去除去除4 8g+4g+1g 13g=13g 4 8g+4g+1g 13g=13g 保留保留数字电路adda原理框图原理框图DADA转换器转换器输出寄存器输出寄存器移位数码寄存器移位数码寄存器控制电路控制电路CPCP脉冲脉冲比较器比较器VoVi产生数字砝码产生数字砝码A/D过程中：控制数字过程中：控制数字砝码的取舍。砝码的取舍。A/D结束后：存放转换结束后：存放转换结果。结果。数字电路adda 电路电路移位寄存器移位寄存器:G=1:G=1置数置数,EDBCA=11110; ,EDBCA=11110; 有有CPCP左移左移,DL=1,DL=1。

40、寄存器寄存器F0F0F4:DF4:D触发器触发器,D,D为比较结果为比较结果,ViVo,ViVo时时 D=1; D=1; 使用了异步清使用了异步清0 0和置和置1 1端。端。此外还有：此外还有：DACDAC电路、比较器、控制电路（电路、比较器、控制电路（G1G1、G2G2、F5F5）等。）等。数字电路adda原理原理指令指令 0 00 00 00 01 11 1 1 1 1 1 0 01 11 1G1=0G1=0 /Rd=0 /Rd=0Q Q3 3Q Q2 2Q Q1 1Q Q0 0 =0000=0000G G移移=1=1 移存置数移存置数,Q,QE EA A=11110 =11110 Q Q

41、A A=0 =0 /Sd4/Sd40 0Q4Q41 1数字量数字量B4B3B2B1=1000B4B3B2B1=1000经经DACDAC得得Vo=8V,VoVi Vo=8V,VoVi Vo=1Vo=1设设Vi=13.5V量化单位量化单位=1V数字电路adda原理原理(续续1)指令指令 0 00 00 00 01 11 1 1 1 1 1 0 01 11 1G1=1G1=1 CP5 CP5Q Q5 5 =1 =1 G2G2开门开门,CP,CP可进入移位寄存器可进入移位寄存器G G移移=0=0 置数结束。置数结束。 为移位做好准备。为移位做好准备。数字电路adda原理原理(续续2)CP1 1 10

42、00 00 01 11 1 1 1 0 0 1 11 11 1左移左移1 1位位 Q QE EA A=11101=11101， Q QB B=0 =0 /Sd3/Sd30 0Q3Q31 1 CP4 CP4 （Vo=1Vo=1） Q4Q41 1数字量数字量B4B3B2B1=1100B4B3B2B1=1100经经DACDAC得得Vo=12V,VoVi Vo=12V,VoVi Vo=14V,VoVi Vo=0Vo=0数字电路adda原理原理(续续4) CP3 1 10 01 10 01 01 0 1 1 1 1 1 11 11 1再左移再左移1 1位位 Q QE EA A=10111=10111，

43、Q QD D=0 =0 /Sd1/Sd10 0Q1Q11 1 CP2 CP2 （Vo=0Vo=0） Q3Q30 0数字量数字量B4B3B2B1=1101B4B3B2B1=1101经经DACDAC得得Vo=13V,VoVi Vo=13V,Vo0) uo dn-1 d0 + + TCP CO= Qn A C 数字电路adda 逻辑 控制门 触发器 n 位二进制计数器 & 输入模拟电压 基准电压 积分器 比较器 控制门 G n 位二进制数字输出 ui VR S1 S2 R C CP CO =1(uo0) =0(uo0) uo dn-1 d0 + + TCP CO= Qn A C 原理电路原理

44、电路(续续)比较器：比较器：过过0 0比较，比较， UoUo 0 0时时Co=0,Co=0,封锁封锁G,G,使使CPCP不起作用。不起作用。 UoUo 0 0) uo dn-1 d0 + + TCP CO= Qn A C 数字电路adda定值积分定值积分 ( (对对- -V VR R ) ) IcpRCPoVTVun2 )(1 210RRCPtRPoVTVdtVVu cpNTT 2 01I2RcpRCcpRCoVNTVTun 时时，当当 2IVVNRn 逻辑 控制门 触发器 n 位二进制计数器 & 输入模拟电压 基准电压 积分器 比较器 控制门 G n 位二进制数字输出 ui VR S

45、1 S2 R C CP CO =1(uo0) =0(uo0) uo dn-1 d0 + + TCP CO= Qn A C 数字电路adda 2IVVNRn 所计的脉冲数所计的脉冲数N N与与V Vi i在在T T1 1内内的平均值的平均值V VI I成正比，成正比，N N即代表即代表了了V VI I的数字形式，完成了的数字形式，完成了ADAD转转换。换。QnQnt tt tt tt tt tV VS1S1V Vi iV VREFREFV Vo oV VC CV VG GT T1 1T T2 22 2n nN NV Vi iT T2 2NN数字电路adda双积分型双积分型ADCADC的特点：的特

46、点：抗干扰能力强。抗干扰能力强。( (与与ViVi平均值成正比平均值成正比) )精度高。精度高。( (两次积分用同一个积分器，积分器本身两次积分用同一个积分器，积分器本身 的误差能抵消。的误差能抵消。) )速度较慢。速度较慢。一般用于工业现场仪表。一般用于工业现场仪表。数字电路adda四、集成四、集成A/DA/D转换器转换器 ADC0809 8 8位逐次逼近型位逐次逼近型A/DA/D转换器转换器, ,内部有内部有8 8通道多路开关、通道多路开关、地址译码、电压比较器、地址译码、电压比较器、8 8位位DADA转换器、控制及时序电转换器、控制及时序电路等。路等。 工作过程：工作过程：由地址（由地址（CBACBA）选择输入（）选择输入（IN0IN0IN7IN7），），ALEALE进行地址锁存；进行地址锁存；STARTSTART启启ADAD转换；转换开始转换；转换开始EOCEOC0 0；转换结束转换结束EOCEOC1 1，向外发出结束信号；，向外发出结束信号； 使使OEOE1 1，读取转换结果。，读取转换结果。数字电路adda控制与时序控制与时序逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器模拟开关模拟开关256256电阻阶梯电阻阶梯数据数据锁存锁存和三和三态输态输出缓出缓冲器冲器8 8路路模拟模拟开关开关地址地址锁存锁存与与译译码