电工电子技术第十八章

1、18.1.1 D/A18.1.1 D/A转换器的基本原理及分类转换器的基本原理及分类18.1.2 D/A18.1.2 D/A转换器主要指标转换器主要指标18.1.3 18.1.3 集成集成D/AD/A转换器转换器18.1.1 D/A18.1.1 D/A转换器的基本原理及分类转换器的基本原理及分类功能：把功能：把数字量数字量转换成与其成一定比例关系的转换成与其成一定比例关系的模拟量模拟量要求：输出的要求：输出的模拟量模拟量与输入的与输入的数字量数字量成成正比正比。即：即：RDUU 0：数字量：数字量D：参考电压：参考电压RU)222(002211 dddDnnnn输入、输出输入、输出关系框图关系

2、框图如下：如下：d0d1dn-1uO或或iOn 位位二进制二进制D / AD / A转换思路：转换思路：( (1101) )2023212121 13148 RRR2R2R2R2RUREFS0S1S2d0d0d1d2d1d2+ T T型网络型网络D/AD/A转换器转换器, ,基本原理如图示：基本原理如图示：电子电子开关开关电阻网络电阻网络求和运放求和运放II / 2I / 4I / 8I/2uO当当 d d2 2d d1 1d d0 0 = 100,= 100,I I = = U UREF REF / / R RRIu2O RRU2REF 23REF212 U以输入以输入3 3位二进制数为例：

3、位二进制数为例：当当 d d2 2d d1 1d d0 0 = 110,= 110,II / 2I / 4I / 8RIIu)42(O )2121(2123REF URRURU)42(REFREF RRR2R2R2R2RUREFuO+ 当当 d d2 2d d1 1d d0 0 = 111,= 111,RIIIu)842(O )212121(20123REF URRURURU)842(REFREFREF 表达的一般形式表达的一般形式)222(20011223REFO dddUuII / 2I / 4I / 8RRR2R2R2R2RUREFuO+ 18.1.2 D/A18.1.2 D/A转换器主

4、要指标转换器主要指标(1)(1)分辨率分辨率 用输入的二进制数码的位数用输入的二进制数码的位数n n来表示。位数来表示。位数 越多，分辨率就越高。越多，分辨率就越高。 ULSBUFSR=12n1分辨率分辨率 =(2)(2)线性度线性度 用非线性误差的大小来表示。用非线性误差的大小来表示。 (3)(3)转换精度转换精度 以最大静态转换误差的形式给出，这个以最大静态转换误差的形式给出，这个误差包含非线性误差、比例系数误差、漂移误差等。误差包含非线性误差、比例系数误差、漂移误差等。(4)(4)输出电平输出电平 一般为一般为5V5V至至10V10V，高压输出型的可达，高压输出型的可达24V24V至至3

5、0V30V；输出电流型的，低的为几到几十毫安，高的达；输出电流型的，低的为几到几十毫安，高的达3A3A(5)(5)输入数字电平输入数字电平 输入数字信号分别为输入数字信号分别为1和和0时，所对应时，所对应的输入高低电平的值的输入高低电平的值18.1.3 18.1.3 集成集成D/AD/A转换器转换器内部基本结构框图如下：内部基本结构框图如下：D/AD/A转换器转换器模拟量模拟量输出输出电子开关电路电子开关电路数字数字量输入量输入寄寄存器存器电路电路逻辑控逻辑控制电路制电路基准基准电压电压 求和求和放大器放大器R根据转换精度的不同，有根据转换精度的不同，有8 8位到位到1616位的位的D/AD/

6、A转换器。转换器。08300830系列是系列是8 8位分辨率位分辨率的集成的集成D/AD/A转换电路，采用转换电路，采用2020脚脚双列直插封装。主要双列直插封装。主要特性参数特性参数如下：如下：（1 1）分辨率）分辨率8 8位位（2 2）电流稳定时间）电流稳定时间1us1us（3 3）可）可单单缓冲、缓冲、双双缓冲或缓冲或直接数字直接数字输入输入（4 4）只需在）只需在满量程满量程下调整线性度下调整线性度（5 5）单单电源供电电源供电 (+5V-15V)(+5V-15V)（6 6）低低功耗功耗 (200mW)(200mW)主要特点：主要特点：（1 1）有两极锁存控制功能，能够实现多通道）有两

7、极锁存控制功能，能够实现多通道D/AD/A的的同步输出。同步输出。（2）内部无基准电源，使用时必须外接基准电压源。）内部无基准电源，使用时必须外接基准电压源。（3 3）对于电流输出型，要获得模拟电压输出，需要）对于电流输出型，要获得模拟电压输出，需要外接转换电路。外接转换电路。图图18.1.3OUT+5V15k + + 0-5V 5V74174115k 7.5k abD/A转转换换器器UREFRFBIOUT1IOUT2 典型的两级运算放大器构成的模拟电压输出变典型的两级运算放大器构成的模拟电压输出变换电路如图换电路如图18.1.318.1.308300830系列管脚配置如图示：系列管脚配置如图

8、示：引脚功能如下：引脚功能如下：GNDDIOUT1IOUT2VREFDAC131415161718192087654321VDD9101211GNDA083008310832D10D11D12D13D14D15D16D17(LSB)(MSB)RFBILECS1WRXFER2WRD10D17：数据输入线数据输入线ILE：数据允许锁存信号数据允许锁存信号CS：输入寄存器：输入寄存器选择选择信号信号1WR：输入寄存器：输入寄存器写选通写选通信号信号XFER：数据：数据传送传送信号信号2WR：DAC寄存器写寄存器写选通信号选通信号VREF: :基准基准电源输入管脚电源输入管脚RFB：反馈反馈信号输入管

9、脚信号输入管脚、IOUT2IOUT1：电流输出电流输出管脚，其和为常数管脚，其和为常数VDD：电源电源输入管脚输入管脚GNDA：模拟模拟信号地信号地GNDD：数字数字信号地信号地功能：把模拟量转换成数字量功能：把模拟量转换成数字量分类（按转换原理）：直接转换型、间接转换型分类（按转换原理）：直接转换型、间接转换型18.2.1 18.2.1 逐次逼近式逐次逼近式 A/D A/D 转换器原理转换器原理D/AD/Au uI I逐次渐近逐次渐近寄存器寄存器比较器比较器参考参考电源电源时钟时钟信号信号MSBMSBLSBLSBMSBMSBLSBLSB并行数字输出并行数字输出转换控制信号转换控制信号1000

10、10003.2V3.2V8V8V1 1011101117V7V011001106V6V010101015V5V010001004V4V001100113V3V0 000110011工作原理如右图示：工作原理如右图示：18.2.2 18.2.2 双积分式双积分式 A/D A/D 转换器原理转换器原理工作原理框图如下：工作原理框图如下：开始开始积积分分输输出出固定积分时间固定积分时间T1tT2斜率固定斜率固定BABU UININ控制逻辑控制逻辑A计数器计数器标准标准电压电压时钟时钟开关开关模拟输模拟输积分器积分器比较器比较器入电压入电压18.2.3 A/D 18.2.3 A/D 转换器的主要指标转

11、换器的主要指标2.2.相对精度相对精度1.1.分辨率分辨率3.3.转换速度转换速度4.4.电源抑制电源抑制表示输出数字量变化一个相邻数码所对应的输入模表示输出数字量变化一个相邻数码所对应的输入模拟量的变化量，常以输出二进制的位数表示。拟量的变化量，常以输出二进制的位数表示。指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。完成一次转换所需要的时间。完成一次转换所需要的时间。并联比较型并联比较型 逐次比较型逐次比较型 双积分型双积分型在输入模拟电压不变的条件下，当转换电路的供电在输入模拟电压不变的条件下，当转换电路的供电电源电压变化时对输出的影响。电源电压变化时对输出的

12、影响。18.2.4 18.2.4 实用的模实用的模/ /数转换器数转换器1. 81. 8路路8 8位位A/DA/D转换器转换器 ADC0809ADC0809ADC0809 ADC0809 内部结构框图内部结构框图如下：如下：.3 3位地址位地址寄存允许寄存允许输出允许输出允许转换转换结果结果8 8位位输输出出比较器比较器启动启动时钟时钟VREFVCCGND（+）（-）VREF主要参数：主要参数：（1 1）分辨率）分辨率8 8位。位。（6 6）不必不必进行零点和满度进行零点和满度调整调整。（3 3）单单电源供电电源供电 ( (+5V+5V），模拟输入电压范围），模拟输入电压范围0 0至至+5V+

13、5V（5 5）功耗）功耗 15mW15mW。（4 4）具有）具有8 8路路锁存控制的模拟开关。锁存控制的模拟开关。（7 7）转换速度取决于输入的）转换速度取决于输入的时钟频率时钟频率。（2 2）最大不可调误差小于）最大不可调误差小于+1LSB+1LSB。ADC0809ADC0809管脚配置如图示：管脚配置如图示：引脚功能如下：引脚功能如下：GNDGNDADC131415161718192087654321V VCCCC91012110809ININ7 7A A1 12122232425262728B B0 0B B1 1B B2 2B B3 3B B4 4B B5 5B B6 6B B7 7A

14、 A0 0A A2 2ININ6 6ININ5 5ININ4 4ININ3 3ININ2 2ININ1 1ININ0 0STARTSTARTEOCEOCOEOECLKCLKVREF(+)VREF(-)ALEALE(MSB)(MSB)(LSB)(LSB)IN0IN7：8路模拟量输入端路模拟量输入端B0 B7：8位数字量输出端位数字量输出端START：启动信号控制端：启动信号控制端ALE：模拟量输入通道：模拟量输入通道地址锁存信号控制端地址锁存信号控制端EOC：转换结束标志转换结束标志OE: : 输出允许控制端输出允许控制端: :基准基准电压输入端电压输入端VREF(+)VREF(-)CLK: 时

15、钟时钟输入端输入端A0、A1、A2：8 8路模拟开关路模拟开关的的3 3位地址选通输入端位地址选通输入端。VCC: :主电源输入端主电源输入端GND：接地端：接地端 小小 结结一、一、D/A 转换器转换器1. 功能：功能：将输入的二进制数转换成与之成正比将输入的二进制数转换成与之成正比的模拟电量。的模拟电量。2. 种类：种类：权电阻网络、权电阻网络、R - 2R T 形电阻网络和形电阻网络和 R - 2R 倒倒 T 形电阻网络形电阻网络 D/A 转换器。转换器。实现数模转换有多种方式，常用的是实现数模转换有多种方式，常用的是电阻网络电阻网络 D/A 转换器，包括转换器，包括 其中以其中以 R

16、- 2R 倒倒 T 形电阻网络形电阻网络 D/A 转换器为重点作了详转换器为重点作了详细介绍，它的特点是速度快、性能好，适合于集成工艺制造，细介绍，它的特点是速度快、性能好，适合于集成工艺制造，因而被广泛采用。因而被广泛采用。3. 分辨率和转换精度：分辨率和转换精度： 与与 D/A 转换器的转换器的位数位数有关，位数越多，分辨率和精度越高。有关，位数越多，分辨率和精度越高。二、二、A/D 转换器转换器1. 功功 能：能： 将输入的模拟电压转换成与之成正比将输入的模拟电压转换成与之成正比的二进制数。的二进制数。2. 转换过程：转换过程： 采样、保持、量化、编码。采样、保持、量化、编码。采样采样 保持保持电路电路A / D转换器转换器采样采样 - 保持电路：保持电路：量化量化 对样值脉冲进行分级。对样值脉冲进行分级。编码编码 将分级后的信号转换成二进制代码。将分级后的信号转换成二进制代码。A / D 转换器：转换器：3. 种类：种类：直接转换型和间接转换型。直接转换型和间接转换型。直接转换型直接转换型 并