第10章模拟量和数字量的转换

1、下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录04RA2dUU 开路电压开路电压04R2dU 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录04R2dU 04RA2dU

2、U 开路电压开路电压13RA2dUU 开路电压开路电压22RA2dUU 开路电压开路电压31RA2dUU 开路电压开路电压13R2dU 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录2. .转换原理转换原理04R13R22R31REA2222dUdUdUdUUU )2222(2001122334R ddddU下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录EF3URRU 输出电压输出电压)2222(23001122334RF ddddRUR)222(23002211RFo dddRURUnnnnn下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录)222(2002211Ro ddd

3、UUnnnnn)222(23002211RFo dddRURUnnnnn下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录倒倒T型电阻网络型电阻网络D A转换器转换器2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录UC = UR / 2UB = UR /4UA = UR /8UD = UR 即：即：2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR下一页下一页返回返回上一页上一

4、页退出退出章目录章目录RUIRR/ 1021II 2121II 3221II RII213 2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录0R1R2R3R16842dRUdRUdRUdRU )24(8160123RddddRU 012301IIIII )24(8201234FROddddRRUU 2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR下一页下一页返回返回上一页上一页

5、退出退出章目录章目录1. .分辨率分辨率00101023112110. 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录集成集成 ADC 芯片举例芯片举例AD7520各管脚功能：各管脚功能：d0 d9：十位数字量的输入端；：十位数字量的输入端；IO1、IO2：电流输出端；电流输出端；RF：反馈信号输入反馈信号输入端端；UDD：电源接线端电源接线端；GND：接地端。接地端。UR：参考电源，可正可负；参考电源，可正可负；URIO1IO2RFGNDd4AD752012345678161514131211109UDD+URd3d2d1d0d5d6d7d8d9 +AD7520的外引线排列及连接电路的

6、外引线排列及连接电路下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 DAC0832是八位的是八位的D/A转换器转换器, ,即在对其输入即在对其输入八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。得相应的模拟电压值。10.1.3 DAC0832 D/A转换器转换器下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录DAC 0832 简化电路框图简化电路框图下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录DAC 0832 管脚分布图管脚分布图CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXF

7、ERIout1Iout21234567891019181716151413121120下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录片选信号，片选信号，低电平有效低电平有效写入控制，写入控制，低电平有效低电平有效模拟地端模拟地端D0 D7数字量输入数字量输入参考电压参考电压输入端输入端DAC 0832 管脚分布图管脚分布图CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录数字地端数字地端反馈电阻反馈电阻外接端外

8、接端CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120DAC 0832 管脚分布图管脚分布图下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录输入锁存允许信输入锁存允许信号，高电平有效号，高电平有效芯片工作电压芯片工作电压 输入端输入端 写入控制端写入控制端低电平有效，与低电平有效，与 配合使用配合使用XFERCSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout2123456789101918171615

9、1413121120DAC 0832 管脚分布图管脚分布图下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录电流输出端电流输出端单极性输出时。单极性输出时。Iout2接模拟地接模拟地 传送控制端传送控制端低电平有效，与低电平有效，与WR2配合使用配合使用下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 DAC 0832 实验电路图实验电路图下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 模模数数(A/D)转换器的任务是将模拟量转换成转换器的任务是将模拟量转换成数字量数字量, ,它是模拟信号和数字仪器的接口。根据其它是模拟信号和数字仪器的接口。根据其性能不同，类型也比较多。性能不同，

10、类型也比较多。 下面介绍逐次逼近式下面介绍逐次逼近式A/D转换电路的原理和一转换电路的原理和一种常用的集成电路组件。最后举例说明其应用。种常用的集成电路组件。最后举例说明其应用。顺序脉冲顺序脉冲发生器发生器逐次逼近逐次逼近 寄存器寄存器DAC电压电压比较器比较器输出数字量输出数字量输入电压输入电压 UiUA逐次逼近型模逐次逼近型模数转换器原理框图数转换器原理框图下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录8 g + 4 g8 g + 4 g + 2 g8 g + 4 g + 1 g 8 g8g 13g ，12g 13g，13g 13g，13g暂时结果暂时结果砝砝 码码 重重比比 较较

11、判判 断断顺顺 序序下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 uO时钟时钟下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1 0 0 06V 5. 5V4V5V1 1 0 01 0 1 01 0 1 1 )2222(28001122334A ddddUD/A转换器输出转换器输出UA为正值为正值下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 )222(280066778A dddU下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录6VU /A3D2D1D0Dt0t1t310001100101010001011t2R3211U,D对对应应于于时时 R2411U,D对对应应于

12、于时时 R1811U,D对对应应于于时时 R01611U,D对对应应于于时时 V,8R U设设参参考考电电压压543210。输输入入电电压压V52. 5I U输输出出数数字字量量转转换换完完毕毕 ,10110123 ddddV5 . 5 U对对应应模模拟拟电电压压下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录输出数字量输入模拟电压uoui顺序脉冲发生器逐次逼近寄存器D/A转换器电压比较器转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为，使输出数字为1000。这个数。这个数码

13、被码被D/A转换器转换成相应的模拟电压转换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与，送到比较器中与ui进行比较。若进行比较。若u0ui，说明数字过大了，故将最高位的，说明数字过大了，故将最高位的1清清除；若除；若uoui ，说明数字还不够大，应将这一位保留。然后，说明数字还不够大，应将这一位保留。然后，再按同样的方式将次高位置成再按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这，并且经过比较以后确定这个个1是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求

14、的数字量输出。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录Q1 Q2 Q3 Q4 Q5ui1D C11D C11D C11D C11D C1&11FF1 FF2 FF3 FF4 FF5&uoCP +Cucd2(22)d1(21)d0(20)FFA Q FFB Q FFCG1 G2 G3G4 G5QG6G7G8=1(ui uo)=0(uiuo)uc=1S C1 1R1S C1 1R1S C1 1R3 位D/A 转换器下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录转换开始前，先使转换开始前，先使Q1=Q2=Q3=Q4=0，Q5=1，第一个，第一个CP到到来后，来后，Q

15、1=1，Q2=Q3=Q4=Q5=0，于是，于是FFA被置被置1，FFB和和FFC被被置置0。这时加到。这时加到D/A转换器输入端的代码为转换器输入端的代码为100，并在，并在D/A转换转换器的输出端得到相应的模拟电压输出器的输出端得到相应的模拟电压输出uo。uo和和ui在比较器中比在比较器中比较，当若较，当若uiuo时，比较器输出时，比较器输出uc=1；当；当uiuo时，时，uc=0。第二个第二个CP到来后，环形计数器右移一位，变成到来后，环形计数器右移一位，变成Q2=1，Q1=Q3=Q4=Q5=0，这时门，这时门G1打开，若原来打开，若原来uc=1，则，则FFA被置被置0，若原来若原来uc=

16、0，则，则FFA的的1状态保留。与此同时，状态保留。与此同时，Q2的高电平将的高电平将FFB置置1。第三个第三个CP到来后，环形计数器又右移一位，一方面将到来后，环形计数器又右移一位，一方面将FFC置置1，同时将门，同时将门G2打开，并根据比较器的输出决定打开，并根据比较器的输出决定FFB的的1状态状态是否应该保留。是否应该保留。第四个第四个CP到来后，环形计数器到来后，环形计数器Q4=1，Q1=Q2=Q3=Q5=0，门门G3打开，根据比较器的输出决定打开，根据比较器的输出决定FFC的的1状态是否应该保留。状态是否应该保留。第五个第五个CP到来后，环形计数器到来后，环形计数器Q5=1，Q1=Q

17、2=Q3=Q4=0，FFA、FFB、FFC的状态作为转换结果，通过门的状态作为转换结果，通过门G6、G7、G8送送出。出。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录QF3SRRF2SQRF1SQRF0SQ&d3&d2&d1&d0读出读出“与门与门”&111d3d0E读出控制端读出控制端UiUA电压电压比较器比较器逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器控制逻辑门控制逻辑门时钟脉冲时钟脉冲五位顺序脉冲发生器五位顺序脉冲发生器四位逐次逼近型模四位逐次逼近型模- -数转换器的原理电路数转换器的原理电路四位四位D/A转换器转换器CQ4Q3Q2Q1Q0d2d1下一页

18、下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录FF1 FF2 FF3 FF4 FF5QA QB QC QD QECPuI(t)uOCOCOCO1 uI uO3位码位码D/AC电路电路补偿电压补偿电压=（1/2）LSB=0.5V逐次比较型逐次比较型A/DA/D转换器转换器10004V3.5V4.9V0 模数为模数为5的的环型计数器。环型计数器。 例：例：uI(t)=4.9V10000G3 G2 G1RdQ3 Q2 Q1G4G5G6D2D1D03位码位码D/AC电路电路000下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录FF1 FF2 FF3 FF4 FF5QA QB QC QD QECPu

19、I(t)uOCOCOCO1 uI uO3位码位码D/AC电路电路补偿电压补偿电压=（1/2）LSB=0.5VG3 G2 G1RdQ3 Q2 Q1G4G5G6D2D1D04.9V6V5.5V0逐次比较型逐次比较型A/DA/D转换器转换器 第二第二个时钟脉个时钟脉冲到来时。冲到来时。0100010001101 第三第三个时钟脉个时钟脉冲到来时。冲到来时。001001010 第五第五个时钟脉个时钟脉冲到来时。冲到来时。000011015V4.5VG4、G5、G6门开，门开，Q3、Q2、Q1数据传数据传出。出。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1. 分辨率分辨率 以输出二进制数的位数

20、表示分辨率。以输出二进制数的位数表示分辨率。 位数越多，误差越小，转换精度越高。位数越多，误差越小，转换精度越高。2. 转换速度转换速度 完成一次完成一次A/D转换所需要的时间，即从它接到转转换所需要的时间，即从它接到转 换控制信号起，到输出端得到稳定的数字量输出换控制信号起，到输出端得到稳定的数字量输出 所需要的时间。所需要的时间。3. 相对精度相对精度 实际转换值和理想特性之间的最大偏差。实际转换值和理想特性之间的最大偏差。 4. .其它其它 功率、电源电压、电压范围等。功率、电源电压、电压范围等。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录8 通通 道道 模模 拟拟 开开 关关

21、比较器比较器逻辑控制逻辑控制逐次逼近逐次逼近 寄存器寄存器 D/A转换器转换器地址锁存地址锁存 译译 码码 器器三态输出锁存器三态输出锁存器下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录10.2.2 双积分型双积分型A/D转换器转换器 双积分型双积分型A/D转换器属于电压时间变换的间接转换器属于电压时间变换的间接A/D转换器。转换器。 基本原理是将一段时间内的输入模拟电压基本原理是将一段时间内的输入模拟电压 Ui 和和参考电压参考电压UR 通过两次积分，变换成与输入电压平均通过两次积分，变换成与输入电压平均值成正比的时间间隔值成正比的时间间隔, ,再变换成正比于输入模拟信号再变换成正比于输入模拟信号的数字量。的数字量。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录S1RS2CuA积分器积分器CP_+n n位二进制位二进制计数器计数器&+AC _+ Q0Q1Qn-1逻辑逻辑控制控制电路电路1K1JRD