第23章模拟量和数字量的转换

第23章模拟量和数字量的转换23.1D/A转换器23.2A/D转换器第23章模拟量和数字量的转换本章要求1.了解数-模、模-数转换的基本概念和转换原理。2.了解数-模、模-数转换常用芯片的使用方法。能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC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。23.1D/A转换器23.1.1倒T型电阻网络D/A转换器倒T型解码网络uo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR.Uc=UR

/2UB=UR/4UA=UR/8UD

=UR即：由于解码网络的电路结构和参数匹配，则图中各点(D、C、B、A)电位逐位减半。uo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR因此，每个2R支路中的电流也逐位减半。即：uo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IRuo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR23.1.2D/A转换器的主要技术指标指最小输出电压和最大输出电压之比。

1.分辨率2.线性度通常用非线性误差的大小表示D/A转换器的线性度。把偏离理想的输入－输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。3.输出电压(电流)的建立时间例:十位D/A转换器的分辨率为从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值所需时间有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。通常D/A转换器的建立时间不大于1S23.2A/D转换器

模–数(A/D)转换器的任务是将模拟量转换成数字量,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。

下面介绍逐次逼近式A/D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。23.2.1逐次逼近式A/D转换器

其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx=13克，可以用下表步骤来秤量：28g+4g38g+4g+2g48g+4g+1g

18g8g<13g，12g<13g，14g>13g，13g＝13g，8g12g12g13g暂时结果砝码重比较判断顺序保留保留撤去保留QF3SRRF2SQRF1SQRF0SQ&d3&d2&d1&d0读出“与门”&&&&≥1≥1≥1d3d0E读出控制端U1UA－＋∞△＋电压比较器逐次逼近寄存器控制逻辑门时钟脉冲五位顺序脉冲发生器四位逐次逼近型模-数转换器的原理电路四位D/A转换器CQ4Q3Q2Q1Q0d2d11.转换原理(待转换的模拟电压)UI数码寄存器顺序脉冲发生器－＋＋D/A转换器u0控制逻辑时钟清0、置数清0、置数CP(移位命令)“1”状态是否保留控制端UA试探电压放哪一个砝码砝码是否保存2.转换过程23411000UA

<

UI6VUA

<

UI5.5V留去留留4VUA

>

UI5VUA

UI“1”留否d3d2d1d0UA(V)顺序比较判断110010101011例：UR=8V，UI

=5.52VD/A转换器输出UA为正值转换数字量10114+1+0.5=5.5V转换误差为–0.02V例：UR=8V，UI=5.52V若输出为8位数字量转换数字量10110001

4+1+0.5+0.03125=5.53125V转换误差为+0.01125V位数越多误差越小逐次逼近转换过程示意图t0t1t310001100101010001011t2UA>UIUA<UI(转换误差:–0.02V)23.2.3A/D变换器的主要技术指标1.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。2.转换速度

完成一次A/D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所需要的时间。3.相对精度实际转换值和理想特性之间的最大偏差。

4.其它功率、电源电压、电压范围等。

ADC0809八位A/D转换器GNDCB

A－＋＋8通道模拟开关比较器逻辑控制逐次逼近寄存器D/A转换器地址锁存译码器三态输出锁存器UDDUR(+)UR(-)D7D0D6D5D4D3D2D1IN7IN6IN5IN4IN3IN2IN1IN0

ALEEOCSTARTCLOCKEOUTADC0809管脚分布图UR(-)

BD4D0D2D7D6D512345678910