模拟量和数字量的转换

模拟量和数字量的转换23.1D/A转换器23.2A/D转换器

模数与数模转换器是计算机与外部设备的重要接口，也是数字测量和数字控制系统的重要部件。

将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换器(简称A/D转换器或ADC)；传感器模拟控制模拟信号数字计算机数字控制数字信号ADCDAC

将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换器(简称D/A转换器或DAC)。23.1

D/A转换器数模转换器(D/A转换器)的基本思想：

由于构成数字代码的每一位都有一定的“权”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其“权”转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加即可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成D/A转换器的基本思想。23.1.1倒T形电阻网络D/A转换器参考电压1.电路模拟开关由数个相同的电路环节构成，每个电路环节有两个电阻和一个模拟开关。23.1.1倒T形电阻网络D/A转换器参考电压各位的数码分别控制相应位的模拟开关，数码为1时，开关接运放反相输入端；为0时接“地”。1.电路模拟开关从基准电压UR输出的总电流固定不变2.转换原理运算放大器输出的模拟电压流入运算放大器的总电流若输入n

位二进制数若RF=R23.1.2D/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)的建立时间如:10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1s。

DAC0832是8位的D/A转换器,即在对其输入8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。DAC0832(1)内部简化电路框图DAC0832

简化电路框图(2)芯片引脚DAC

0832

引脚排列图片选信号端,低电平有效写入控制端,低电平有效模拟地端D0~D7数字量输入参考电压输入端DAC0832

引脚排列图数字地端反馈电阻外接端DAC0832引脚排列图输入锁存允许信号，高电平有效芯片工作电压输入端

写入控制端低电平有效，与配合使用XFERDAC0832引脚排列图电流输出端单极性输出时。Iout2接模拟地

传送控制端低电平有效，与WR2配合使用DAC0832管脚排列图(3)集成ADC芯片举例ADC7520各引脚功能d0~d9：十位数字量的输入端；IO1、IO2：电流输出端；RF：反馈信号输入端；UDD：电源接线端；GND：接地端。UR：参考电源，可正可负；ADC7520的外引脚排列及连接电路23.2A/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。逐次逼近型模数转换器原理框图23.2.1逐次逼近型A/D转换器

其工作原理可用天平称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。设待称重量WX=13克，可以用下表步骤来秤量：4位逐次逼近型模数转换器的原理电路1.转换原理放哪一个砝码砝码是否保存2.转换过程例：UR=8V，UI=5.52V。D/A转换器输出UO为正值转换数字量10114+1+0.5V=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+0.03125V=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UO

>UIUO

<UI(转换误差

–0.02V)23.2.2

双积分型A/D转换器双积分型A/D转换器由积分电路、电压比较器C、CP控制门G、n位二进制计数器、定时控制触发器FFS、电子开关S1和S2以及它们的逻辑控制电路等组成。基本原理是将一段时间内的输入模拟电压

UI

和参考电压UR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,再变换成正比于输入模拟信号的数字量。双积分型A/D转换器的电路图1.电路图2.转换原理A/D转换器的工作波形图(1)转换开始前转换信号uL=0，各触发器清零,并使S2闭合,让积分电路的电容C完全放电。

使uL=1，由控制电路将S2断开，并将S1接到输入电压端，积分电路开始对uI积分。积分输出uA为负值，比较器输出uC为1，开通CP控制门G，计数器开始计数。(2)对输入模拟电压积分A/D转换器的工作波形图2.转换原理当计到2n个脉冲时,计数器输出全0,同时输出一进位信号,使FFS置1。对uI的积分结束，积分时间T1=2nTCP,TCP为CP的周期，即一个脉冲的时间。T1是一定的(定时)，不因uI而变。(2)对输入模拟电压的积分

A/D转换器的工作波形图如图所示。23.2.3A/D转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