项目11-2 AD与DA转换器 (1)课件讲解

目录：

4.1数字电路基础知识

4.2基本门电路

4.3组合逻辑电路

4.4触发器及时序逻辑电路

4.5集成定时器

4.6

A/D和D/A转换器第4章数字电路基础应知：脉冲、数制和数码的概念，脉冲的基本参数、三种逻辑关系、表达式及其真值表；基本门电路的逻辑功能及逻辑运算规律；编码器、译码器和数字显示器的原理；常用触发器逻辑功能，寄存器、计数器的工作原理及逻辑功能；

555定时器工作原理，555定时器构成的单稳态触发器和无稳态触发器的工作原理。

第4章数字电路基础应会：基本门电路的逻辑功能及应用；常用触发器的逻辑功能及应用；编码器、译码器和数字显示器的应用；

555定时器构成的单稳态触发器和无稳态触发器的应用。第4章数字电路基础汽车在工作过程中，经常需要将传感器拾取的一些物理量如速度、温度、压力等模拟信号转换为汽车ECU(电控单元)能够识别和处理的数字信号，而经过ECU处理后的数字信号又必须再转换为模拟信号，才能控制驱动装置以实现对控制对象的控制。4.6A/D和D/A转换器将模拟信号转换为数字信号的装置称为模数转换器(简称A/D转换器)，而将数字信号转换为模拟信号的装置称为数模转换器(简称D/A转换器)。5.6.1D/A转换器

D/A转换器是将数字量输入转换成模拟量输出的电子线路，它是数字处理系统与模拟系统的接口电路。其有多种电路类型，其中T型电阻D/A转换器是较常用的一种。1.T型电阻D/A转换器(1)电路组成：四位T型电阻

D/A转换器：由四部分组成：4.6A/D和D/A转换器4.6.1D/A转换器

T型电阻网络：由若干个R和2R的电阻构成。模拟开关：模拟开关S3、S2、S1、S0状态分别受输入数字信号D3、D2、D1、D0控制，即每一位二进制数码相应控制一个开关。以D3为例，当D3=1时模拟开关S3合向左边，支路电流I3流向Iout1。当D3=0时，S3合向右边，支路电流I3流向Iout2。1.T型电阻D/A转换器(1)电路组成：四位T型电阻

D/A转换器：由四部分组成：4.6A/D和D/A转换器4.6.1D/A转换器电流求和放大器：对各位数字量所对应的电流进行求和，并转换成相应的模拟电压。基准电压：用作基准的高精度电压UREF，电压稳定度要求极高，一般通过专门设计的稳压电路获得。1.T型电阻D/A转换器(2)工作原理由输入二进制数码的各位分别控制相应的模拟开关，通过电阻网络得到一个与二进制数码各位的权值成比例的电流，再经过运放求和，转换成与输入二进制码成比例的模拟电压输出。运放采用反相输入方式连接，反相端为“虚地”。因此不论模拟开关接左边还是右边，电阻2R接模拟开关一侧的电位为零。4.6A/D和D/A转换器1.T型电阻D/A转换器(2)工作原理等效电路如图。由图可知，从输入端看进去整个电阻网络的等效电阻为R，总电流为I=UREF/R。并且有4.6A/D和D/A转换器即每位支路电流与二进制权值成正比。1.T型电阻D/A转换器(2)工作原理

4.6A/D和D/A转换器当每位开关合向左边时的支路电流由Iout1流出，开关合向右边时的支路电流由Iout2流出，故在输入不同的二进制数码时，流过R1的电流Iout1的大小就不同。对于输入一个任意四位二进制数D3D2D1D0有运放输出电压可表示为1.T型电阻D/A转换器(2)工作原理

4.6A/D和D/A转换器可见输出的模拟电压正比于输入的二进制数字信号。依此类推，对于n位D/A转换器，则有2．集成D/A转换器举例(以CC7520D/A转换器为例)4.6A/D和D/A转换器2．集成D/A转换器举例CC7520是用CMOS工艺制作的10位D/A转换器。其内部只包含10位T型电阻网络和10个COMS双向模拟开关，运算放大器需要外接。集成芯片引脚如图。D0~D9为数据输入端，UDD为芯片电源端，UREF是基准电压输入端，Rf为反馈输入端，Iout1、Iout2为电流输出端。4.6A/D和D/A转换器2．集成D/A转换器举例CC7520的基本应用电路。

CC7520内部16脚与1脚之间接有一个电阻Rf，且Rf=R=10k，此时运放输出电压4.6A/D和D/A转换器4.6.2A/D转换器

A/D转换器与D/A转换器的作用相反，A/D转换器是将输入的模拟量转换成数字量输出的电子线路，它是模拟系统与数字处理系统的接口电路。A/D转换器的种类很多，逐次逼近型A/D转换器是常用的一种。1.逐次逼近型A/D转换器(1)电路组成逐次逼近型A/D转换器的组成框图：由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、D/A转换器和电压比较器四部分组成。4.6A/D和D/A转换器1.逐次逼近型A/D转换器(2)工作原理先设一个数字量DA，并将DA经D/A转换器转换成模拟量UA后，与待转换模拟量UX比较，若UA=UX，则可确定UX所转换成的数字量为DA。4.6A/D和D/A转换器1.逐次逼近型A/D转换器(2)工作原理若初次比较UA≠UX，则修改所设定的数字量DA使其接近相等再比较，经多次修改、设定、比较……逐次逼近直至UA=UX或最接近UX为止。最后设定量DA即是模拟量UX转换成对应的数字量DX，确定输出，完成模-数转换过程。4.6A/D和D/A转换器1.逐次逼近型A/D转换器(2)工作原理

顺序脉冲发生器由五位环形计数器构成，输出五个在时间上有一定先后顺序的

CP脉冲，送给逐次逼近寄存器。4.6A/D和D/A转换器1.逐次逼近型A/D转换器(2)工作原理

逐次逼近寄存器由四个D触发器构成，在CP1~CP5推动下，记忆每次由电压比较器比较结果并修改设定向D/A转换器提供新的二进制输入数码。待转换的模拟电压UX送到同相端，反相端为D/A转换器输出的模拟电压UA，将最终比较结果经四个D触发器以数字量形式输出，完成A/D转换。4.6A/D和D/A转换器(2)工作原理

如设D/A转换器为四位T型电阻网络，基准电压UR=-10V，待转换UX=6.88V，工作前各触发器清零。工作时，首先由顺序脉冲发生器发出脉冲CP1=1，经非门使D触发器F4直接置1，于是Q4=1，Q3、Q2、Q1保持0态。这一设定数字量经DAC转换成模拟量UA，由式4.6A/D和D/A转换器(2)工作原理

工作时，首先由顺序脉冲发生器发出脉冲CP1=1，经非门使D触发器F4直接置1，于是Q4=1，Q3、Q2、Q1保持0态。这一设定数字量经DAC转换成模拟量UA，由式4.6A/D和D/A转换器1.逐次逼近型A/D转换器(2)工作原理

且RF=R，可算出

UA=5V，小于UX=6.88V，说明该设定量DA=1000太小，下次比较时，该位数Q4=1应保留，同时应将第三位Q3增为1。4.6A/D和D/A转换器1.逐次逼近型A/D转换器(2)工作原理

接着，由顺序脉冲分配器发出脉冲CP2，供给F4作时钟脉冲。由于UA<UX，电压比较器输出高电平，使D4=1，因此F4状态不变，Q4仍保留为1。4.6A/D和D/A转换器1.逐次逼近型A/D转换器(2)工作原理

同时，因为CP2经非门使F3直接置1，故Q4=1，Q3=1，Q2=0，Q1=0，即DA=1100，经数模转换器转换后UA=7.5V，大于UX=6.88V，说明该设定量DA又太大了，下次比较时，Q3=1，应取消，变为0，同时，将Q2由0增至1。4.6A/D和D/A转换器1.逐次逼近型A/D转换器(2)工作原理

然后，发出CP3作为F3的时钟脉冲，因为UA＞UX，比较器输出为低电平，D3=0，使得Q3=0；同时，CP3经非门又使F2直接置1，故Q4=1，Q3=0，Q2=1，Q1=0，这时，UA=6.25V，小于UX=6.88V。4.6A/D和D/A转换器1.逐次逼近型A/D转换器(2)工作原理

继之，发出CP4，作为F2的时钟脉冲，因为UA＜UX，比较器输出又是高电平，D2=1，故Q2=1保留；同时，因为CP4又使F1直接置1，故Q4=1，Q3=0，Q2=1，Q1=1，这时，UA=6.875V，略小于UX。4.6A/D和D/A转换器1.逐次逼近型A/D转换器(2)工作原理

最后，发出CP5作为F1的时钟脉冲，由于UA＜UX，D1=1，Q4=1，Q3=0，Q2=1，Q1=1不变，误差小于数字量的最低位，因此DA=1011即为由模拟量6.88V转换而来的数字量DX。4.6.2A/D转换器4.6A/D和D/A转换器2．集成A/D转换器举例

ADC0801A/D转换器引脚排列和典型外部接线图。被转换电压从UIN(+)和UIN(-)输入。UIN(+)、UIN(-)是输入级差分放大电路的两个输入端。如果输入电压为正，则信号加到UIN(+)端，UIN(-)端接地(AGND)。4.6A/D和D/A转换器2．集成A/D转换器举例如果为负则反之。AGND是模拟地端，DGND是数字端。分开设置，目的是使数字电路的地电流不影响模拟回路，以防止寄生耦合造成的干扰。4.6A/D和D/A转换器2．集成A/D转换器举例参考电压可以由外部电路提供，从UREF/2端直接送入。当UCC精确稳定时也可作电压基准。这时ADC0801芯片内设有分压电路可自行提供UCC/2参考电压，UREF/2端不必外接电源，悬空即可。4.6A/D和D/A转换器2．集成A/D转换器举例

ADC0801内部设有时钟电路，只要在外接CLKR和CLK两端接一电阻和一电容就可产生A/D转换所需要时钟，其振荡频率fCLK≈1/(1.1RC)。典型应用参数为R=10k，C=150pF，fCLK≈600kHz。若采用外部时钟，可从CLK端送入，不接R、C。4.6A/D和D/A转换器2．集成A/D转换器举例

是片选端，是写控制端，当和同时有效时(无为低电平)启动A/D转换。是转换结束信号输出端。当本次转换已经完成，该端从高电平跳到低电平。4.6A/D和D/A转换器2．集成