第9章-模-数相互转换

第九章：模拟信号和数字信号的相互转换

9.1D/A转换器(DAC)9.2A/D转换器(ADC)实现把模拟信号转变为数字量的设备称为模—数(A/D)转换器，简称ADC(AnalogtodigitalConvertor)；实现把把数字量转变为模拟量的设备称为数—模(D/A)转换器，简称DAC(DigitaltoAnalogConvertor)。将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。9.1D/A转换器（DAC）D/A可以把二进制码或BCD码表示的数字量转换为与其成正比的模拟量输出。D/A的核心部分是由R-2R电阻网络(也称倒T型电阻网络)、模拟开关和运算放大器所组成的。9.1.1D/A的基本原理RRRR00通常输入数字量有8位、10位、12位或16位。例如DAC0800系列包括DAC0800，0801，0802等产品，数字输入量为8位即8位分辨率，16线双列直插式封装。DAC0830系列包括DAC0830，0831，0832等为20线双列直插封装、8位分辨率D/A。DAC0832的逻辑图各管脚功能：D7～D0：数据量输入脚；UREF：基准电压接线脚，可为正(如+5V)也可为负(如-5V)；UCC：接主电源引脚；IOUT1和IOUT2：电流输出脚；ILE：数据锁存允许信号；CS：输入寄存器选择信号，低电平有效；WR1：输入寄存器写选通信号；WR2：D/A寄存器写选通信号；XFER：数据传送信号线；Rfb：反馈信号输入线，芯片内已有反馈电阻；AGND：模拟信号地；DGND：数字地。DAC0832的引脚图9.1.2D/A的主要技术参数(1)分辨率

分辨率是说明D/A分辨最小输出电压能力的参数。它可用输入数字量的位数来表示，如8位D/A的分辨力分别为8位；也可以用最小输出电压(最低有效位1即1LSB对应的输出电压)与最大输出电压(输入数字信号全部对应的输出电压)即满度值之比，如8位D/A的分辨力为1/255≈0.0039(2)转换精度

转换精度是输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。误差是由参考电压偏离标准值、运算放大器的零漂、模拟开关的压降及电阻阻值的偏差等原因引起。转换精度是指转换后所得的实际值对于理想值的接近程度。9.2A/D转换器(ADC)9.2.1A/D转换的基本原理在A/D转换器中，一般经过采样、保持、量化和编码这四个步骤来完成从模拟量到数字量的转换。(1)采样与保持(2)量化与编码数字信号最低有效位的1即1LSB所代表的数量就是这个最小数量单位，称为量化单位，用Δ表示。将采样输出电压用最小单位的整数倍来表示，这个过程就叫量化。将量化的结果用代码表示出来的过程就称为编码。编码输出的结果就是A/D转换器的输出。模拟电压Ui量化结构二进制码0~1/8V0V0001/8~2/8V1/8V=Δ0012/8~3/8V2/8V=2Δ0103/8~4/8V3/8V=3Δ0114/8~5/8V4/8V=4Δ1005/8~6/8V5/8V=5Δ1016/8~7/8V6/8V=6Δ1107/8~8/8V7/8V=7Δ1119.2.2A/D转换电路方式模—数转换器根据其工作原理大致分为并行式和并/串式A/D、逐次逼近式、双积分式和计数比较式A/D等几种形式。逐次逼近式A/D由电压比较器、D/A转换器、逐次逼近寄存器(SAR)和控制逻辑等组成。421818048180128A／D转换器的基本原理与天平称重物类似。假设有四个砝码，分别为8g、4g、2g、1g，则可称重物范围为0－15g之间，测量误差最大为0.5g。ADC0808/0809IN0～IN7：模拟量输入脚；ADDA、ADDB、ADDC：通道地址输入端。CLOCK：时钟输入端。ALE：地址锁存允许端。START：启动脉冲输入端。EOC：转换结束信号端。OE：允许输出端。D7～D0引脚：转换所得8位数据在这8个管脚上输出，D7是最高位，D0是最低位。UCC：电源正极输入端，接+5V。GND：地端，电源负极接至该端。UREF(+)和UREF(-)：分别为基准电压UREF的高电平端和低电平端。9.2.3A/D的主要技术参数(1)分辨率

A/D的分辨率是使A/D输出数字量最低位变化1所对应的输入模拟电压变化的大小值。分辨率也用输出二进制数的位数来表示，如8位A/D的分辨率就是8，位数越多，误差越小，转换精度也越高。(2)量化误差

用数字量近似表示模拟量的过程称为量化。A/D转换一般是按四舍五入原则进行的，由此产生的误差称为量化误差，量化误差小于等于1LSB。(3)精度

精度分为绝对精度和相对精度。在一个A/D中，任何数码所对应的实际模拟电压与其理想的电压之差并不是一个常数，把差值中的最大值定义为该A/D的绝对精度；而相对精度则定义为这个最大差值与满刻度模拟电压的百分数，或者用二进制分数来表示相对应的数字量。(4)转换时间

转换时间