模拟信号和数字信号的转换.ppt

《模拟信号和数字信号的转换.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟信号和数字信号的转换.ppt（27页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第九章 模拟量和数字量的转换第一节 数模转换器第二节 模数转换器 模数与数模转换器是计算机与外部设备的重模数与数模转换器是计算机与外部设备的重要接口要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部件。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将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换器数转换器(简称简称A/DA/D转换器或转换器或ADCADC)；传感器传感器模拟控制模拟控制模模拟拟信信号号数字计算机数字计算机 数字控制数字控制 数数字字信信号号ADCADCDACDAC 将数字量转换为模拟量的装置称为数将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换器模转换器(简称简称D/AD/A转换器

2、或转换器或DACDAC)第九章 模拟量和数字量的转换第一节 数模转换器一、一、R-2RR-2R梯形电阻网络梯形电阻网络D/AD/A转换器转换器 由AA、BB、CC、DD 各点向右看的等效电阻都为R11、R-2RR-2R梯形电阻网络梯形电阻网络电流:uo2RA B D+URS2 S3S1S02R 2R 2R2RR3 R2R1R0+-ARFd3d2d1d00R R RI3I1I0I01C1 1 0I2IR当二进制代码为1时，开关合到运算放大器输入一侧，该支路电流成为运放输入电流 的一部分；当二进制代码为0时，开关合到接地的一侧。22、R-2RR-2R梯形电阻网络梯形电阻网络D/AD/A转换电路转换

3、电路uo2RA B D+URS2 S3S1S02R 2R 2R2RR3 R2R1R0+-ARFd3d2d1d00R R RI3I1I0I01C1 1 0I2IR例1:已知R-2R梯形网络DA转换器中R=RF=20kUR=10V，试分别求出4位和8位DA转换器的输出最小电压、最大电压。解：4位DA转换器d3d00001时输出最小电压U0min；d3d01111时输出最大电压U0max。同理8位DA转换器在UR和RF相同条件下，DA转换器位数越多，输出最小电压越小，输出最大电压越大。二、D/A转换器的主要参数 指最小输出电压和最大输出电压之比。指最小输出电压和最大输出电压之比。1.分辨率 2.2.

4、转换误差（转换精度）3.3.输出电压输出电压(电流电流)的建立时间的建立时间例例:十位十位D/AD/A转换器转换器 的分辨率为的分辨率为有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。转换误差是指输出模拟电压的实际值与理论值之差，即最大静态转换误差。转换误差常用输出满刻度FSR的百分数表示，也有用最低有效位的倍数来表示。输入由全0变为全1或由全1变为全0起，到输出稳定电压(电流)所需的时间。1.无锁存无放大器 三、集成D/A转换器按其组成结构(即功能模块)，集成DA转换器可分为以下三种类型：完整的集成DA转换器包括4个功能模块：输入数据寄存器、DA转换网络、

5、模拟输出放大器 及参考电压源。早期的产品只包含D/A转换网络，如AD7520，其电路和图9-2相似，但运算放大器是外接的。2.2.有锁存无放大器有锁存无放大器具有数字输入寄存器，使用时需外接运算放大器。如：DAC0832DAC 0832 简化电路框图八位寄存器输入八位寄存器DAC八位转换器UREFRFIout1Iout2AGNDUCCDGND&ILECSWR1WR2XFERD/AD7D0.11DAC0832结构图片选信号，低电平有效写入控制，低电平有效模拟地端D0 D7数字量输入参考电压输入端DACDAC 0832 0832 管脚分布图管脚分布图CS CSWR WR11WR WR22 AGND

6、 AGNDD D44D D55D D66D D77D D00D D11D D22D D33U UCCCCU UREFREFR RFFDGND DGNDILE ILEXFER XFERIIout1out1I Iout2out21 12 23 34 45 56 67 78 89 910 1019 1918 1817 1716 1615 1514 1413 1312 1211 1120 20数字地端反馈电阻外接端CS CSWR WR1 1WR WR2 2AGND AGNDD D4 4D D5 5D D6 6D D7 7D D0 0D D1 1D D2 2D D3 3U UCC CCU UREF RE

7、FR RF FDGND DGNDILE ILEXFER XFERI Iout1 out1I Iout2 out21 12 23 34 45 56 67 78 89 910 1019 1918 1817 1716 1615 1514 1413 1312 1211 1120 20DACDAC 0832 0832 管脚分布图管脚分布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XFERCS CSWR WR1 1WR WR2 2AGND AGNDD D4 4D D5 5D D6 6D D7 7D D0 0D D1 1D D2 2D D3 3U UCC CCU U

8、REF REFR RF FDGND DGNDILE ILEXFER XFERI Iout1 out1I Iout2 out21 12 23 34 45 56 67 78 89 910 1019 1918 1817 1716 1615 1514 1413 1312 1211 1120 20DACDAC 0832 0832 管脚分布图管脚分布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CS CSWR WR1 1WR WR2 2AGND AGNDD D4 4D D5 5D D6 6D D7 7D D0 0D D1 1D D2 2D D3 3U UCC CCU

9、UREF REFR RF FDGND DGNDILE ILEXFER XFERI Iout1 out1I Iout2 out21 12 23 34 45 56 67 78 89 910 1019 1918 1817 1716 1615 1514 1413 1312 1211 1120 20DAC 0832 DAC 0832 管脚分布图管脚分布图DAC0832工作方式(1)直通方式(2)单缓冲方式(3)双缓冲器型方式 例如DAC82：是CMOS型有锁存有放大的8位D/A转换器。3.有锁存有放大型近期生产的D/A转换器，包含了输入数据寄存器、DA转换网络、模拟输出放大器 及参考电压源4部分功能电路

10、，可实现模拟电压的单极性或双极性输出。第二节 模数转换器 模数模数(A/D)(A/D)转换器是将模拟量转换成数字量转换器是将模拟量转换成数字量间接A/D转换器：工作速度较低，但转换精度较高，抗干扰能力强，在测量仪表中得到广泛应用。分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大类直接A/D转换器:工作速度高、转换精度容易保证。如逐次逼近型、并行比较型、计数型A/D转换器等如单积分型A/D转换器、双积分型A/D转换器等 一、逐次逼近型A/D转换器 其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重若有四个砝码共重1515克，每个重量分别为克，每个重量分别为

11、88、44、22、11克。设待秤重量克。设待秤重量Wx=13Wx=13克，可以用下表步骤来秤克，可以用下表步骤来秤量：量：228 g+4 g338 g+4 g+2 g448 g+4 g+1 g 11 8 g8g 13g，12g 13g，13g 13g，8 g8 g12 g12 g12 g12 g13g暂时结果砝 码 重比 较 判 断顺 序保留保留保留保留撤去撤去保留保留2.2.转换原理转换原理转换开始先将寄存器最高位预置1，输出数字量为1000，经D/A转换成相应的模拟电压U,并与输入模拟电压 UX比较,若U UX，最高位定为0；再将寄存器的次高位预置1，按上述方法逐位比较下去，直到最低位为止

12、。11结构图结构图3.转换过程转换过程2 23 34 4 1 1 1 0 0 0UU UUXX6V UU UUXX5VUU UUXX“1”“1”留否 留否dd3 3 dd2 2 dd1 1 dd00UU(V)(V)顺 顺 序 序 比 比 较 较 判 判 断 断1 1 0 01 0 1 01 0 1 1 例：例：UURR=8V=8V，UUXX=5.52V=5.52VD/A转换器输出U为正值转换数字量转换数字量1011 4+1+0.5=5.5V1011 4+1+0.5=5.5V转换误差为转换误差为 0.02V 0.02V例：例：UURR=8V=8V，UUX X=5.52V=5.52V若输出为若输出

13、为 8 8位数字量位数字量转换数字量转换数字量1011000110110001 4+1+0.5+0.03125=5.53125V4+1+0.5+0.03125=5.53125V转换误差为转换误差为+0.01125V+0.01125V位数越多误差越小位数越多误差越小逐次逼近转换过程示意图逐次逼近转换过程示意图t0t1t310001100101010001011t2U U U UX XU U U UX X(转换误差 转换误差:0.02V):0.02V)ADC0809ADC0809八位八位A/DA/D转转换器换器GND GNDC CB B A A8 通 道 模 拟 开 关 比较器逻辑控制逐次逼近 寄

14、存器 D/A转换器地址锁存 译 码 器三态输出锁存器U UDD DDU UR R(+)(+)U UR R(-)(-)D D7 7D D0 0D D6 6D D5 5D D4 4D D3 3D D2 2D D1 1IN IN7 7IN IN6 6IN IN5 5IN IN4 4IN IN3 3IN IN2 2IN IN1 1IN IN0 0 ALE ALEEOC EOCSTART START CLOCK CLOCKEOUT EOUTADCADC 0809 0809管脚分布图管脚分布图U UR R(-)(-)B BD D4 4D D0 0D D2 2D D7 7D D6 6D D5 51 12 2

15、3 34 45 56 67 78 89 910 1019 1918 1817 1716 1615 1514 1413 1312 1211 1120 2025 2524 2423 2322 2221 2126 2627 2728 28IN IN2 2IN IN1 1IN IN0 0 GND GNDD D1 1 ALE ALE EOC EOC START STARTCLOCK CLOCKD D3 3 IN IN3 3 IN IN4 4 IN IN5 5 IN IN6 6 IN IN7 7EOUT EOUTA AC CU UR R(+)(+)U UDD DD二、双积分型A/D转换器1.结构图 2.转

16、换过程(1)对输入电压UI积分阶段(T1)UI0,开关S1导通其他开关断开，积分电路对输入电压UI积分:T1阶段结束时积分器的输出电压(2)对参考电压回积（T2）阶段开关S2导通，其余断开。积分电路对参考电压（-UR）积分，使积分器的输出回积到0。回积过程，T2阶段的时间可由下式决定 在T1和UR均为常数时，T2与成正比，实现了U/T的转换。在T2阶段结束时计数器所累计的计数N2正比于被测电压在T1阶段中的平均值(3)清零与准备（T3）阶段 此阶段要为本次转换作收尾工作，并为下次转 换作好准备。暂时关闭控制门G，计数器值N2送到锁存器寄存；N2被锁存后计数器清零,积分电容C完全放电。三、A/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.转换误差：以实际输出的数字量和理想数字量之间的差别，转换误差通常用相对误差表示。4.输入模拟电压范围：输入电压范围有单极性 和双极性之分。分辨率和转换误差一起反映了A/D转换器的精度。A/D转换器的位数多，其相对误差小，转换精度高