模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換

模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換23.1D/A轉(zhuǎn)換器23.2A/D轉(zhuǎn)換器

模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的重要接口，也是數(shù)字測量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件。

將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC)；傳感器模擬控制模擬信號(hào)數(shù)字計(jì)算機(jī)數(shù)字控制數(shù)字信號(hào)ADCDAC

將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的裝置稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器(簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC)。23.1

D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A轉(zhuǎn)換器)的基本思想：

由于構(gòu)成數(shù)字代碼的每一位都有一定的“權(quán)”，因此為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，就必須將每一位代碼按其“權(quán)”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量，這就是構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換器的基本思想。23.1.1倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器參考電壓1.電路模擬開關(guān)由數(shù)個(gè)相同的電路環(huán)節(jié)構(gòu)成，每個(gè)電路環(huán)節(jié)有兩個(gè)電阻和一個(gè)模擬開關(guān)。23.1.1倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器參考電壓各位的數(shù)碼分別控制相應(yīng)位的模擬開關(guān)，數(shù)碼為1時(shí)，開關(guān)接運(yùn)放反相輸入端；為0時(shí)接“地”。1.電路模擬開關(guān)從基準(zhǔn)電壓UR輸出的總電流固定不變2.轉(zhuǎn)換原理運(yùn)算放大器輸出的模擬電壓流入運(yùn)算放大器的總電流若輸入n

位二進(jìn)制數(shù)若RF=R23.1.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)指最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。

1.分辨率

2.線性度通常用非線性誤差的大小表示D/A轉(zhuǎn)換器的線性度。把偏離理想的輸入?輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)定義為非線性誤差。

3.輸出電壓(電流)的建立時(shí)間如:10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為從輸入數(shù)字信號(hào)起,到輸出電壓或電流到達(dá)穩(wěn)定值所需時(shí)間。有時(shí)也用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)來表示分辨率。通常D/A轉(zhuǎn)換器的建立時(shí)間不大于1s。

DAC0832是8位的D/A轉(zhuǎn)換器,即在對其輸入8位數(shù)字量后，通過外接的運(yùn)算放大器，可以獲得相應(yīng)的模擬電壓值。DAC0832(1)內(nèi)部簡化電路框圖DAC0832

簡化電路框圖(2)芯片引腳DAC

0832

引腳排列圖片選信號(hào)端,低電平有效寫入控制端,低電平有效模擬地端D0~D7數(shù)字量輸入?yún)⒖茧妷狠斎攵薉AC0832

引腳排列圖數(shù)字地端反饋電阻外接端DAC0832引腳排列圖輸入鎖存允許信號(hào)，高電平有效芯片工作電壓輸入端

寫入控制端低電平有效，與配合使用XFERDAC0832引腳排列圖電流輸出端單極性輸出時(shí)。Iout2接模擬地

傳送控制端低電平有效，與WR2配合使用DAC0832管腳排列圖(3)集成ADC芯片舉例ADC7520各引腳功能d0~d9：十位數(shù)字量的輸入端；IO1、IO2：電流輸出端；RF：反饋信號(hào)輸入端；UDD：電源接線端；GND：接地端。UR：參考電源，可正可負(fù)；ADC7520的外引腳排列及連接電路23.2A/D轉(zhuǎn)換器

模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，它是模擬信號(hào)和數(shù)字儀器的接口。根據(jù)其性能不同，類型也比較多。

下面介紹逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換電路的原理和一種常用的集成電路組件。最后舉例說明其應(yīng)用。逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器原理框圖23.2.1逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器

其工作原理可用天平稱重過程作比喻來說明。若有四個(gè)砝碼共重15克,每個(gè)重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待稱重量WX=13克，可以用下表步驟來秤量：4位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理電路1.轉(zhuǎn)換原理放哪一個(gè)砝碼砝碼是否保存2.轉(zhuǎn)換過程例：UR=8V，UI=5.52V。D/A轉(zhuǎn)換器輸出UO為正值轉(zhuǎn)換數(shù)字量10114+1+0.5V=5.5V轉(zhuǎn)換誤差為–0.02V。例：UR=8V，UI=5.52V。若輸出為8位數(shù)字量轉(zhuǎn)換數(shù)字量10110001

4+1+0.5+0.03125V=5.53125V轉(zhuǎn)換誤差為+0.01125V。位數(shù)越多誤差越小。逐次逼近轉(zhuǎn)換過程示意圖UO

>UIUO

<UI(轉(zhuǎn)換誤差

–0.02V)23.2.2

雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器由積分電路、電壓比較器C、CP控制門G、n位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器、定時(shí)控制觸發(fā)器FFS、電子開關(guān)S1和S2以及它們的邏輯控制電路等組成?；驹硎菍⒁欢螘r(shí)間內(nèi)的輸入模擬電壓

UI

和參考電壓UR通過兩次積分，變換成與輸入電壓平均值成正比的時(shí)間間隔,再變換成正比于輸入模擬信號(hào)的數(shù)字量。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電路圖1.電路圖2.轉(zhuǎn)換原理A/D轉(zhuǎn)換器的工作波形圖(1)轉(zhuǎn)換開始前轉(zhuǎn)換信號(hào)uL=0，各觸發(fā)器清零,并使S2閉合,讓積分電路的電容C完全放電。

使uL=1，由控制電路將S2斷開，并將S1接到輸入電壓端，積分電路開始對uI積分。積分輸出uA為負(fù)值，比較器輸出uC為1，開通CP控制門G，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。(2)對輸入模擬電壓積分A/D轉(zhuǎn)換器的工作波形圖2.轉(zhuǎn)換原理當(dāng)計(jì)到2n個(gè)脈沖時(shí),計(jì)數(shù)器輸出全0,同時(shí)輸出一進(jìn)位信號(hào),使FFS置1。對uI的積分結(jié)束，積分時(shí)間T1=2nTCP,TCP為CP的周期，即一個(gè)脈沖的時(shí)間。T1是一定的(定時(shí))，不因uI而變。(2)對輸入模擬電壓的積分

A/D轉(zhuǎn)換器的工作波形圖如圖所示。23.2.3A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率

以輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示分辨率。位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。2.轉(zhuǎn)換速度

完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的