第五章变换器.ppt

电子系统设计与实践 第5章变换器 模数转换器 又称A D转换器或ADC 是一种将连续的模拟量转换成离散的数字量的一种电路或器件 模拟信号转换成数字信号一般需要经过采样保持和量化编码两个过程 针对不同的采样对象 有不同的ADC可供选择 5 1 1模数转换器概述 5 1模数转换器 直接转换式转换器直接式转换器又称为闪烁转换器或者全并行转换器 从原理上讲 直接式转换器是最简单 最快速的ADC 这种ADC的基本结构单元是一个1位转换器 即比较器 如果加到正输入端 假定 的输入信号比加到负输入端的基准信号大 则输出高电平 1 如果输入信号比基准信号小 则输出为低电平 1 5 1模数转换器 5 1模数转换器 5 1模数转换器 5 1模数转换器 5 1模数转换器 5 1模数转换器 5 1模数转换器 5 1模数转换器 绝对精度 孔径 延迟 时间 转换时间 相对精度 分辨率 采样频率 建立时间 转换速率 5 1 2ADC的主要技术指标 5 1模数转换器 确定A D转换的位数 确定转换器的转换速率 确定是否要加采样保持器 注意工作电压和基准电压 考虑成本 而且尽量选择流行器件 5 1 3ADC选择原则 5 1模数转换器 逐次比较型 CMOS工艺制造 单电源供电 不需外部进行零点和满度调整 可锁存三态输出 输出与TTL兼容 易与各种微控制器接口 具有锁存控制的8路模拟开关 分辨率 8位 功耗 15mW 转换时间 fCLK 500kHz 128 s 转换精度 ADC0808 0 2 ADC0809 0 4 5 1 4ADC0808 ADC0809模数转换器 5 1模数转换器 ADC0808 ADC0809与微控制器8031查询方式的接口电路 5 1模数转换器 5 2数模转换器 数模转换器 又称D A转换器或DAC 是一种将输入的数字信号转换成模拟信号输出的电路或器件 基本的数模转换器由电压基准或电流基准 二进制精密权电阻 一组电子开关及权电流求和电路构成 下面首先基本D A的原理 D A用来将数字量转换成模拟量 其基本要求是输出电压Vo应该与输入数字量D成正比 即Vo D Vref 其中 Vref为参考电压 D dn 12n 1 dn 2 2n 2 d2 2 1 d0 20 5 2 1概述 5 2数模转换器 单片DAC有很多类型 按照工作原理的不同 基本DAC可分成两大类 即直接DAC和间接DAC两种 直接DAC是指直接将输入的数字信号转换为输出的模拟信号 间接DAC则是先将输入的数字信号转换为某种中间量 再把这种中间量转换成为输出的模拟信号 例如 可以把输入的数字信号首先转换成为频率一定 宽度随数字信号变化的脉冲信号 再利用低通滤波器提取其平均值 从而得出相应的模拟信号 5 2 2DAC的分类 5 2数模转换器 5 2数模转换器 1 集成FIFO的DAC2 视频RAMDAC3 压扩DAC4 DAC 5 2 2DAC的分类 5 2数模转换器 绝对精度 双极性输出 最低有效位 线性误差 相对精度 分辨率 建立时间 信噪比 转换速率 稳定性 5 2 3DAC的技术指标 5 2数模转换器 由于工艺 功能 特性以及封装 功能特性的差异 DAC种类很多 如何选择一个好的数模转换器有三个重要标准 分辨率 准确度和转换速度 当然 还要考虑其他基本要求 温度稳定性 输入编码 输出格式 基准和功耗 5 2 4DAC的选择原则 5 2数模转换器 1 输出调节2 基准输入3 数字量4 控制5 静态和动态工作特性6 电源 5 2 4DAC的选择原则 5 2数模转换器 DAC0832属于DAC0830系列芯片中的一种 是CMOS工艺制造的8位单片 由于该芯片价格低廉 接口简单 转换控制方便等优点 因而在单片机应用系统中得到了广泛地应用 DAC0832主要由2个8位寄存器和1个8位D A转换器组成 5 2 5DAC0832数模转换器 5 2数模转换器 DAC0832主要性能分辨率为8位 只需在满量程下调整其线性度 可与所有的单片机或微处理器直接接口 需要时亦可不与微处理器连用而单独使用 电流稳定时间1 s 可双缓冲 单缓冲或直通数据输入 低功耗 200mW 逻辑电平输入与TTL兼容 单电源供电 5 15V 5 2 5DAC0832数模转换器 5 2数模转换器 5 2数模转换器 DAC0832与8031的接口 1 直通式工作方式下页图为直通式工作方式的连接方法 5 2 5DAC0832数模转换器 5 2数模转换器 5 2数模转换器 5 2数模转换器 5 2数模转换器 5 3电流 电压变换器 AD694引脚排列性能特点电流输出有0 20mA和4 20mA范围 电压输入有0 2V和0 10V等范围 具有2 000V和10 000V精确电压基准 电源电压范围宽 4 5 36V 输入电路具有缓冲器 输出可外加晶体管驱动 非线性小于0 002 5 3电流 电压变换器 AD694主要由5部分组成 缓冲放大器 V I转换器 基准电压源 输出电路和4mA设置 其中 缓冲器是单增益 单电源运算放大器 可直接与电流输出型DAC相连 5 3电流 电压变换器 5 3电流 电压变换器 典型应用图5 3 4是由AD694与DAC构成的数控V I变换电路 5 3电流 电压变换器 压频转换器又称V F转换器或VFC 可把模拟电压或电流转换成与逻辑电平 通常为TTL 兼容的脉冲串或方波 其输出频率与输入模拟量成精确比例关系 输出频率连续地跟踪输入信号 直接响应输入信号的变化而不需要外部同步时钟 5 4 1概述 5 4压频转换器与频压转换器 这类器件是一种性能价格比较高的集成芯片 很适合用作ADC 精密频率电压转换器 长时间积分器 线性频率调制或解调及其他功能电路 LM131A 231A 331A可得到只有昂贵的V F转换才会具有的高水平精度 温度特性 5 4 2LMx31系列V F F V转换器 5 4压频转换器与频压转换器 3 4 3单电源交流电压放大器 5 4 2LMx31系列V F F V转换器 5 4压频转换器与频压转换器 1 负温度系数热敏电阻器 NTC 1 性能特点 最大线性度 0 01 双电源或单电源工作 单电源可以在5V以下工作 脉冲输出与所有逻辑形式兼容 最佳温度稳定性 最大值为 50 10 6 小功耗 5V以下典型值为15mW 宽的动态范围 10kHz满量程频率下最小值为100dB满量程频率范围 1Hz 100kHz 5 4 2LMx31