模拟量和数字量的转换

1、 0 4 R A 2 d U U 开路电压开路电压 0 4 R 2 d U 0 4 R 2 d U 0 4 R A 2 d U U 开路电压开路电压 1 3 R A 2 d U U 开路电压开路电压 2 2 R A 2 d U U 开路电压开路电压 3 1 R A 2 d U U 开路电压开路电压 1 3 R 2 d U 2. .转换原理转换原理 0 4 R 1 3 R 2 2 R 3 1 R EA 2222 d U d U d U d U UU )2222( 2 0 0 1 1 2 2 3 3 4 R dddd U E F 3 U R R U 输出电压输出电压 )2222( 23 0 0 1

2、 1 2 2 3 3 4 RF dddd R UR )222( 23 0 0 2 2 1 1 RF o ddd R UR U n n n n n )222( 2 0 0 2 2 1 1 R o ddd U U n n n n n )222( 23 0 0 2 2 1 1 RF o ddd R UR U n n n n n 倒倒T型电阻网络型电阻网络D A转换器转换器 2R ABD +UR S2S3S1S0 2R2R2R2R R3R2R1R0 + + - A RF d3d2d1d0 0 RRR I3I1I0 I01 C 110 I2 IR UC = UR / 2 UB = UR /4 UA =

3、UR /8 UD = UR 即：即： 2R ABD +UR S2S3S1S0 2R2R2R2R R3R2R1R0 + + - A RF d3d2d1d0 0 RRR I3I1I0 I01 C 110 I2 IR RUI RR / 10 2 1 II 21 2 1 II 32 2 1 II R II 2 1 3 2R ABD +UR S2S3S1S0 2R2R2R2R R3R2R1R0 + + - A RF d3d2d1d0 0 RRR I3I1I0 I01 C 110 I2 IR 0 R 1 R 2 R 3 R 16842 d R U d R U d R U d R U )24(8 16 01

4、23 R dddd R U 012301 IIIII )24(8 2 0123 4 FR O dddd R RU U 2R ABD +UR S2S3S1S0 2R2R2R2R R3R2R1R0 + + - A RF d3d2d1d0 0 RRR I3I1I0 I01 C 110 I2 IR 1. .分辨率分辨率 0010 1023 1 12 1 10 . 集成集成 ADC 芯片举例芯片举例 AD7520各管脚功能：各管脚功能： d0 d9：十位数字量的输入端；：十位数字量的输入端； IO1、IO2：电流输出端；电流输出端； RF：反馈信号输入反馈信号输入端端； UDD：电源接线端电源接线端；

5、GND：接地端。接地端。 UR：参考电源，可正可负；参考电源，可正可负； UR IO1 IO2 RF GND d4 AD7520 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 UDD +UR d3 d2 d1 d0 d5 d6 d7 d8 d9 + + AD7520的外引线排列及连接电路的外引线排列及连接电路 DAC0832是八位的是八位的D/A转换器转换器, ,即在对其输入即在对其输入 八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获 得相应的模拟电压值。得相应的模拟电压值。 23.1.3 DAC0832 D/A转换器转换器

6、 DAC 0832 简化电路框图简化电路框图 DAC 0832 管脚分布图管脚分布图 CS WR1 WR2 AGND D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 UCC UREF RF DGND ILE XFER Iout1 Iout2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 19 18 17 16 15 14 13 12 11 20 片选信号，片选信号， 低电平有效低电平有效 写入控制，写入控制， 低电平有效低电平有效 模拟地端模拟地端 D0 D7 数字量输入数字量输入 参考电压参考电压 输入端输入端 DAC 0832 管脚分布图管脚分布图 CS WR1 WR2 AGND D4 D5

7、D6 D7 D0 D1 D2 D3 UCC UREF RF DGND ILE XFER Iout1 Iout2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 19 18 17 16 15 14 13 12 11 20 数字地端数字地端 反馈电阻反馈电阻 外接端外接端 CS WR1 WR2AGND D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 UCC UREF RF DGND ILE XFER Iout1 Iout2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 19 18 17 16 15 14 13 12 11 20 DAC 0832 管脚分布图管脚分布图 输入锁存允许信输入锁存允许信 号，高电平

8、有效号，高电平有效 芯片工作电压芯片工作电压 输入端输入端 写入控制端写入控制端 低电平有效，与低电平有效，与 配合使用配合使用 XFER CS WR1 WR2AGND D4 D5 D6 D7 D0 D1 D2 D3 UCC UREF RF DGND ILE XFER Iout1 Iout2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 19 18 17 16 15 14 13 12 11 20 DAC 0832 管脚分布图管脚分布图 电流输出端电流输出端 单极性输出时。单极性输出时。 Iout2接模拟地接模拟地 传送控制端传送控制端 低电平有效，与低电平有效，与 WR2 配合使用配合使用 模模数

9、数(A/D)转换器的任务是将模拟量转换成转换器的任务是将模拟量转换成 数字量数字量, ,它是模拟信号和数字仪器的接口。根据其它是模拟信号和数字仪器的接口。根据其 性能不同，类型也比较多。性能不同，类型也比较多。 下面介绍逐次逼近式下面介绍逐次逼近式A/D转换电路的原理和一转换电路的原理和一 种常用的集成电路组件。最后举例说明其应用。种常用的集成电路组件。最后举例说明其应用。 顺序脉冲顺序脉冲 发生器发生器 逐次逼近逐次逼近 寄存器寄存器 DAC 电压电压 比较器比较器 输出数字量输出数字量输入电压输入电压 Ui UA 逐次逼近型模逐次逼近型模数转换器原理框图数转换器原理框图 8 g + 4 g

10、 8 g + 4 g + 2 g 8 g + 4 g + 1 g 8 g8g 13g ， 12g 13g， 13g 13g， 13g 暂时结果暂时结果 砝砝 码码 重重 比比 较较 判判 断断 顺顺 序序 Q F3 SRR F2 S Q R F1 S Q R F0 S Q & d3 & d2 & d1 & d0 读出读出“与门与门” & 111 d3 d0 E 读出控制端读出控制端 UiUA 电压电压 比较器比较器 逐次逼近逐次逼近 寄存器寄存器 控制逻辑门控制逻辑门 时钟脉冲时钟脉冲 五位顺序脉冲发生器五位顺序脉冲发生器 四位逐次逼近型模四位逐次逼近型模- -数转换器的原理电路数转换器的原理

11、电路 四位四位D/A转换器转换器 C Q4Q3Q2Q1Q0 d2 d1 uO 时钟时钟 1 0 0 0 6V 5. 5V 4V 5V 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 )2222( 2 8 0 0 1 1 2 2 3 3 4 A ddddU D/A转换器输出转换器输出UA为正值为正值 )222( 2 8 0 0 6 6 7 7 8 A dddU 6 VU / A 3 D 2 D 1 D 0 D t0t1t3 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 t2 R3 2 1 1U,D对对应应于于时时 R2 4 1 1U,D对对应应于于时时 R1 8

12、 1 1U,D对对应应于于时时 R0 16 1 1U,D对对应应于于时时 V,8 R U设设参参考考电电压压 5 4 3 2 1 0 。输输入入电电压压V52. 5 I U 输输出出数数字字量量转转换换完完毕毕 , 1011 0123 dddd V5 . 5 U对应模拟电压对应模拟电压 1. 分辨率分辨率 以输出二进制数的位数表示分辨率。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。位数越多，误差越小，转换精度越高。 2. 转换速度转换速度 完成一次完成一次A/D转换所需要的时间，即从它接到转转换所需要的时间，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换控制

13、信号起，到输出端得到稳定的数字量输出 所需要的时间。所需要的时间。 3. 相对精度相对精度 实际转换值和理想特性之间的最大偏差。实际转换值和理想特性之间的最大偏差。 4. .其它其它 功率、电源电压、电压范围等。功率、电源电压、电压范围等。 8 通 通 道道 模模 拟拟 开开 关关 比较器比较器 逻辑控制逻辑控制 逐次逼近逐次逼近 寄存器寄存器 D/A转换器转换器 地址锁存地址锁存 译译 码码 器器 三态输出锁存器三态输出锁存器 23.2.2 双积分型双积分型A/D转换器转换器 双积分型双积分型A/D转换器属于电压时间变换的间接转换器属于电压时间变换的间接 A/D转换器。转换器。 基本原理是将

14、一段时间内的输入模拟电压基本原理是将一段时间内的输入模拟电压 Ui 和和 参考电压参考电压UR 通过两次积分，变换成与输入电压平均通过两次积分，变换成与输入电压平均 值成正比的时间间隔值成正比的时间间隔, ,再变换成正比于输入模拟信号再变换成正比于输入模拟信号 的数字量。的数字量。 S1R S2 C uA 积分器积分器 CP _ + n n位二进制位二进制 计数器计数器 & + A C _ + + Q0Q1Qn-1 逻辑逻辑 控制控制 电路电路 1K 1J RD FFS RD -UR uS1 uC G d0d1dn-1 uL +ui Q 双积分型双积分型A/D转换器的电路图转换器的电路图 A/

15、D转换器的工作波形图转换器的工作波形图 uA t t t O O T1T2 O t O uS1u1 -UR uC CP 2n个个N个个 定时定时定压定压 ui小小 ui大大 (1) 转换开始前转换开始前 转换信号转换信号uC=0，各触发，各触发 器清零器清零, ,并使并使S2闭合闭合,让积让积 分电路的电容分电路的电容C完全放电。完全放电。 使使uL=1，由控制电路将，由控制电路将， S2断开，并将断开，并将S1接到输入接到输入 电压端，积分电路开始对电压端，积分电路开始对 uI积分。积分输出积分。积分输出uA为负为负 值，比较器输出值，比较器输出uC为为1， 开通开通CP控制门控制门G，计数器，计数器 开始计数。开始计数。 (2) 对输入模拟电压的积分对输入模拟电压的积分 A/D转换器的工作波形图转换器的工作波形图 uA t t t O O T1T2 O t O uS1u1 -UR uC CP 2n个个N个个 定时定时定压定压