数模转换和模数转换原理ppt课件

1、第第8 8章章 数模和模数转换数模和模数转换 8.1 概述概述 8.2 数模转换器数模转换器 8.3 模数转换器模数转换器传感器传感器(温度、压力、温度、压力、流量等模拟流量等模拟量量A/D计算机计算机数字数字量量显示器显示器D/A执行部件执行部件模拟量控模拟量控制制打印机打印机8.1 8.1 概述概述可以将模拟量转换为可以将模拟量转换为数字量的器件称为模数字量的器件称为模数转换器，简称数转换器，简称A/DA/D转转换器或换器或ADCADC。可以将数字量转换为可以将数字量转换为模拟量的器件称为数模拟量的器件称为数模转换器，简称模转换器，简称D/AD/A转转换器或换器或DACDAC。 ADC A

2、DC和和DACDAC是沟通模拟电路和数字电是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口路的桥梁，也可称之为两者之间的接口. .ADCADC和和DACDAC的运用：的运用： D/A D/A转换器本质上是一个译码器解码器。普通常转换器本质上是一个译码器解码器。普通常用的线性用的线性D/AD/A转换器，其输出模拟电压转换器，其输出模拟电压uOuO和输入数字量和输入数字量DnDn之间成正比关系。之间成正比关系。UREFUREF为参考电压。为参考电压。一、一、D/AD/A转换器的根本任务原理转换器的根本任务原理8.2 8.2 数模转换器数模转换器 D/A D/A转换器是将输入的二进制数字量转

3、换成模拟量，转换器是将输入的二进制数字量转换成模拟量，以电压或电流的方式输出。以电压或电流的方式输出。 uo或或io 输输出出 D/A d0 d1 dn1 输输入入 Dn (LSB) (MSB) uODnUREF 将输入的每一位二进制代码按其权值大小转换成相应将输入的每一位二进制代码按其权值大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，那么所得的总的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，那么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。量的转换。 1-n0iREFiiREF00REF11REF2n2nREF1n1nRE

4、FnoU2d U2dU2dU2dU2d UDu8.2 8.2 数模转换器数模转换器 1-n0iii00112n2n1n1nn2d2d2d2d2dD即：即：D/AD/A转换器的输出电压转换器的输出电压uOuO，等于代码为，等于代码为1 1的各位所对应的各位所对应的各分模拟电压之和。的各分模拟电压之和。 D/A D/A转换器普通由数码缓冲存放器、模拟电子开关、转换器普通由数码缓冲存放器、模拟电子开关、参考电压、解码网络和求和电路等组成。参考电压、解码网络和求和电路等组成。 8.2 8.2 数模转换器数模转换器数码缓冲数码缓冲存放器存放器n位数控位数控模拟开关模拟开关解码网络解码网络n位数字位数字量

5、输入量输入模拟量模拟量输出输出求和电路求和电路参考电压参考电压n n 位位D/AD/A转换器方框图转换器方框图 数字量以串行或并行方式输入，并存储在数码缓冲存数字量以串行或并行方式输入，并存储在数码缓冲存放器中；存放器输出的每位数码驱动对应数位上的电子开放器中；存放器输出的每位数码驱动对应数位上的电子开关，将在解码网络中获得的相应数位权值送入求和电路；关，将在解码网络中获得的相应数位权值送入求和电路；求和电路将各位权值相加，便得到与数字量对应的模拟量。求和电路将各位权值相加，便得到与数字量对应的模拟量。 Sn-1 Sn-2 S2 S1 S0 In-1 In-2 I2 I1 I0 20R 21R

6、 2n-3R 2n-2R 2n-1R A (MSB) (LSB) dn-1 dn-2 d2 d1 d0 RF (R/2) u0 UREF + I 1. 权电阻网络权电阻网络D/A转换器转换器 权电阻网络权电阻网络DAC原理图原理图 8.2 8.2 数模转换器数模转换器二、二、D/AD/A转换器的主要电路方式转换器的主要电路方式权电阻权电阻双向模拟开关双向模拟开关数字量输入数字量输入 模模拟拟量量输输出出 权电阻的陈列顺序和权值的陈列顺序相反。权电阻的陈列顺序和权值的陈列顺序相反。运算放大器运算放大器 集成运算放大器，作为求和权电阻网络的缓冲，并将电流集成运算放大器，作为求和权电阻网络的缓冲，并

7、将电流转换为电压输出。转换为电压输出。8.2 8.2 数模转换器数模转换器 Sn-1 Sn-2 S2 S1 S0 In-1 In-2 I2 I1 I0 20R 21R 2n-3R 2n-2R 2n-1R A (MSB) (LSB) dn-1 dn-2 d2 d1 d0 RF (R/2) u0 UREF + I 0I0d2R2UR2UI1diii1nREFi1nREFii时，时，时，时，权电阻网络权电阻网络DACDAC的原理分析的原理分析 开关开关SiSi的位置受数据锁存器输出的数码的位置受数据锁存器输出的数码didi控制：当控制：当di=1di=1时，时，SiSi将将对应的权电阻接到参考电压对

8、应的权电阻接到参考电压UREFUREF上；当上；当di=0di=0时，时，SiSi将对应的权电阻接将对应的权电阻接地。地。i1nREFii1nREFii2R2UdR2UdI 虚短虚短8.2 8.2 数模转换器数模转换器 1-n0iii1-nREFi -1-nREF1-n0ii1-n0ii0122n1n2dR2UR2UdI IIIIII虚断虚断运算放大器总的输入电流为运算放大器总的输入电流为 运算放大器输出电压为运算放大器输出电压为 1n0iii1nREFFFO2dR2URIRu令令 RF=R/2 RF=R/2 ，那么，那么nnREF1n0iiinREFOD2U2d2Uu 即：输出的模拟电压即：

9、输出的模拟电压uOuO正比于输入的数字量正比于输入的数字量DnDn，从而实现，从而实现了从数字量到模拟量的转换。了从数字量到模拟量的转换。因此因此uOuO的变化范围是的变化范围是 REFnnU2120 8.2 8.2 数模转换器数模转换器当当Dn=Dn-1D0=0时，时，uO=0；当当Dn=Dn-1D0=111时，时， 。REFnnOU212u 权电阻网络权电阻网络D/AD/A转换器的特点转换器的特点优点：构造简单，电阻元件数较少；优点：构造简单，电阻元件数较少；缺陷：阻值相差较大，制造工艺复杂。缺陷：阻值相差较大，制造工艺复杂。8.2 8.2 数模转换器数模转换器 A (MSB) (LSB)

10、 dn-1 dn-2 d2 d1 d0 RF (R) u0 UREF Sn-1 Sn-2 S2 S1 S0 2R 2R 2R 2R 2R 2R R R R R + 2. 倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器 数字量输入数字量输入 模模拟拟量量输输出出 电阻解码网络中，电阻只需电阻解码网络中，电阻只需R R和和2R2R两种，并构成倒两种，并构成倒T T型电阻网型电阻网络。当络。当di=1di=1时，相应的开关时，相应的开关SiSi接到求和点；当接到求和点；当di=0di=0时，相应的开时，相应的开关关SiSi接地。但由于虚短，求和点和地相连，所以不论开关如何转接地。但由于虚短，求和点和地

11、相连，所以不论开关如何转向，电阻向，电阻2R2R总是与地相连。这样，倒总是与地相连。这样，倒T T型网络的各节点向上看和型网络的各节点向上看和向右看的等效电阻都是向右看的等效电阻都是2R2R，整个网络的等效输入电阻为，整个网络的等效输入电阻为R R。求和点求和点倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器原理图转换器原理图 8.2 8.2 数模转换器数模转换器 A (MSB) (LSB) dn-1 dn-2 d2 d1 d0 RF (R) u0 UREF Sn-1 Sn-2 S2 S1 S0 2I 2I 2I 2I 2I n1-n2-n21 2R 2R 2R 2R 2R 2R R R R R n1-

12、n2-n212I 2I 2I 2I 2I I + I 参考电压参考电压UREF供出的总电流为：供出的总电流为：RUIREF 0I0d2R2U2II1diiinREFinii时，时，时，时，inREFiinii2R2Ud2IdI 分流：流入求和点的各支路电流为：分流：流入求和点的各支路电流为： 1n0iiinREF1n0iiin00112n2n1n1nnn01n122n11n012-n1-n2dR2U2d2I2d2d2d2d2I2Id2Id2Id2IdIIIII)(8.2 8.2 数模转换器数模转换器流入求和点的电流为：流入求和点的电流为：虚断，运算放大器的输出电压为：虚断，运算放大器的输出电压

13、为： 1n0iiinREFFFO2dR2URIRu倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器的特点：转换器的特点： 优点：电阻种类少，只需优点：电阻种类少，只需R和和2R，提高了制造精度；而，提高了制造精度；而且支路电流流入求和点不存在时间差，提高了转换速度。且支路电流流入求和点不存在时间差，提高了转换速度。 运用：它是目前集成运用：它是目前集成D/A转换器中转换速度较高且运用转换器中转换速度较高且运用较多的一种，如较多的一种，如8位位D/A转换器转换器DAC0832，就是采用倒，就是采用倒T型电型电阻网络。阻网络。8.2 8.2 数模转换器数模转换器令令 RF=R RF=R ，那么，那么nnRE

14、F1n0iiinREFOD2U2d2Uu 即：输出的模拟电压即：输出的模拟电压uOuO正比于输入的数字量正比于输入的数字量DnDn，从而实现了，从而实现了从数字量到模拟量的转换。从数字量到模拟量的转换。分辨率用于表征分辨率用于表征D/AD/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。转换器对输入微小量变化的敏感程度。 121UUnm 分辨率分辨率 分辨率越高，转换时对输入量的微小变化的反响越灵敏。分辨率越高，转换时对输入量的微小变化的反响越灵敏。 而分辨率与输入数字量的位数有关，而分辨率与输入数字量的位数有关，n越大，分辨率越高。越大，分辨率越高。 8.2 8.2 数模转换器数模转换器1. 分辨率分辨

15、率 三、三、D/AD/A转换器的主要技术目的转换器的主要技术目的D/A转换器模拟输出电压能够被分别的等级数可用输转换器模拟输出电压能够被分别的等级数可用输入数字量的位数入数字量的位数n表示表示D/A转换器的分辨率；转换器的分辨率；可用可用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比来表转换器的最小输出电压与最大输出电压之比来表示分辨率。示分辨率。05/75001010011100 101110111vo/VD0008.2 8.2 数模转换器数模转换器2. 转换精度转换精度 D/A D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实践值与理想转换器的转换精度是指输出模拟电压的实践值与理想值之差，即最大静

16、态转换误差。值之差，即最大静态转换误差。3. 转换速度转换速度 从输入的数字量发生突变开场，从输入的数字量发生突变开场，到输出电压进入与稳定值相差到输出电压进入与稳定值相差0.5LSB0.5LSB范围内所需求的时间，称为范围内所需求的时间，称为建立时间建立时间tsettset。目前单片集成。目前单片集成D/AD/A转转换器不包括运算放大器的建立时换器不包括运算放大器的建立时间最短到达间最短到达0.10.1微秒以内。微秒以内。 4. 温度系数温度系数 在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。普通用满刻度输出条件下温度每升高化量。普

17、通用满刻度输出条件下温度每升高11，输出电压变，输出电压变化的百分数作为温度系数。化的百分数作为温度系数。8.2 8.2 数模转换器数模转换器1.DAC08321.DAC0832构造框图构造框图 四、四、8 8位集成位集成DAC0832DAC08328位位输入输入存放器存放器8位位DAC存放器存放器8位位D/A转换器转换器UREFIOUT2RfbAGNDV CCDGNDDI7DI0CSW R1W R2XFERILELELEI O UT1&RFB 它由一个它由一个8 8位输入存放器、一个位输入存放器、一个8 8位位DACDAC存放器和一个存放器和一个8 8位位D/AD/A转换器三大转换器

18、三大部分组成，部分组成，D/AD/A转换器采用了倒转换器采用了倒T T型型R-2RR-2R电阻网络。电阻网络。LELE1 1，跟随，跟随 0 0，锁存，锁存8.2 8.2 数模转换器数模转换器2.DAC08322.DAC0832引脚功能引脚功能 DI7DI7DI0DI0：8 8位输入数据信号。位输入数据信号。IOUT1IOUT1：DACDAC输出电流输出电流1 1。当。当DACDAC锁存器中为全锁存器中为全1 1时，时，IOUT1IOUT1最大最大满量程输出；为全满量程输出；为全0 0时，时，IOUT1IOUT1为为0 0。 IOUT2IOUT2：DACDAC输出电流输出电流2 2。它作为运算

19、放大器的另一个差分输入。它作为运算放大器的另一个差分输入信号普通接地。满足信号普通接地。满足 IOUT1+IOUT2 IOUT1+IOUT2 满量程输出电流。满量程输出电流。RfbRfb：反响电阻内已含一个反响电阻接线端。：反响电阻内已含一个反响电阻接线端。DAC0832DAC0832中无中无运放，且为电流输出，运用时须外接运放。芯片中已设置了运放，且为电流输出，运用时须外接运放。芯片中已设置了RfbRfb，只需将此引脚接到运放的输出端即可。假设运放增益不够，还只需将此引脚接到运放的输出端即可。假设运放增益不够，还须外加反响电阻。须外加反响电阻。ILEILE：输入锁存允许信号，高电平有效。：输

20、入锁存允许信号，高电平有效。 CSCS：片选信号，低电平有效。：片选信号，低电平有效。 WR1WR1：输入数据选通讯号，低电平有效。：输入数据选通讯号，低电平有效。 上升沿锁存上升沿锁存XFERXFER：数据传送选通讯号，低电平有效。：数据传送选通讯号，低电平有效。 WR2WR2：数据传送选通讯号，低电平有效。：数据传送选通讯号，低电平有效。 上升沿锁存上升沿锁存8.2 8.2 数模转换器数模转换器 任何导线都可以被了解成电阻，因此，虽然连在一同的任何导线都可以被了解成电阻，因此，虽然连在一同的“地，其各个位置上的电压也并非一致的，对于数字电路，地，其各个位置上的电压也并非一致的，对于数字电路

21、，由于噪声容限较高，通常是不需求思索由于噪声容限较高，通常是不需求思索“地的方式的，但对地的方式的，但对于模拟电路而言，这个不同地方的于模拟电路而言，这个不同地方的“地对丈量的精度是构成地对丈量的精度是构成影响的，因此，通常是把数字电路部分的地和模拟部分的地分影响的，因此，通常是把数字电路部分的地和模拟部分的地分开布线，只在板中的一点把它们衔接起来。开布线，只在板中的一点把它们衔接起来。 DGNDDGND：数字地，是控制电路中各种数字电路的零电位。：数字地，是控制电路中各种数字电路的零电位。 AGNDAGND：模拟地，是放大器、：模拟地，是放大器、A/DA/D和和D/AD/A转换器中模拟电路的

22、零电位。转换器中模拟电路的零电位。 UREFUREF：参考电压输入。普通此端外接一个准确、稳定的电压：参考电压输入。普通此端外接一个准确、稳定的电压基准源。基准源。UREFUREF可在可在-10V-10V至至+10V+10V范围内选择。范围内选择。UCCUCC：电源输入端普通取：电源输入端普通取+5V+5V+15V+15V。 3.DAC08323.DAC0832特性参数特性参数 8.2 8.2 数模转换器数模转换器分辨率：分辨率： 8 8位位建立时间：建立时间： 1s 1s增益温度系数：增益温度系数： 20ppm/ 20ppm/ppm-ppm-百万分之一，百万分之一，10-610-6输入电平：

23、输入电平： TTL TTL功耗：功耗： 20mW 20mW4.DAC08324.DAC0832任务方式任务方式 当当ILEILE、CSCS和和WR1WR1同时有效时，输入数据同时有效时，输入数据DI7DI7DI0DI0进入输入进入输入存放器；并在存放器；并在WR1WR1的上升沿实现数据锁存。当的上升沿实现数据锁存。当WR2WR2和和XFERXFER同时有同时有效时，输入存放器的数据进入效时，输入存放器的数据进入DACDAC存放器；并在存放器；并在WR2WR2的上升沿实的上升沿实现数据锁存。八位现数据锁存。八位D/AD/A转换电路随时将转换电路随时将DACDAC存放器的数据转换为存放器的数据转换

24、为模拟信号模拟信号IOUT1+IOUT2IOUT1+IOUT2输出。输出。 DAC0832 DAC0832 的运用有双缓冲器型、单缓冲器型和直通型三种的运用有双缓冲器型、单缓冲器型和直通型三种任务方式。任务方式。 DAC0832DAC0832的三种任务方式的三种任务方式 8.2 8.2 数模转换器数模转换器b b单缓冲方式：适宜在不要求多片单缓冲方式：适宜在不要求多片D/AD/A同时输出时。此时只需一次写操同时输出时。此时只需一次写操作，就开场转换，提高了作，就开场转换，提高了D/AD/A的数据吞吐量。的数据吞吐量。a a双缓冲方式：采用二次缓冲方式，可在输出的同时，采集下一个数双缓冲方式：采

25、用二次缓冲方式，可在输出的同时，采集下一个数据，提高了转换速度；也可在多个转换器同时任务时，实现多通道据，提高了转换速度；也可在多个转换器同时任务时，实现多通道D/AD/A的的同步转换输出。同步转换输出。c c直通方式：输出随输入的变化随时转换。直通方式：输出随输入的变化随时转换。 A/D A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程经过转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程经过取样、坚持、量化和编码四个步骤完成。取样、坚持、量化和编码四个步骤完成。 8.3 8.3 模数转换器模数转换器一、一、A/DA/D转换器的根本任务原理转换器的根本任务原理采样坚持量化编码VIDO模拟量输入模拟量输入

26、数字量输出数字量输出 取样也称采样是将时间上延续变化的信号，转换为时取样也称采样是将时间上延续变化的信号，转换为时间上离散的信号，即将时间上延续变化的模拟量转换为一系列间上离散的信号，即将时间上延续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。1.1.取样和坚持取样和坚持 8.3 8.3 模数转换器模数转换器取样过程取样过程 采样脉冲采样脉冲 输输入入模模拟拟信信号号 采采样样输输出出信信号号 maxf2fs 模拟信号经采样后，得到一系列样值脉冲。采样脉冲宽度模拟信号经采样后，得到一系列样值脉冲。采样脉冲宽度普通是很短暂的，在下一个

27、采样脉冲到来之前，应暂时坚持普通是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时坚持所获得的样值脉冲幅度，以便进展转换。因此，在取样电路之所获得的样值脉冲幅度，以便进展转换。因此，在取样电路之后须加坚持电路。后须加坚持电路。8.3 8.3 模数转换器模数转换器在采样脉冲在采样脉冲S(t)S(t)到来的时间到来的时间内，内，VTVT导通，导通，UI(t)UI(t)向电容向电容C C充电，假充电，假定充电时间常数远小于定充电时间常数远小于，那么有：，那么有：UO(t)UO(t)US(t)US(t)UI(t)UI(t)。采样。采样采样终了，采样终了，VTVT截止，而电容截止，而电容C C上电压坚持充电电

28、压上电压坚持充电电压UI(t)UI(t)不变，直到不变，直到下一个采样脉冲到来为止。坚持下一个采样脉冲到来为止。坚持 场效应管场效应管VTVT为采样门，电容为采样门，电容C C为坚持电容，运算放大器为跟为坚持电容，运算放大器为跟随器，起缓冲隔离作用。随器，起缓冲隔离作用。取样坚持电路及输出波形取样坚持电路及输出波形 输入的模拟电压经过取样坚持后，得到的是阶梯波。而该阶输入的模拟电压经过取样坚持后，得到的是阶梯波。而该阶梯波仍是一个可以延续取值的模拟量，但梯波仍是一个可以延续取值的模拟量，但n n位数字量只能表示位数字量只能表示2n2n个数值。因此，用数字量来表示延续变化的模拟量时就有一个类个数

29、值。因此，用数字量来表示延续变化的模拟量时就有一个类似于四舍五入的近似问题。似于四舍五入的近似问题。8.3 8.3 模数转换器模数转换器2.2.量化和编码量化和编码 将采样后的样值电平归化到与之接近的离散电平上，这个过将采样后的样值电平归化到与之接近的离散电平上，这个过程称为量化。指定的离散电平称为量化电平程称为量化。指定的离散电平称为量化电平Uq Uq 。用二进制数码。用二进制数码来表示各个量化电平的过程称为编码。两个量化电平之间的差值来表示各个量化电平的过程称为编码。两个量化电平之间的差值称为量化单位称为量化单位，位数越多，量化等级越细，位数越多，量化等级越细，就越小。取样坚就越小。取样坚

30、持后未量化的持后未量化的UoUo值与量化电平值与量化电平UqUq值通常是不相等的，其差值称为值通常是不相等的，其差值称为量化误差量化误差，即，即=Uo-Uq=Uo-Uq。量化的方法普通有两种：只舍不入法和有舍有入法。量化的方法普通有两种：只舍不入法和有舍有入法。8.3 8.3 模数转换器模数转换器1)1)只舍不入法只舍不入法 当当UoUo的尾数的尾数时，时，舍尾取整。这种方法舍尾取整。这种方法总总为正值，为正值，maxmax 。 2)2)有舍有入法有舍有入法 当当UoUo的尾数的尾数/2/2时，时，舍 尾 取 整 ； 当舍 尾 取 整 ； 当 U oU o 的 尾 数的 尾 数/2/2时，舍尾

31、入整。这种时，舍尾入整。这种方法方法可正可负，但是可正可负，但是| | max|= /2max|= /2。可见，它的。可见，它的误差要小。误差要小。 A/D A/D转换器有直接转换法和间接转换法两大类。转换器有直接转换法和间接转换法两大类。 直接法是经过一套基准电压与取样坚持电压进展比较，从直接法是经过一套基准电压与取样坚持电压进展比较，从而直接将模拟量转换成数字量。其特点是任务速度高，转换精而直接将模拟量转换成数字量。其特点是任务速度高，转换精度容易保证，调准也比较方便。直接度容易保证，调准也比较方便。直接A/DA/D转换器有计数型、逐次转换器有计数型、逐次比较型、并行比较型等。比较型、并行

32、比较型等。 间接法是将取样后的模拟信号先转换成中间变量时间间接法是将取样后的模拟信号先转换成中间变量时间t t或频或频率率f, f, 然后再将然后再将t t或或f f转换成数字量。其特点是任务速度较低，但转换成数字量。其特点是任务速度较低，但转换精度可以做得较高，且抗干扰性强。间接转换精度可以做得较高，且抗干扰性强。间接A/DA/D转换器有单次转换器有单次积分型、双积分型等。积分型、双积分型等。8.3 8.3 模数转换器模数转换器二、二、A/DA/D转换器的主要电路方式转换器的主要电路方式8.3 8.3 模数转换器模数转换器 R + C5 + C6 + C4 + C3 + C2 + C1 +

33、C0 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 1D C1 & & & & & & UREF ui d2 d1 d0 R/2 R R R R R R CP 电电 压压 比比较较 器器 FF7 FF6 FF5 FF4 FF3 FF2 FF1 寄寄 存存 器器 编编 码码 器器 15U13REF 15U11REF 15U9REF 15U7REF 15U5REF 15U3REF 15U1REF 1. 并行比较型并行比较型A/D转换器转换器 量化电平根据有舍有量化电平根据有舍有入划分为入划分为7 7个电平。个电平。量化单位为

34、量化单位为 =(2/15)UREF=(2/15)UREF量化误差为量化误差为|max|= |max|= (1/15)UREF(1/15)UREF电压比较器电压比较器 U+U- U+U-时，时，CiCi1 1； U+ U+U-U-时，时，CiCi0 0。 8.3 8.3 模数转换器模数转换器 并行比较型并行比较型A/DA/D转换器真值表转换器真值表1输入模拟电压存放器形状数字量输出编码器输入编码器输出QQQQQQQ6543210ddd210uI15()15)(1515)(1515)(1515)(1515)(1515)(1515)(1033557799111113131UREFUREFUREFUR

35、EFUREFUREFUREFUREF00000011111111111110111001100110110111000100100000000100000001010011100101110111例如：例如：uIuI4.2V4.2V，UREFUREF6V6V。3.6V3.6V4.4V4.4V那么数字量输出那么数字量输出d2d1d0d2d1d0101101。优点：转换速度很快，故又称高速优点：转换速度很快，故又称高速A/DA/D转换器。含有存放器转换器。含有存放器的的A/DA/D转换器兼有取样坚持功能，所以它可以不用附加取样坚转换器兼有取样坚持功能，所以它可以不用附加取样坚持电路。持电路。缺陷：

36、电路复杂，对于一个缺陷：电路复杂，对于一个n n位二进制输出的并行比较型位二进制输出的并行比较型A/DA/D转换器，需转换器，需n -1n -1个电压比较器和个电压比较器和2n -12n -1个触发器，编码电路个触发器，编码电路也随也随n n的增大变得相当复杂。且转换精度还受分压网络和电压的增大变得相当复杂。且转换精度还受分压网络和电压比较器灵敏度的限制。比较器灵敏度的限制。 因此，这种转换器适用于高速，因此，这种转换器适用于高速， 精度较低的场所。精度较低的场所。 8.3 8.3 模数转换器模数转换器并行比较型并行比较型A/DA/D转换器的特点：转换器的特点：2. 逐次逼近型逐次逼近型A/D

37、转换器转换器 8.3 8.3 模数转换器模数转换器 取样保持 n位DAC 控制逻辑 + - + C 时钟源 Qn-1Qn-2Qn-3 Q2Q1Q0 逐位逼近寄存器 （SAR） 输出寄存器 转换控 制信号 模拟输入 u1 u1 偏移电压 u0 u0 /2 UREF 比较器 UC CP US dn-1(MSB) dn-2 n位并行 d2 数字输出 d1 d0 (LSB) 逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D转换器原理图转换器原理图 8.3 8.3 模数转换器模数转换器转换开场前先将逐次逼近存放器转换开场前先将逐次逼近存放器SARSAR清清“0 0；开场转换以后，第一个时钟脉冲首先将存放器最高位置成开场

38、转换以后，第一个时钟脉冲首先将存放器最高位置成1 1，使输出数字为使输出数字为10001000。这个数码被。这个数码被D/AD/A转换器转换成相应的模转换器转换成相应的模拟电压拟电压uouo，经偏移，经偏移/2/2后得到后得到uOuOuOuO/2/2，并送到比较器，并送到比较器中与中与uIuI进展比较。假设进展比较。假设uIuIuouo，阐明数字过大，故将最，阐明数字过大，故将最高位的高位的1 1去除置零；假设去除置零；假设uIuouIuo，阐明数字还不够大，应，阐明数字还不够大，应将这一位保管。将这一位保管。然后，按同样的方法将次高位置成然后，按同样的方法将次高位置成1 1，并且经过比较以后

39、确，并且经过比较以后确定这个定这个1 1是保管还是去除。这样逐位比较下去，不断到最低位是保管还是去除。这样逐位比较下去，不断到最低位为止。比较终了后，为止。比较终了后，SARSAR中的形状就是所要求的数字量输出。中的形状就是所要求的数字量输出。逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D转换器的任务原理：转换器的任务原理： 8.3 8.3 模数转换器模数转换器例：假设例：假设UREFUREF-4V-4V，n n4 4。当采样坚持电路输出电压。当采样坚持电路输出电压uI=2.49VuI=2.49V时，试列表阐明逐次逼近型时，试列表阐明逐次逼近型ADCADC电路的电路的A/DA/D转换过程。转换过程。解：量化

40、单位为解：量化单位为V2501642|U|nREF. 偏移电压为偏移电压为/20.125V转换的结果为：转换的结果为：d3d2d1d01010。 双积分型双积分型ADCADC的转换原理是先将模拟电压的转换原理是先将模拟电压UIUI转换成与其大转换成与其大小成正比的时间间隔小成正比的时间间隔T T，再利用基准时钟脉冲经过计数器将，再利用基准时钟脉冲经过计数器将T T变变换成数字量。换成数字量。 8.3 8.3 模数转换器模数转换器3.3.双积分型双积分型A/DA/D转换器转换器 这种这种A/DA/D转换器具有很多优点。首先，其转换结果与时间转换器具有很多优点。首先，其转换结果与时间常数常数RCR

41、C无关，从而消除了由于斜波电压非线性带来的误差，无关，从而消除了由于斜波电压非线性带来的误差，允许积分电容在一个较宽范围内变化，而不影响转换结果。允许积分电容在一个较宽范围内变化，而不影响转换结果。其次，由于输入信号积分的时间较长，且是一个固定值其次，由于输入信号积分的时间较长，且是一个固定值T1T1，而而T2T2正比于输入信号在正比于输入信号在T1T1内的平均值，这对于叠加在输入信内的平均值，这对于叠加在输入信号上的干扰信号有很强的抑制才干。最后，这种号上的干扰信号有很强的抑制才干。最后，这种A/DA/D转换器不转换器不用采用高稳定度的时钟源，它只需求时钟源在一个转换周期用采用高稳定度的时钟

42、源，它只需求时钟源在一个转换周期T1+T2T1+T2内坚持稳定即可。这种转换器被广泛运用于要求精内坚持稳定即可。这种转换器被广泛运用于要求精度较高而转换速度要求不高的仪器中。度较高而转换速度要求不高的仪器中。 mVVV44.2096410101221分辨率分辨率= 1. 1. 分辨率分辨率 分辨率指分辨率指A/DA/D转换器对输入模拟信号的分辨才干。从实际转换器对输入模拟信号的分辨才干。从实际上讲，一个上讲，一个n n位二进制数输出的位二进制数输出的A/DA/D转换器应能区分输入模拟电转换器应能区分输入模拟电压的压的2n2n个不同量级，能区分输入模拟电压的最小差别为个不同量级，能区分输入模拟电

43、压的最小差别为 满量程输入的满量程输入的1/2n1/2n。 FSRn218.3 8.3 模数转换器模数转换器三、三、A/DA/D转换器的主要技术目的转换器的主要技术目的例如，例如，A/DA/D转换器的输出为转换器的输出为1212位二进制数，最大输入模拟信号位二进制数，最大输入模拟信号为为10V10V，那么其分辨率为，那么其分辨率为 2. 2. 转换时间转换时间 转换时间是指转换时间是指A/DA/D转换器从接到转换启动信号开场，到输转换器从接到转换启动信号开场，到输出端获得稳定的数字信号所经过的时间。出端获得稳定的数字信号所经过的时间。 A/D A/D转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型，不

44、同转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型，不同类型类型A/DA/D转换器的转换速度相差很大。转换器的转换速度相差很大。双积分型双积分型A/DA/D转换器的转换速度最慢，需几百毫秒左右；转换器的转换速度最慢，需几百毫秒左右；逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D转换器的转换速度较快，需几十微秒；转换器的转换速度较快，需几十微秒；并行比较型并行比较型A/DA/D转换器的转换速度最快，仅需几十纳秒时间。转换器的转换速度最快，仅需几十纳秒时间。 8.3 8.3 模数转换器模数转换器8.3 8.3 模数转换器模数转换器3. 3. 转换误差转换误差 它表示它表示A/DA/D转换器实践输出的数字量和实际上输出的

45、数字量转换器实践输出的数字量和实际上输出的数字量之间的差别。常用最低有效位的倍数表示。之间的差别。常用最低有效位的倍数表示。例如，转换误差例如，转换误差 。就阐明实践输出的数字量和实。就阐明实践输出的数字量和实际上应得到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字。际上应得到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字。LSB21例：某信号采集系统要求用一片例：某信号采集系统要求用一片A/DA/D转换集成芯片在转换集成芯片在1s1s内对内对1616个热电个热电偶的输出电压分数进展偶的输出电压分数进展A/DA/D转换。知热电偶输出电压范围为转换。知热电偶输出电压范围为0 025mV25mV对应于对应于0 0450450温度范围，需分辨的温度为温度范围，需分辨的温度为0.10.1，试问应选择，试问应选择几位的几位的A/DA/D转换器？其转换时间为多少？转换器？其转换时间为多少？解：解：4500145010 .分辨率分辨率= 4