模拟量和数字量的转换

模拟量和数字量的转换第1页，课件共35页，创作于2023年2月第24章模拟量和数字量的转换本章要求1.了解数-模、模-数转换的基本概念和转换原理。2.了解数-模、模-数转换常用芯片的使用方法。第2页，课件共35页，创作于2023年2月

模

数与数

模转换器是计算机与外部设备的重要接口,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

数转换器(简称A/D转换器或ADC)；传感器模拟控制模拟信号数字计算机数字控制数字信号ADCDAC

将数字量转换为模拟量的装置称为数

模转换器(简称D/A转换器或DAC)第3页，课件共35页，创作于2023年2月第4页，课件共35页，创作于2023年2月第5页，课件共35页，创作于2023年2月第6页，课件共35页，创作于2023年2月2.转换原理分析输入数字量和输出模拟电压Uo之间的关系

T型网络开路时的输出电压UA即是反相比例运算电路的输入电压。反相比例运算电路T型电子网络2RA+URS2S0S1S32R2R2R2Rd0d1d2d30RRR110Uo++-ARF2R0011+–第7页，课件共35页，创作于2023年2月2.转换原理用戴维宁定理和叠加定理计算UAA+URS2S0S1S32R2R2R2Rd0d1d2d30RRR1102R0011最低位(LSB)最高位(MSB)1000对应二进制数为0001第8页，课件共35页，创作于2023年2月2.

转换原理对应二进制数为0001时，A2R2R2RRRRR等效电路如右下图11

22

33

2R2R2R2RRRR2RURARA00

第9页，课件共35页，创作于2023年2月2.转换原理对应二进制数为0001时，等效电路如下RA同理：对应二进制数为0010时，有同理：对应二进制数为1000时，有同理：对应二进制数为0100时，有AR第10页，课件共35页，创作于2023年2月2.转换原理

T型网络开路时的输出电压UA，即等效电源电压UE。等效电阻为R等效电路如右图RAUE第11页，课件共35页，创作于2023年2月2.

转换原理若输入的是n位二进制数，则2RUo++-ARF+–RUE+–A第12页，课件共35页，创作于2023年2月2.

转换原理若取RF=3R，则

若输入的是n位二进制数，则2RUo++-ARF+–RUE+–A第13页，课件共35页，创作于2023年2月倒T型电阻网络DA转换器分析输入数字量和输出模拟电压uo之间的关系转换原理倒T型解码网络uo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR第14页，课件共35页，创作于2023年2月.Uc=UR

/2UB=UR/4UA=UR/8UD

=UR即：由于解码网络的电路结构和参数匹配，则图中各点(D、C、B、A)电位逐位减半。uo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR第15页，课件共35页，创作于2023年2月因此，每个2R支路中的电流也逐位减半。即：

uo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR第16页，课件共35页，创作于2023年2月uo2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0++-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR第17页，课件共35页，创作于2023年2月24.1.2D/A转换器的主要技术指标指最小输出电压和最大输出电压之比。

1.分辨率

2.线性度通常用非线性误差的大小表示D/A转换器的线性度。把偏离理想的输入－输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。3.输出电压(电流)的建立时间例:十位D/A转换器的分辨率为从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值所需时间有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。通常D/A转换器的建立时间不大于1S第18页，课件共35页，创作于2023年2月

DAC0832是八位的D/A转换器,即在对其输入八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。24.1.3

DAC0832D/A转换器。第19页，课件共35页，创作于2023年2月1)内部简化电路框图DAC0832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......11≥≥第20页，课件共35页，创作于2023年2月2)芯片管脚DAC0832管脚分布图CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120第21页，课件共35页，创作于2023年2月片选信号，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DAC0832管脚分布图CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120第22页，课件共35页，创作于2023年2月数字地端反馈电阻外接端CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120DAC0832管脚分布图第23页，课件共35页，创作于2023年2月输入锁存允许信号，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XFERCSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120DAC0832管脚分布图第24页，课件共35页，创作于2023年2月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CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120DAC0832管脚分布图第25页，课件共35页，创作于2023年2月24.2模–数转换器

模–数(A/D)转换器的任务是将模拟量转换成数字量,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。

下面介绍逐次逼近式A/D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。第26页，课件共35页，创作于2023年2月24.2.1逐次逼近式A/D转换器

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15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx=13克，可以用下表步骤来秤量：28g+4g38g+4g+2g48g+4g+1g

18g8g<13g，12g<13g，14g>13g，13g＝13g，8g12g12g13g暂时结果砝码重比较判断顺序保留保留撤去保留第27页，课件共35页，创作于2023年2月QF3SRRF2SQRF1SQRF0SQ&d3&d2&d1&d0读出“与门”&&&&≥1≥1≥1d3d0E读出控制端U1UA－＋∞△＋电压比较器逐次逼近寄存器控制逻辑门时钟脉冲五位顺序脉冲发生器四位逐次逼近型模-数转换器的原理电路四位D/A转换器CQ4Q3Q2Q1Q0d2d1第28页，课件共35页，创作于2023年2月1.转换原理(待转换的模拟电压)UI数码寄存器

顺序脉冲发生器－＋＋D/A转换器u0控制逻辑时钟清0、置数清0、置数CP(移位命令)“1”状态是否保留控制端UA试探电压放哪一个砝码砝码是否保存第29页，课件共35页，创作于2023年2月2.转换过程234

11000UA

<

UI6VUA

<

UI5.5V留去留留4VUA

>

UI5VUA

UI“1”留否d3d2d1d0UA(V)顺序比较判断110010101011例：UR=8V，UI

=5.52VD/A转换器输出UA为正值第30页，课件共35页，创作于2023年2月转换数字量10114+1+0.5=5.5V转换误差为–0.02V例：UR=8V，UI=5.52V若输出为8位数字量转换数字量10110001

4+1+0.5+0.03125=5.53125V转换误差为+0.01125V位数越多误差越小第31页，课件共35页，创作于2023年2月逐次逼近转换过程示意图t0t1t310001100101010001011t2UA>UIUA<UI(转换误差:–0.02V)第32页，课件共35页，创作于2023年2月24.2.2A/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