第九章 数模转换

第九章数模转换第1页，课件共25页，创作于2023年2月主要内容A/D转换的工作原理

D/A转换的工作原理

D/A转换器DAC0832及其接口设计

A/D转换器ADC0809及其接口设计

第2页，课件共25页，创作于2023年2月数模转换器DACDAC的性能指标分辨率

DAC所能分辨的最小电压增量。它反映了DAC对微小输入量变化的敏感性。分辨率的高低通常用二进制输入量的位数来表示，例如分辨率是8位、10位、12位等。有时，也用最小输出电压与最大输出电压之比的百分数来表示。对于一个n位DAC，其分辨率为：1/2n-1。

第3页，课件共25页，创作于2023年2月转换精度

用最大的静态转换误差的形式表示，这个转换误差应包括非线性误差、比例系数误差以及漂移误差等综合误差，它反映了实际输出电压与理论输出电压之间的接近程度。转换时间

DAC的输入数字量有满刻度值的变化时，其输出模拟信号电压达到满刻度值1/2LSB（最低有效位）时所需要的时间。

数模转换器DAC第4页，课件共25页，创作于2023年2月线性度通常用非线性误差的大小表示DAC的线性度。在D/A转换时，若数据连续转换，则输出的模拟量应该是线性的。即在理想情况下，DAC的转换特性应是线性的，实际转换中，把理想的输入／输出特性的偏差与满刻度输入之比的百分数，称为非线性误差。

输出电平

不同型号的D/A转换器件的输出电平相差较大。一般为5V～10V，有的高压输出型的输出电平则高达24V～30V。数模转换器DAC第5页，课件共25页，创作于2023年2月D/A转换原理

D/A转换器的作用是把二进制数字量转换成相应的模拟量。

数模转换器DAC第6页，课件共25页，创作于2023年2月8位D/A转换器－DAC0832芯片1、DAC0832的内部结构

DAC0832是一个8位的数/模转换芯片，内部由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。D/A转换器为T型转换网络，其内部结构图如图所示。

数模转换器DAC第7页，课件共25页，创作于2023年2月

2、DAC0832的引脚功能

数模转换器DAC第8页，课件共25页，创作于2023年2月

3、DAC0832的特性参数分辨率为8位；可采用双缓冲、单缓冲或直通三种工作方式；电流稳定时间为1μs；只需在满量程下调整其线性度；所有引脚逻辑电平与TTL兼容；＋5V～＋15V单一电源供电，功耗为200mw。数模转换器DAC第9页，课件共25页，创作于2023年2月

4、DAC0832的工作方式双缓冲方式双缓冲工作方式对输入寄存器和DAC寄存器分别进行控制。数模转换器DAC第10页，课件共25页，创作于2023年2月

4、DAC0832的工作方式单缓冲方式在这种工作方式下，使两个寄存器中的任一个处于直通状态。

数模转换器DAC第11页，课件共25页，创作于2023年2月

4、DAC0832的工作方式直通方式这种工作方式是将、、以及引脚都直接接地，ILE接高电平，芯片就处于直通状态。输入数据就直接送入D/A转换器进行电流转换。数模转换器DAC第12页，课件共25页，创作于2023年2月

5、DAC0832的输出方式单极性输出DAC0832的电流输出端Iout1接至运算放大器的反相输入端，所以输出电压Vout与参考电压VREF反相。

数模转换器DAC第13页，课件共25页，创作于2023年2月

5、DAC0832的输出方式双极性输出双极性输出是在单极性输出的基础上，加一级电压放大器来实现单极性到双极性的变换，其原理电路如图所示。数模转换器DAC第14页，课件共25页，创作于2023年2月6、DAC0832与PC总线的连接将和接地，使8位输入寄存器处于直通状态，控制使DAC0832工作在单缓冲工作方式。当执行OUT指令时，使和有效，CPU输出的数据通过输入寄存器装入DAC寄存器锁存，并进行D/A转换。

数模转换器DAC第15页，课件共25页，创作于2023年2月

ADC的主要性能指标分辨率

ADC的分辨率是输出数字量变化一个相邻数码所需模拟电压的变化量，定义为满刻度电压与2n之比值，其中n为ADC的位数。

精度ADC的精度分为绝对精度和相对精度两种。

转换速率和转换时间电源灵敏度用模拟输入值的百分数来表示。

模数转换器ADC第16页，课件共25页，创作于2023年2月

ADC的工作原理

常用方法有：计数法；逐次逼近法；双积分法

计数法模数转换器ADC第17页，课件共25页，创作于2023年2月ADC的工作原理

逐次逼近法逐次逼近的方法ADC的内部主要由逐次逼近寄存器SAR、D／A转换器、电压比较器和一些时序控制逻辑电路等组成。模数转换器ADC第18页，课件共25页，创作于2023年2月其工作原理非常类似于用天平称重。在转换开始前，先将SAR寄存器各位清零，然后设其最高位为1（对8位来讲，即为10000000B）―就像天平称重时先放上一个最重的砝码一样，SAR中的数字量经D/A转换器转换为相应的模拟电压VC，并与模拟输入电压VX进行比较，若VX≥VC，则SAR寄存器中最高位的1保留，否则就将最高位清零一若砝码比物体轻就要保留此砝码，否则去掉此砝码。然后再使次高位置1，进行相同的过程直到SAR的所有位都被确定。转换过程结束后，SAR寄存器中的二进制码就是ADC的输出。模数转换器ADC第19页，课件共25页，创作于2023年2月

ADC0809的内部结构

ADC0809芯片是CMOS型单片双列直插式模／数转换器件，采用逐次逼近式转换方式，可对8路模拟电压分时进行转换。ADC0809芯片第20页，课件共25页，创作于2023年2月

ADC0809的内部结构

片内集成有具有锁存功能的8路模拟开关，可对8路0～5V的输入模拟电压信号分时进行转换片内具有多路开关的地址译码和锁存电路、比较器256R电阻T型网络、树状电子开关、逐次逼近寄存器SAR、控制与时序电路等。输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连到微处理器的数据总线上。ADC0809芯片第21页，课件共25页，创作于2023年2月ADC0809的性能指标1）分辨率为8位。2）最大不可调误差上±1LSB。3）单电源＋5V。4）可锁存三态输出，输出与TTL电平兼容。5）当用＋5V电源供电时，模拟输入电压范围为

0～5V。6）温度范围－40～＋85℃。7）功耗为15mw。8）转换速度取决于芯片的时钟频率，其时钟频率范围为10kHz～1280KHZ，若CLK＝500kHZ，转换速度为128μs。ADC0809芯片第22页，课件共25页，创作于2023年2月

ADC0809芯片的A/D转换过程和时序

ADC0809芯片第23页，课件共25页，创作于2023年