电工与电子技术(毕淑娥主编)第15章

*第15章数字量与模拟量的转换本章主要内容本章主要介绍数模转换器（D/A转换器）和模数转换器（A/D转换器）的基本原理、电路的构成以及常用集成芯片。【引例】数字式万用表如何实现电压测量的？模数转换器数字万用表内部原理电路15.1数模转换器（D/A）转换器数模转换器是将数字信号转换成模拟信号的电路，简写成DAC（DigitaltoAnalogConverter）。数模转换器的组成原理框图15.1.1D/A转换器的工作原理数模转换器根据解码网络可分为权电阻型、T型和倒T型电阻网络、权电流型、权电容型、开关树型等。15.1数模转换器（D/A）转换器4位倒梯形电阻网络DAC的原理框图数字量输入倒梯形电阻网络求和放大器电子模拟开关，受数字量控制参考电压15.1数模转换器（D/A）转换器根据理想运放的“虚断”，可得输出电压为：根据虚短和虚地即无论开关合在哪一方，电阻2R都接到地电位上。不同的是，当输入的字量为高电平时，电流流入I∑；当输入的数字量为低电平时，电流流入地中15.1数模转换器（D/A）转换器根据叠加原理15.1数模转换器（D/A）转换器输入数字量为D3D2D1D0=1000时的电路15.1数模转换器（D/A）转换器输入数字量为D3D2D1D0=0100时的电路15.1数模转换器（D/A）转换器输入数字量为D3D2D1D0=0010时的电路15.1数模转换器（D/A）转换器输入数字量为D3D2D1D0=0001时的电路15.1数模转换器（D/A）转换器取Rf=R，说明输出的模拟电压正比于输入的数字量

15.1数模转换器（D/A）转换器一般地，对于n位D/A转换器，其通用式为15.1.2集成D/A转换器简介集成D/A转换器有很多种，根据分辨率（数字量的位数）可分为6、8、10、12、16和18位。常用的DAC0808（8位）、DAC0830系列、DAC0843（12位）等。其中DAC0830系列是CMOS工艺实现的8位乘法D/A转换器，可直接与其它微处理器接口。该电路采用双缓冲寄存器，使它能方便地应用于多个D/A转换器同时工作的场合。数据输入能以双缓冲、单缓冲或直接通过三种方式工作。DAC0830系列各电路的原理、结构及功能都基本相同，参数指标略有不同。现在以使用最多的DAC0832为例进行说明。15.1数模转换器（D/A）转换器集成DAC0832内部组成框图两个8位数据缓冲寄存器、8位倒T型D/A转换器、逻辑控制电路及输出电路的辅助电阻元件Rfb。组成：15.1数模转换器（D/A）转换器各管脚功能：①控制信号：片选通信号，低电平有效；15.1数模转换器（D/A）转换器输入寄存允许信号，高电平有效；输入寄存器的写信号，低电平有效；注：、、同时有效时，才控制8位输入寄存器的操作15.1数模转换器（D/A）转换器8位DAC寄存器的写信号，低电平有效；传送控制信号，低电平有效；注：、同时有效时，才控制8位DAC寄存器的操作15.1数模转换器（D/A）转换器②输入数字量：DI0~DI7为8位自然二进制码的数字量输入，其中DI0为最低位（LSB），DI7为最高位（MSB）。15.1数模转换器（D/A）转换器③电源、地：参考电压，取值范围为-10V~+10V；电源电压，取值范围为+5V~+15V；

AGND、DGND数字地和模拟地；用时将最近的两个“地”点且只能在一点短接减少干扰。

15.1数模转换器（D/A）转换器④模拟电流输出DAC0832为电流输出型D/A转换器，若获得电压信号，必需外接运算放大器，它们通常接运算放大器的输入端。15.1数模转换器（D/A）转换器⑤反馈电阻在DAC0832中，其内部倒T型电阻网络的的电阻R与相等，约为15KΩ，故运算放大器反馈电阻一般不需外接。

DAC0832的三种工作方式：15.1数模转换器（D/A）转换器①直通工作方式：指两个寄存器均处于工作状态，输出电压随数字量的改变而变化，一般用于模拟量能直接迅速的反映数字量变化的系统。直通工作方式电路单缓冲工作方式电路②单缓冲工作方式：15.1数模转换器（D/A）转换器指DAC0832内部的两个寄存器中的之一处于受控状态。15.1数模转换器（D/A）转换器②双缓冲工作方式：指DAC0832内部的两个寄存器均处于受控状态。双缓冲工作方式电路15.2模数转换器（A/D）转换器15.2.1A/D转换器的工作原理模数转换器（A/D转换器）是将模拟电压通过采样、量化、编码，转换成数字量的电路，简称为ADC（AnalogtoDigitalConverter）模数换器原理框图注:模数转换过程包含了采样、保持、量化和编码四个过程。采样:是按照一定的时间间隔周期性地读取输入模拟电压的数值，从而使模拟输入电压在时间上离散化。

保持：是在连续两次采样之间，将上一次采样的电压保持到下一次采样开始，以便将保持的电压数字化处理。15.2模数转换器（A/D）转换器量化-编码：对时间离散的电压，进行数值上（幅度）离散化处理，并对各段数值用二进制数码表示。15.2模数转换器（A/D）转换器A/D转换器的分类间接型ADC直接型ADC并行比较型ADC逐次逼近型ADC双积分型ADC电压-频率转换型ADC常用的集成芯片有CB7106CB7127常用的集成芯片有ADC0804ADC080915.2模数转换器（A/D）转换器n位逐次逼近模数换器的原理框图组成：①电压比较器；②逻辑控制电路；③逐次逼近寄存器；④D/A转换器。15.2模数转换器（A/D）转换器工作原理：①清零：将寄存器清零，D/A转换器输入的数字量也全为“0”；②转换开始：uL为高电平。首先在CLK作用下设定寄存器输出最高位为“1”，其余位为“0”。③第一次比较：寄存器输出的数字量经D/A转换器，输出模拟量uo，并与ui比较。若uo>ui，则最高位的“1”设为“0”；若uo<ui，则最高位的“1”保留。④第二次比较：设置次高位为“1”，重复③的过程，以此类推，直到最末位，得到的数字量即为输出的数字量。15.2模数转换器（A/D）转换器15.2.2集成A/D转换器简介集成A/D转换器ADC0809的内部结构框图15.2模数转换器（A/D）转换器各管脚功能：①模拟信号输入端IN0~IN7：8路模拟电压输入，可由8通道多路模拟开关选择其中一路送入8位A/D转换器进行转换；15.2模数转换器（A/D）转换器②数字信号输出端D0~D7：A/D转换器输出的8位二进制数，其中D7为最高位（MSB），D0为最低位（LSB）；③地址信号输入端A2、A1、A0：译码器三位地址输入端，经过3位地址锁存和译码后，控制选择哪一路模拟电压进行模数转换；15.2模数转换器（A/D）转换器④控制与状态信号ALE、OE、CLK、START及EOC：a.ALE：为地址锁存允许信号，当输入脉冲上升沿时，将3位地址输入A2、A1、A0存入地址锁存器中;b.OE：输出允许信号，当为高电平时，允许从三态输出锁存缓冲器中取出数字量;15.2模数转换器（A/D）转换器c.CLK：时钟脉冲信号，频率范围为10~1280kHz;d.START：转换启动信号，在它的上升沿到来时，将逐次逼近寄存器清零，在其下降沿到来时，开始进行转换;EOC：转换结束的状态标志，EOC为低电平时，表示转换进行中，当EOC状态为高电平时，表示A/D转换结束，故EOC可以作为收据接收设备开始接收数据的信号。15.2模数转换器（A/D）转换器15.2模数转换器（A/D）转换器⑤电源电压VCC、基准电压VREF（+）和VREF（-）及地GND

：电源电压VCC为5V；VREF（+）和VREF（-）为基准电压，用来与输入的模拟信号进行比较、作为逐次逼近的基准。其典型值为VREF（+）=5V，VREF（-）=0V。15.2模数转换器（A/D）转换器工作原理：①输入三位地址A2、A1、A0，在ALE上升沿到来时进行锁存，从而选通ADC0809的某一路输入模拟信号；15.2模数转换器（A/D）转换器②当发出转换启动信号START时，上升沿将逐次逼近寄存器清零，下降沿时开始转换，转换结束状态标志ECO为低电平。其转换过程是在时钟脉冲CLK的控制下进行，转换结束后，ECO翻转为高电平。15.2模数转换器（A/D）转换器3．在OE端输入低电平，输出转换结果。ADC0809常和单片机相配合，构成数据采集系统，也可构成数字电压表、保密电话系统等等，应用非常广泛。本章小结1．数模转换器是将数字信号转换成模拟信号的电路，其内部电路形式很多，如电阻网络、T型电阻网络、倒