《数字电子技术》-第8章 数模和模数转换

8.1概述数模转换(D/A)是将数字量转换为模拟电量(电流或电压)，使输出的模拟电量与输入的数字量成正比，实现这种转换功能的电路叫数模转换器，简称DAC;模数转换(A/D)则是将模拟电量转换为数字量，使输出的数字量与输入的模拟电量成正比，实现这种转换功能的电路称为模数转换器，简称ADC。下一页返回8.1概述DAC和ADC是数字控制系统中不可缺少的组成部分，也是计算机用于工业控制的输入、输出接口电路，典型数字控制系统框图如图8-1所示。在采用计算机对工业生产过程进行控制时，计算机只能接收和处理数字信号，也只能输出数字信号，因此在用计算机处理模拟量之前，必须要把这些模拟量(如工业过程中的温度、压力、流量等物理量)转换成数字量，才能由计算机系统处理.而计算机处理后的数字量也必须再还原成相应的模拟量，才能实现对模拟系统的控制。除了工业生产控制，ADC和DAC还是数字通信和遥控遥测系统中不可缺少的组成部分;ADC是所有数字测量仪器仪表的核心组成部分。返回上一页8.2数/模转换器8.2.1D/A转换器的基本概念D/A转换器(DAC)是用以接收数字信息，输出一个与输入的数字量成正比的电压或电流的电路。DAC输入、输出关系如图8-2所示。1.转换特性DAC的转换特性是指其输出模拟量与输入数字量之间的转换关系。理想的DAC转换特性应是使输出模拟量与输入数字量成正比。如DAC输入的是一个n位二进制数D(各位系数分别为Dn-1、Dn-2、...,D1、D0，则D的数值应为

(8-1)下一页返回8.2数/模转换器DAC电路的输出电压u0和输出电流i0应该是与D成正比的模拟量，即

(8-2)(8-3)式中，ku和ki为转换比例系数，上式为转换特性表达式。如图8-3所示为输入三位二进制数的DAC电路的转换特性曲线(u0-D或i0-D曲线)。下一页返回上一页8.2数/模转换器2.集成D/A转换器的结构及分类各种类型的集成DAC器件多由参考电压源、电阻网络和电子开关3个基本部分组成。按电阻网络的结构不同.可将DAC分成权电阻求和网络DAC,R-2RT形电阻网络DAC,R-2R倒T形电阻网络DAC等几类。由于权电阻求和网络中电阻值离散性太大，精度相对较低，因此在集成DAC中很少用;R-2R倒T形电阻网络DAC在集成芯片中要比R-2RT形电阻网络DAC应用得广泛。按电子开关的电路形式不同，集成DAC可分成CMOS开关DAC和双极型开关DAC。双极型开关DAC又有三极管电流开关型和ECL电流开关型之分，在速度要求不高的场合可选用CMOS开关DAC，在速度要求较高的场合可选用三极管电流开关型DAC，在速度要求很高的场合，则要选择ECL电流开关型DAC.下一页返回上一页8.2数/模转换器8.2.2D/A转换电路1.CMOS开关倒T形电阻网络D/A转换器因为R-2R倒T形电阻网络DAC应用最为广泛，我们就以其为例介绍其工作原理。常用的CMOS开关倒T形电阻网络DAC型号很多，如AD7520,AD7521,DAC1020,DAC1021,DAC1220,DAC1221等。下面以实用芯片AD7520为例介绍。(1)电路结构AD7520是10位CMOS开关倒T形电阻网络DAC，其原理电路如图8-4所示，基准电压VREF需外接，芯片有10个输入端，下一页返回上一页8.2数/模转换器分别输入十位二进制数D9~D0，它们分别控制10个CMOS电子开关S9~S0。当Di=1时，电子开关S接或输出端，当Di=0时，电子开关Si接地。如要转换为模拟电压信号u0，还需外接运算放大器(点画线框内为内部电路，点画线框外为外接电路)，AD7520内部有反馈电阻RF=R=10kΩ，集成运放负反馈电路可用它，也可外接其他阻值的电阻。AD7520集成电路的基准电源VREF电压一般取+10V。(2)倒T形CMOS电阻网络转换原理由图8-4可见，R-2R倒T形电阻网络有n=10位二进制数输入，有10个节点，从节点0向右看有电阻2R，从节点1向右看，也有等效电阻Eeq=R+2R//2R=2R;下一页返回上一页8.2数/模转换器依此类推，每个节点向右，均有等效电阻2R。电路中的电子开关均由输入的二进制数码来控制，数码为0时，则电子开关接地;数码为1时，则电子开关接运算放大器虚地点所以，从各节点向地看，等效电阻均为R，这样，从基准电压VREF流出的电流I=VREF/R保持恒定。此电流每经过一个节点，分为相等的两路电流流出，故流过2R电阻的电流从高位到低位依次为:I/2(I/21),I/4(I/22),I/8(I/23),...,I/28,1/29,I/210。若VREF保持恒定不变，则每个支路的电流为恒流，并且其电流值与数字量的位权成正比。当某位输入数字Di=1时，该位电子开关Si将2R中的电流引向运算放大器虚地，当Di=0时，Si将电流通入地，故图8-4中的电子开关又称为电流开关.下一页返回上一页8.2数/模转换器综上所述，在图8-4所示电路中，流入运算放大器虚地的总电流i0为(8-4)式中，D为输入二进制数的数值下一页返回上一页8.2数/模转换器可见，模拟输出电流i0(流入运算放大器虚地)与10位二进制数的数值(即数字量)成正比，实现了D/A电流的转换，其转换比例系数为(8-5)接入运算放大器后，则可将数字量转换为模拟电压，运放的输出电压为(8-6)下一页返回上一页8.2数/模转换器因此，电压转换比例系数为(8-7)若采用AD7520内部反馈电阻RF=R=10kΩ，则(8-8)下一页返回上一页8.2数/模转换器对于具有n位输入的一般倒T形R-2R电阻网络DAC，其输出为(8-9)(8-10)为了保证10位DAC的转换精度，上式中的VREF、RF、R的精度均应优于0.1%。下一页返回上一页8.2数/模转换器2.高速电流输出型D/A转换器CMOS模拟开关DAC转换速度较低，建立时间较长，AD7520的建立时间为500ns左右。在转换速度要求较高的场合，常选用双极型模拟开关(三极管开关及ECL模拟开关)的高速电流输出型DAC，其中最常见的是DAC0800、DAC100及AD1408等。现以DAC0800为例做简单介绍，它的建立时间只有100ns。如图8-5为DAC0800的原理框。由图可见，它由8个高速电流开关S0~S7、10个恒流管VTR、VT0~VT7,VT0’及T形电阻网络组成图中，电子开关Si受输入二进制数Di的控制，当Di=1时，Si打到右边，接iO端;当Di=0时，Si打到左边，接地。经分析可得知，总的输出电流iO与输入数字量D成正比.下一页返回上一页8.2数/模转换器(8-11)下一页返回上一页8.2数/模转换器若需实现D/A电压的转换，则可外接由运放构成的比例放大器，如图8-5中点虚线框外电路所示。DAC0800系列电路电源电压V+可在+5~+18V范围内变化;V-通常取-15V，可在-18~-5V范围内变化DAC0800系列电路内部采用的高速电流开关由三极管组成，构成电流开关的三极管工作时不进入饱和区，是一种非饱和的双极型电流开关，属ELC电路(ELC电路是一种非饱和型双极型逻辑电路，由于三极管不进入饱和区，所以其工作速度很高，ELC电路的原理可查阅有关资料)。DAC0800的建立时间可短至100ns以下DAC0800系列采用非饱和型高速电路开关的目的是为了提高DAC电路的转换速度，显然，它比CMOS开关DAC的速度高得多。下一页返回上一页8.2数/模转换器8.2.3D/A转换器的主要参数1.分辨率分辨率是说明分辨最小电压的能力，是指DAC的最小输出电压(对应于输入数字只有最低有效位为1)与最大输出电压(对应于输入数字量所有有效位全为1)之比。对于n位DAC，其分辨率为1/(2n-1)。例如，对于一个10位的DAC,其分辨率为，(8-12)下一页返回上一页8.2数/模转换器能够分辨的最小电压为UOM/(2n-1)，如果输出模拟电压满量程为10V，那么，10位DAC能分辨的最小电压为(8-13)式中，LSB为最低有效位的缩写，VLSB指输入最低位数字所对应的输出电压。很显然，位数越高，分辨率也越高，所以，有时也用位数来表示分辨率。下一页返回上一页8.2数/模转换器2.转换精度转换精度是指DAC全码输入时，输出模拟电压的实际值和理论值之差，即最大转换绝对误差，该值一般应低于李1/2VLSB。3.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，并且把偏离理想的输入一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。下一页返回上一页8.2数/模转换器4.建立时间在输入数字量改变后，输出模拟量达到稳定值所需的时间称为DAC的建立时间或稳定时间，也称转换时间。它是反映D/A转换器工作速度的指标。转换时间越小，工作速度就越高。除了以上参数外，在使用DAC时，还必须知道工作电源电压、输出方式(电压输出型还是电流输出型等)、输出值范围、输入逻辑电平以及功耗、温度系数等，这些都可在使用手册中查到。下一页返回上一页8.2数/模转换器8.2.4

集成D/A转换举例DAC单片器件有很多产品。下面我们对DAC0832芯片的转换原理、外引脚排列、功能、结构和使用做简单的介绍。1.DAC0832芯片中的D/A转换电路原理DAC0832芯片中的D/A转换电路如图8-8所示，它采用倒T形电阻网络。输入的8位数字信号D7~D0控制对应的S7~S0电子开关，芯片中无运算放大器，使用时需外加运放。DAC0832有两路模拟电流输出IO1和IO2，为电流输出型，芯片中也设置了反馈电阻RF，使用时将RF输出端接运算放大器的输出端即可。运算放大器的闭环增益不够时仍可外接反馈电阻与片内的RF串联。下一页返回上一页8.2数/模转换器转换电路工作原理和AD7520相同:(8-14)(8-15)式中，D为二进制数的数值(0~255),VREF为基准电压，R为电阻网络中内部电阻R的标称值，R=15kΩ下一页返回上一页8.2数/模转换器2.电路结构及芯片引脚DAC0832芯片的结构框如图8-7所示，它的建立时间为1usDAC0832有20个管脚(引脚)，现将各管脚的名称与功能介绍如下。D7~D0数字量输入端，D7为最高位，D0是最低位IO1:模拟电流输出端，当DAC寄存器全为1时,IO1最大;全为0时,IO1最小IO2:模拟电流输出端，一般接地。IO1+IO2=常数(该常数与VREF成正比)。下一页返回上一页8.2数/模转换器RF:外接运算放大器提供的反馈电阻引出端(可以不用)。VREF:基准电压接线端，其电压范围为-10~+10VVCC:电路电源电压接线端，其值为+5~+15DGND:数字电路接地端AGND:模拟电路接地端，通常与数字电路接地端相连接。下一页返回上一页8.2数/模转换器:片选输入端，低电平有效。当=1时(如图8-7所示，此时输入寄存器=0),输入寄存器处于锁存状态，故该片未被选中，这时不接收信号，输出保持不变;当=0，且ILE=1,=0时(即输入寄存器

=1期间)，输入寄存器才被打开，这时它的输出随输入数据的变化而变化，输入寄存器处于准备锁存新数据的状态。ILE:输入允许信号端，高电平有效，即只有ILE=1时，输入寄存器才打开。它与、共同控制来选通输入寄存器。下一页返回上一页8.2数/模转换器

:数据输入选通信号(或称写输入信号)端，低电平有效。在

=0和ILE=1(即它们均为有效)的条件下，

由0变1的上升沿到来时，才将数据总线上的当前数据写入输入寄存器。

:数据传送控制信号端，低电平有效，用来控制选通DAC寄存器当=0时，=0期间，DAC寄存器才处于接收信号、准备锁存状态，这时，DAC寄存器的输出随输入变化

:数据传送选通信号端，低电平有效当有效时，在由0变1时，将输入寄存器的当前的数据写入DAC寄存器下一页返回上一页8.2数/模转换器3.使用方法由DAC0832的结构框图可见，它是由两个8位寄存器(输入寄存器和DAC寄存器)和一个8位D/A转换器组成。由于采用了两个寄存器，使该器件的操作具有很大的灵活性。当它正在输出模拟量时(对应与某一数字信息)，便可以采集下一个输入数据。在多片DAC0832同时工作的情况下，输入信号可以分时、按顺序输入，但输出却可以同时进行。当ILE有效和有效时，该芯片在也有效的时刻，才将D7~D0数据线上的数据送入到输入寄存器中;当和同时有效时，才将输入寄存器中的数据传送至DAC寄存器中。由于DAC0832中不包含运算放大器，所以需要外接运算放大器，才能构成完整的DAC其接线图如图8-9所示。返回上一页8.3

模/数转换器A/D转换器用于将模拟电量转换为相应的数字量，它是模拟系统到数字系统的接口电路。A/D转换器在进行转换期间，要求输入的模拟电压保持不变，因此在对连续变化的模拟信号进行模数转换前，需要对模拟信号进行离散处理，即在一系列选定时间上对输入的连续模拟信号进行采样，在样值的保持期间内完成对样值的量化和编码，最后输出数字信号。因此，A/D转换由采样一保持和量化与编码两步完成。下一页返回8.3

模/数转换器8.3.1A/D转换的一般步骤1.采样-保持采样是对模拟信号进行周期性地抽取样值的过程，就是把随时间连续变化的信号转换成在时间上断续、在幅度上等于采样时间内模拟信号大小的一串脉冲。采样原理如图8-10所示，它是一个受采样脉冲uS控制的电子开关，其工作波形如图8-11所示。在uS高电平期间，即在tW内，开关S闭合，输出电压等于输入电压，即uO=uI;在uS为低电平期间，开关S断开，输出电压uO=0。uS按一定频率fS变化时，输入模拟信号被抽取为一串样值脉冲。下一页返回上一页8.3

模/数转换器显然采样频率fS越高，在有限时间里(如信号的一个周期)采集到的样值脉冲越多，那么输出脉冲的包络线就越接近输入的模拟信号。为了能不失真地恢复原模拟信号，采样频率应不小于输入模拟信号频谱中最高频率的两倍，这就是采样定理，即

fS≥fImax(8-16)由于A/D转换器需要一定的时间，所以在每次采样结束后，应保持采样电压值在一段时间内不变，直到下一次采样开始。这就要在采样后加上保持电路，实际采样一保持是做成一个电路，如图8-12所示。图中的NMOS管作为电子开关，受控于采样脉冲信号uS，其周期为TS,C为存储样值的电容，要求其品质好，漏电小;运算放大器构成电压跟随器，要选用高输入阻抗运算放大器。下一页返回上一页8.3

模/数转换器电路的工作过程是:当uS为高电平时，NMOS管导通，uI对C充电。由于C很小，充电很快，使电容上的电压跟随输入电压uI变化，在tW期间，uC=uI。当uS=0时，NMOS截止，由于跟随器输入阻抗很高，可认为开路，电容没有放电回路，故保持电压不变，直到下一个采样脉冲到期来。输出电压uI)则始终随电容上电压的变化而变化。在这一过程中，电容在保持期的电压值为采样脉冲由高电平变为低电平时刻输入模拟电压的瞬时值，保持时间为TS-tW。采样波形如图8-13所示。下一页返回上一页8.3

模/数转换器2.量化与编码模拟信号经采样一保持电路后，得到了连续模拟信号的样值脉冲，它们是连续模拟信号在给定时刻上的瞬时值，还不是数字信号。还要进一步把每个样值脉冲转换成与它的幅度成正比的数字量，才算完成了模拟量到数字量的转换。用数字量表示输入模拟电压uI的大小时，首先要确定一个单位电压值，然后用uI与单位电压值比较，取比较的整数倍值表uI，这一过程就是量化(它类似于长度测量中用标准单位长度米去度量被测距离异)。如果这个整数倍值用二进制数表示，就称为二进制编码，它就是A/D转换输出的数字信号。下一页返回上一页8.3

模/数转换器这里用做比较的单位电压值叫做量化单位，用△表示，显然，△的大小就表示数字信号中最低位1对应的输入模拟电压的大小。由于采样得到的样值脉冲的幅度是模拟信号在某些时刻的瞬时值，它们不可能都正好是量化单位△的整数倍，在量化时，非整数部分的余数被舍去，因此必然产生一定的误差，称为量化误差。量化误差的大小与转换器输出的二进制码的位数的基准电压VREF的大小有关，还与如何划分量化电平有关。例如，取基准电压VREF=1V，量化输出为3位二进制码时，可把基准电压VREF平均分为8份，取量化单位△=1/8VREF，并规定对于输入电压uI，在0≤uI≤1/8VREF时，认为输入的模拟电压为0△=0V，输入的二进制位000；下一页返回上一页8.3

模/数转换器在1/8VREF≤uI≤2/8VREF时，认为输入的模拟电压为1△=1/8V，对应输出的二进制位001；其余类推。具体情况如图8-14所示。显而易见，这种量化电平的划分，就是把△的小数倍部分去除，其最大误差为△=1/8VREF。由于当输入的模于以电压uI>VREF时，输出的二进制数都是111，不再变化，因而导致输出错误。所以基准电压不能小于输入模拟电压的最大值，应使VREF≥uImax。但为减少量化误差，VREF也不能取得过大，一般以等于或略大于uImax即可。或反过来说，在VREF确定之后，那么输入电压最大值不能超过VREF。下一页返回上一页8.3

模/数转换器为了减少量化误差.可采用如图8-15所示的量化电平的划分方法。取量化单位△=2/15VREF。规定在0≤uI≤1/15VREF时，认为输入的模于以电压为0△=0V，对应输出的数字量为000;在1/15VREF≤uI≤3/15VREF时，认为输入的模拟电压为1△=2/15VREF，对应输出的数字量为001;依此类推。如此每个输出的二进制数对应的模拟电压与它的上下两个电平划分量之差的最大值为△/2=1/15VREF。显然这种划分方法为不足△/2的小数部分舍去，超过△/2的小数部分去除，并向高位进一位，使最大量化误差减少了一半，因而实际采用的都是这一种划分方法。无论如何划分量化电平，量化误差都不可避免。量化级分的越多，量化误差越小，这意味着输出二进制数的位数增多，电路更复杂。因此应根据实际要求，来选择A/D转换器的位数。下一页返回上一页8.3

模/数转换器8.3.2A/D转换电路量化编码电路是ADC的核心组成部分，依其形式不同，ADC电路可分并行比较型ADC、逐次比较型ADC和双积分型ADC等。下面分别介绍。1.并联比较型A/D转换器如图8-16所示为一个3位并联比较型A/D转换器的原理图，它由基准电压、电阻分压器、电压比较器、寄存器和代码转换器组成。其中的电阻分压器把基准电压按如图8-15所示的方法进行量化电平划分，各个不同等级的量化电平分别加在相应比较器的反相端，作为比较器C1~C7的参考电压，输入模拟电压同时加到各比较器的同相输入端，下一页返回上一页8.3

模/数转换器根据输入电压uI的大小，各比较器输出的状态不同，它们经寄存器送到代码转换电路，完成二进制编码，从而输出了3位二进制数，实现模拟量到数字量的转换如表8-1所示是3位并联比较型A/D转换器的真值表。并联比较型A/D转换器的转换速度极快，约为数十纳秒，是各种A/D转换器中速度最快的一种，但它的电路复杂，所用比较器和触发器数量多，所以这种A/D转换器成本高，价格贵，一般场合较少使用，多用于要求转换速度很高的情况。下一页返回上一页8.3

模/数转换器2.逐次比较型A/D转换器逐次比较型A/D转换器又称为逐次逼近型ADC或逐次渐进型ADC，它通过对模拟量不断逐次比较、鉴别，直到最末一位为止，它类似于用大平称量物重的过程。逐次比较型A/D转换器原理如图8-17所示。它是由数码寄存器,D/A转换器、电压比较器和控制电路等4个基本部件组成的时钟脉冲先将寄存器的最高位置i，使其输出数字为10000000(设寄存器为8位)，经内部的D/A转换器转换成相应的模拟电压uF，再送到比较器与采样保持电压uI相比较如果uI<uF，表明数字过大，于是将最高位的1清除，变为0;若uI>uF，表明寄存器内的数字比模拟信号小，则最高有效位1保留。下一页返回上一页8.3

模/数转换器然后再将次高位寄存器置1，同理，寄存器的输出经D/A转换并与模拟信号比较，根据比较结果，决定次高位的1清除或保留。这样逐位比较下去，一直比较到最低有效位为止。显然，寄存器的最后数字就是A/D转换后的数值。一个n位逐次逼近型A/D转换器完成一次转换要进行n次比较，需要n+2个时钟脉冲。转换速度比并联比较型A/D转换器要慢，属于中速型A/D转换器，转换速度约为数十微秒，最高可达0.4us;但这种ADC的主要特点是电路简单，只用一个比较器，成本较低，且精确度较高。因此，这种电路应用较多。下一页返回上一页8.3

模/数转换器3.双积分型A/D转换器双积分型ADC的基本原理是先把输入的模拟信号电压变换成一个与其成正比的时间，然后在这段时间里对固定频率的时钟脉冲进行记数，该记数结果就是正比于输入模拟信号的数字量输出。双积分型ADC的组成框如图8-18所示。它由基准电压、积分器、比较器、计数器、时钟信号源和逻辑控制电路等几部分组成。双积分型ADC的数字量输出与模拟量输入之间的关系为(8-17)下一页返回上一页8.3

模/数转换器N与uI成正比，即计数器的读数与输入模拟电压uI成正比，n为A/D转换器的位数，从而实现了A/D转换。双积分型A/D转换器转换一次要进行两次积分，所以转换时间长、工作速度低，转换器速度约为数十毫秒;但它的电路结构简单，转换精度高，抗干扰能力强，常用于低速场合，如数字仪表大多采用这种A/D转换器。它与计算机接口时要考虑速度能否符合要求。下一页返回上一页8.3

模/数转换器8.3.3A/D转换器的主要参数1.分辨率分辨率是指A/D转换器输出数字量的最低位变化一个数码时，对应输入模拟量的变化量。

分辨率=VREF/2n(8-18)显然A/D转换器的位数越多，分辨入电压为SV的8位A/D转换器，所能小模拟电压的值就越小。如一个最大输辨的最小输入电压变化量为

5V/28=19.53mV(8-19)下一页返回上一页8.3

模/数转换器而同样输入电压的10位A/D转换器，分辨率为

5V/210=4.88mV(8-20)因此一个n位的A/D转换器，其分辨率也可说是n位，它是一个设计参数，不是测量参数。2.相对精度相对精度是指A/D转换器实际输出数字量与理论输出数字量之间的最大差值，通常用最低有效位LSB的倍数来表示若相又寸精度不大于1/2LSB，就说明实际输出数字量与理论输出数字量的最大误差不超过粤1/2LSB下一页返回上一页8.3

模/数转换器3.转换速度转换速度是指A/D转换器完成一次转换所需要的时间，即从转换开始到输出端出现稳定的数字信号所需要的时间。并联A/D型转换器速度最高，逐次逼近型A/D转换器速度次之，双积分型A/D转换器速度最慢。其他指标还有输入模拟电压范围、稳定性、电源消耗功率等参数。下一页返回上一页8.3

模/数转换器8.3.4

集成A/D转换器ADC0809简介1.电路结构ADC0809是单片8位8路CMOSA/D转换器，其结构框如图8-19所示，如图8-20所示是ADC0809芯片外引脚排列图。2.工作原理在图8-19中，由8位模拟开关、地址锁存与译码器控制。当地址锁存允许端(ALE)位高电平时，三位地址ADDC,ADDS,ADDA送入译码器，译码器根据地址C,B,A选中一路开关接通，相应的模拟信号送入A/D转换器，地址译码与输入选通的关系如表8-2所示。下一页返回上一页8.3

模/数转换器8位A/D转换器是一个逐次比较器。它由比较器、树状开关、256RT型译码网络(电阻网络)、逐次渐近寄存器和控制与时序电路组成。其中树状开关和256RT型译码网络是8位D/A转换的核心。转换开始时，经启动脉冲启动后，逐次渐近寄存器清零，在外加脉冲的作用下，对由译码器选中的模拟信号进行数字转换当转换结束时，时序电路送出控制信号，将8位数字信息锁存在8位缓冲器中，同时，它送出一个中断信号，这个信号通常作为对CPU的中断请求，以后应发出输出允许信号，打开三态输出锁存缓冲器，将已转换好的数据放在数据总线上，输入给CPU。下一页返回上一页8.3

模/数转换器3.ADC0809的主要性能ADC0809的分辨率为8位，线性误差为±1LSB，转换时间100us，模拟输入电压为0~5V，电源电压为+5V，外加时钟脉冲频率为640kHz，并可与TTL电路兼容。ADC0809的输出量DX可表示为(8-21)下一页返回上一页8.3

模/数转换器式中，Dmax为ADC的输出满度值,8位ADC的Dmax=255;uImax为ADC的最大输入电压，在uI=uImax时，DX=Dmax=255。ADC0809的输入电压uI不允许超过uImax,否则将造成测量误差。ADC0809手册中规定，当uI=VREF时，DX=255，所以，uImax=VREF

，我们可以通过改变VREF来改变输入电压的上限值。返回上一页下一页8.3

模/数转换器实训14WSPK数字式温控仪的安装与调试1.实训目的①掌握A/D转换器的功能与使用。②掌握集成运算放大器的应用。③训练焊接与仪器的装配④了解信号的采集、传递、放大、输出的过程⑤初步掌握仪器的调试返回上一页下一页8.3

模/数转换器2.工作原理WSKP90数字式温控仪原理框图如图8-21所示。WZP-Pt100热电阻传感器的电阻值随温度变化而变化，当温度为0℃时，电阻值为100Ω;当温度为100℃时，电阻值为139.1Ω。经闭环线性校正系统把电阻变化转换为电压信号的变化，经放大、A/D转换，并驱动数码管显示测量温度值;同时将放大后的电压信号送入电压比较器，推动继电器工作，以控制温度。WSKP90数字式温控仪电气原理图如图8-22所示。传统的热电阻测温常用两线制或三线制，尽管Pt100热电阻在低温范围内有足够的线性度，但经过桥路转换成电压时，其输出电压与热电阻之间就呈现非线性特性。返回上一页下一页8.3

模/数转换器WSKP90数字式温控仪一改传统桥路转换测量方法，采用现代闭环校正技术及其他相关新技术，使输出电压与被测温度之间有良好的线性关系。WSKP90测量与信号处理部分主要由以下几个单元组成①闭环校正环节:由NA、NB、R1、R2、R3、R4、R10、R11及Pt100组成②零点校正环节:由R5、RP1、R6、R7、R8组成③满度校正环节:由R9、RP2组成④设定范围调节环节:由R12、RP3、R13组成。⑤比较电路:由ND构成返回上一页下一页8.3

模/数转换器3.主要技术指标控温、测温范围-20℃~120℃。显示分辨力—0.1℃。控温灵敏度—0.5℃。测温精度—±3℃。回差—0.5℃。负载功率—220V,5A或380V,3A(超过负载时应加用合适的继电器)。仪表工作环境—-10℃~+40℃，相对湿度小于85%仪表工作电源—交流220V,50Hz，电压波动±10%仪表功率—小于6W返回上一页下一页8.3

模/数转换器回差指升温正程的温度切换值与降温回程的温度切换值之差，本温控仪回差仅0.5℃，其主要目的是消除温控仪临界抖动，使温控仪的继电器吸合、释放可靠。4.WSKP90数字式温控仪元器件清单(见表8-3)5.焊接安装焊接时，注意集成电路和显示器只能焊接插座，不能直接焊接引脚;还应该特别注意电解电容器具有正、负极，不能焊错。6.温控仪的调试返回上一页下一页8.3

模/数转换器(1)电源板的调试经反复检查无误后，接通220V电源。检测变压器二次侧电压和三端稳压器的输入、输出电压是否正常，继电器是否能够正常吸合。(2)主机板的调试①100mV基准电压的调试先不