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第九章数模、模数转换电路讲义

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  • 卖家[上传人]:今***
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    • 1、概述 D/A转换器 A/D转换器,第九章 数模、模数转换电路,9.1 概述,模数转换(A/D)模拟信号到数字信号的转换 A/D转换器或ADC(Analog to Digital Converter)实现A/D转换的电路。,数模转换(D/A)数字信号到模拟信号的转换 D/A转换器或DAC(Digital to Analog Converter) 能实现D/A转换的电路。,数字控制系统原理框图,温度压力流量速度,电流电压,9.2 数模(D/A)转换,一、 D/A转换器的结构,数码锁存器完成输入数字的锁存并为转换保留一定时间,电子开关完成基准电压VREF和地之间的倒换,电阻网络根据输入数字产生不同的电流或电压,求和电路产生模拟输出电压,1. 权电阻网络D/A转换器 (1)电路结构,(2)工作原理,当输入数字D0=1时,当输入数字D1=1时,当输入数字Di=1时,设n=4,Rf = R/2,VREF=-5V,则:,【例】已知某8位D/A转换器的输入为11010001时,输出VO=2.09V,求输入为00111100时的输出电压值。,权电阻网络D/A转换器的特点: (1)电路结构比较简单; (2

      2、)电阻网络中各个电阻的阻值相差太大; (3)容易产生输出尖峰现象。,2. 倒T形电阻网络D/A转换器 (1)电路结构(AD7520、CB7520),(2)工作原理,倒T形电阻网络D/A转换器的特点: (1)电路结构比较简单; (2)电阻网络中的种类少(仅R和2R两种)。,二、 电子开关 1. CMOS电压开关,2. CMOS电流开关(CB7520),三、 集成D/A转换器 DAC0832 8位数模转换器 1. DAC0832的内部结,1)8位输入寄存器第一级数据锁存器 2)8位DAC寄存器第二级数据锁存器 3)8位D/A转换器完成数模转换,2. 信号线,DI7DI08位数据输入 IOUT1模拟电流输出1,当DI7DI0为FFH时, IOUT1最大, 当DI7DI0为0时, IOUT1=0(最小),IOUT2模拟电流输出2, IOUT2=常数- IOUT1 RFB反馈电阻引出端; VREF参考电压输入,范围:+10V-10V; VCC芯片电压,范围:+5V+15V,最佳15V; AGND模拟地; DGND数字地;,3. 使用说明 (1)双缓冲器方式特点:转换速度快,但控制电路复杂。,(2

      3、)单缓冲器方式特点:转换速度慢,但控制电路简单(常用方式)。,4. DAC0832应用举例 DAC0832采用单缓冲器方式,四、 D/A转换器的主要技术指标 1. 转换精度(分辨率或位数n),(一) 分辨率 用输入二进制数的有效位数表示 (位数越多,精度越高) 用DAC的最小输出电压与最大输 出电压之比给出,(二) 转换误差 误差来源 A、非线性误差 B、比例系数误差 C、零漂误差 表示方法 A、用输出电压满刻度的百分比表示 B、用最低有效位的倍数表示,(一) 建立时间tS 大信号工作下,输出电压达到某一规定值所需要的时间。,2、转换速度,(二) 转换速率SR 大信号工作下,输出模拟电压的变化率。 DAC完成一次转换所需时间为 TTR(max)= ts + UO(max)/ SR,9-3 模数转换器(ADC),9.3.1 A/D转换的一般步骤和取样定理,量化和编码,取样定理 fS2 fimax,A/D转换的一般步骤 采样保持量化编码,取样用周期性的取样脉冲fS,对输入模拟信号的幅度定时取出样值,将其变成一连串等距而不等幅的脉冲的过程。,保持把取样电压保持一段时间,保证完成A/D转换 。

      4、,一、取样保持电路,1、取样保持,2、电路组成及工作原理,取样保持电路的基本形式,T管作为开关管使用,由uL来控制,uL=1,T导通,uI向Ch充电,充电过程结束后,uO=uC =uI,uL=0,T截止,uO=uC =uI可以保持一段时间不变。,取样时间,保持时间,波形表示,3、单片集成取样保持电路LF198,1. 量化把取样电平规范到某个最小单位电压的若干倍的过程。,量化方法 (1)只舍不取法 量化误差=,(2)有舍有取法 量化误差=/2,二、 量化、编码,2. 编码,编码把量化后的倍数用二进制数表示的过程,9.3.2 A/D转换器的类型,直接型A/D转换器,间接型A/D转换器,逐次逼近型A/D转换器,并联比较型A/D转换器,双积分型ADC,(1)电路组成,一、直接型A/D转换器 1、逐次逼近型A/D转换器,(2)工作原理:,第一步送出Qn-1=1(最大砝码)将产生的D/A电压与输入电压VI比较。,第二步根据比较结果决定Qn-1的去留,并加入Qn-2与VI比较。,依此类推直至加入Q0。,最后一步根据比较结果决定Q0的去留,并输出转换结果。,完成转换时间: (n+1)TCP,(3)逐次

      5、渐近型ADC的特点,分辨率较高 转换误差较低 转换速度较快 应用较为广泛,2、并联比较型A/D转换器,1、电路组成,积分器,时钟输入控制门,二、 间接型A/D转换器 电压频率变换(VF变换);电压时间变换(VT变换),过零比较器,(VT变换),(2) 工作原理,(3) 工作波形,(4) 波形分析,0t1阶段积分器对VI积分:,t1t2阶段积分器对-VREF积分:,(5)双积分型ADC的特点,性能稳定,转换精度高 电路简单,抗干扰能力强 工作速度低低速ADC; 最小转换时间=2nTCP 最大转换时间=2n+1TCP 适用于要求精度高,速度要求不高的场合,三、 A/D转换器的主要技术指标 转换精度,【例】已知8位A/D转换器的基准电压VREF=5.12V,求当输入为VI=3.8V时的数字量输出。 解:,2. 转换速度 (1)高速ADC并联比较型ADC (2)中速ADC逐次逼近型 (3)低速ADC双积分型,四、集成模数转换器ADC0809 1. ADC0809的内部结构,2. ADC0809的工作过程 (1)根据所选通道编号,输入ADDA,ADDB,ADDC的值,并使ALE=1(正脉冲),锁存通道地址; (2)使START=1(正脉冲)启动A/D转换; (3)检测EOC信号是否为“1”,是则表示转换结束; (4)在EOC=1时,使OE=1将A/D转换后的数据取出。,第八章小结,转换精度和转换速度的概念 以及表示方法,倒梯形电阻网络DAC 工作原理 输入与输出的定量关系,模数转换的一般过程及采样定理,逐次渐近型、双积分型DAC 工作原理 输入与输出的定量关系,附:集成运放工作在 线性区的特点,虚断 i+= i-=0 虚短 U+= U- 输出 UO= -IR.R,附:运放积分器的工作原理,

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