電工電子技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)資料數(shù)模da和模數(shù)ad轉(zhuǎn)換PPT課件

1、 當(dāng)我們生病的時(shí)候，醫(yī)生用一個(gè)數(shù)字體溫計(jì)給我們測(cè)量體溫，體溫計(jì)會(huì)顯示出我們身體的溫度。當(dāng)我們?cè)谟密浖M(jìn)行數(shù)據(jù)分析的時(shí)候，輸入數(shù)據(jù)后會(huì)顯示出一定的波形，可以讓我們有個(gè)直觀的感受。像這些情況，有的顯示出數(shù)字，有的顯示出連續(xù)圖形，這些都用到了本章要講的數(shù)/模（D/A）和模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換。第1頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換第2頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換 隨著數(shù)字技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測(cè)領(lǐng)域中，對(duì)信號(hào)的處

2、理廣泛采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)。由于系統(tǒng)的實(shí)際處理對(duì)象往往都是一些模擬量（如溫度、壓力、位移、圖像等），要使計(jì)算機(jī)或數(shù)字儀表能識(shí)別和處理這些信號(hào)，必須首先將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；而經(jīng)計(jì)算機(jī)分析、處理后輸出的數(shù)字量往往也需要將其轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的模擬信號(hào)才能為執(zhí)行機(jī)構(gòu)所接收。這樣，就需要一種能在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間起橋梁作用的電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。 能將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器）；而將能把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器），A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。第3頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)

3、數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換數(shù)字量是用代碼按數(shù)位組合起來(lái)表示的，對(duì)于有權(quán)碼，每位代碼都有一定的權(quán)。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須將每1位的代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換。這就是構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換器的基本思路。第4頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換如圖12-1所示是D/A轉(zhuǎn)換器的輸入、輸出關(guān)系框圖，D0Dn-1是輸入的n位二進(jìn)制數(shù)，Vo是與輸入二進(jìn)制數(shù)成比例的輸出電壓。如圖12-2所示是一個(gè)輸入

4、為3位二進(jìn)制數(shù)時(shí)D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，它具體而形象地反映了D/A轉(zhuǎn)換器的基本功能。第5頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換在單片集成D/A轉(zhuǎn)換器中，使用最多的是倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器。四位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖如圖12-3所示。第6頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換S0S3為模擬開(kāi)關(guān)，R2R電阻解碼網(wǎng)絡(luò)呈倒T形，運(yùn)算放大器A構(gòu)成求和電路。Si由輸入數(shù)碼Di控制，當(dāng)Di=1時(shí)，Si接運(yùn)放反相輸入端（“虛地”），Ii流入求和電路；當(dāng)Di

5、=0時(shí)，Si將電阻2R接地。無(wú)論模擬開(kāi)關(guān)Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻均等效接“地”（地或虛地）。這樣流經(jīng)2R電阻的電流與開(kāi)關(guān)位置無(wú)關(guān)，為確定值。第7頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換 分析R2R電阻解碼網(wǎng)絡(luò)不難發(fā)現(xiàn)，從每個(gè)節(jié)點(diǎn)向左看的二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻均為R，流入每個(gè)2R電阻的電流從高位到低位按2的整倍數(shù)遞減。設(shè)由基準(zhǔn)電壓源提供的總電流為I（I=VREF/R），則流過(guò)各開(kāi)關(guān)支路（從右到左）的電流分別為I/2、I/4、I/8和I/16。于是可得總電流輸出電壓為第8頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/A

6、D/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換將輸入數(shù)字量擴(kuò)展到n位，可得n位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量與輸入數(shù)字量之間的一般關(guān)系式為第9頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換要使D/A轉(zhuǎn)換器具有較高的精度，對(duì)電路中的參數(shù)有以下要求。（1）基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性好。（2）倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)中R和2R電阻的比值精度要高。（3）每個(gè)模擬開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)電壓降要相等。 為實(shí)現(xiàn)電流從高位到低位按2的整倍數(shù)遞減，模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻也相應(yīng)地按2的整倍數(shù)遞增。由于在倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器中，各支路電流直接流入運(yùn)算放大器的輸入端，它們

7、之間不存在傳輸上的時(shí)間差。電路的這一特點(diǎn)不僅提高了轉(zhuǎn)換速度，而且也減少了動(dòng)態(tài)過(guò)程中輸出端可能出現(xiàn)的尖脈沖數(shù)量。它是目前廣泛使用的D/A轉(zhuǎn)換器中速度較快的一種。常用的CMOS開(kāi)關(guān)倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的集成電路有AD7520（10位）、DAC1210（12位）和AK7546（16位高精度）等。第10頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換（1）轉(zhuǎn)換精度。轉(zhuǎn)換誤差。轉(zhuǎn)換誤差的來(lái)源很多，例如，轉(zhuǎn)換器中各元件參數(shù)值的誤差、基準(zhǔn)電源不夠穩(wěn)定和運(yùn)算放大器的零漂的影響等。D/A轉(zhuǎn)換器的絕對(duì)誤差（或絕對(duì)精度）是指輸入端加入最大數(shù)字量（全1

8、）時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換器的理論值與實(shí)際值之差。該誤差值應(yīng)低于LSB/2。第11頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換（2）轉(zhuǎn)換速度。建立時(shí)間（tset）指輸入數(shù)字量變化時(shí)，輸出電壓變化到相應(yīng)穩(wěn)定電壓值所需時(shí)間。一般用D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字量NB從全0變?yōu)槿?時(shí)，輸出電壓達(dá)到規(guī)定的誤差范圍（LSB/2）時(shí)所需時(shí)間表示。D/A轉(zhuǎn)換器的建立時(shí)間較快，單片集成D/A轉(zhuǎn)換器建立時(shí)間最短可小于0.1s。轉(zhuǎn)換速率（SR）大信號(hào)工作狀態(tài)下模擬電壓的變化率。（3）溫度系數(shù)。溫度系數(shù)指在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。一般用滿刻

9、度輸出條件下溫度每升高1，輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù)。第12頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換在A/D轉(zhuǎn)換器中，因?yàn)檩斎氲哪M信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)量，而輸出的數(shù)字信號(hào)代碼是離散量，所以進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)必須在一系列選定的瞬間（亦即時(shí)間坐標(biāo)軸上的一些規(guī)定點(diǎn)上）對(duì)輸入的模擬信號(hào)取樣，然后再把這些取樣值轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量。模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換過(guò)程如圖12-4所示。因此，一般的A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程是通過(guò)取樣、保持、量化和編碼這四個(gè)步驟完成的。第13頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA

10、/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換（1）取樣定理?？梢宰C明，為了正確無(wú)誤地用圖12-5中所示的取樣信號(hào)vS表示模擬信號(hào)vI，必須滿足：式中fS為取樣頻率，fimax為輸入信號(hào)vI的最高頻率分量的頻率。在滿足取樣定理的條件下，可以用一個(gè)低通濾波器將信號(hào)vS還原為vI，這個(gè)低通濾波器的電壓傳輸系數(shù)|A(f)|在低于fimax的范圍內(nèi)應(yīng)保持不變，而在fSfimax以后應(yīng)迅速下降為零，如圖12-6所示。因此，取樣定理規(guī)定了A/D轉(zhuǎn)換的頻率下限。因?yàn)槊看伟讶与妷恨D(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量都需要一定的時(shí)間，所以在每次取樣以后，必須把取樣電壓保持一段時(shí)間。可見(jiàn)，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)所用的輸入電壓，實(shí)際上是每次取樣結(jié)束時(shí)的vI值。第14

11、頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換（1）取樣定理。我們知道，數(shù)字信號(hào)不僅在時(shí)間上是離散的，而且在數(shù)值上的變化也不是連續(xù)的。這就是說(shuō)，任何一個(gè)數(shù)字量的大小，都是以某個(gè)最小數(shù)量單位的整倍數(shù)來(lái)表示的。因此，在用數(shù)字量表示取樣電壓時(shí)，也必須把它化成這個(gè)最小數(shù)量單位的整倍數(shù)，這個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程就稱為量化。所規(guī)定的最小數(shù)量單位稱為量化單位，用表示。顯然，數(shù)字信號(hào)最低有效位中的1表示的數(shù)量大小，就等于。把量化的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示，稱為編碼。這個(gè)二進(jìn)制代碼就是A/D轉(zhuǎn)換的輸出信號(hào)。既然模擬電壓是連續(xù)的，那么它就不一定能被整除，因而不可避免地

12、會(huì)引入誤差，我們把這種誤差稱為量化誤差。在把模擬信號(hào)劃分為不同的量化等級(jí)時(shí)，用不同的劃分方法可以得到不同的量化誤差。假定需要把01V的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成3位二進(jìn)制代碼，這時(shí)便可以取=（1/8）V，并規(guī)定凡數(shù)值在0（1/8）V之間的模擬電壓都當(dāng)作0看待，用二進(jìn)制的000表示；凡數(shù)值在（1/8）（2/8）V之間的模擬電壓都當(dāng)作1看待，用二進(jìn)制的001表示，等等，如圖12-7（a）所示。不難看出，最大的量化誤差可達(dá)，即（1/8）V。第15頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換第16頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/

13、AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換為了減少量化誤差，通常取量化單位=（2/15）V，并將000代碼所對(duì)應(yīng)的模擬電壓規(guī)定為0（1/15）V，即0/2。這時(shí)，最大量化誤差將減少為/2=（1/15）V。這個(gè)道理不難理解，因?yàn)楝F(xiàn)在把每個(gè)二進(jìn)制代碼所代表的模擬電壓值規(guī)定為它所對(duì)應(yīng)的模擬電壓范圍的中點(diǎn)，所以最大的量化誤差自然就縮小為/2了。如圖12-8所示的取樣保持電路以N溝道MOS管VT作為取樣開(kāi)關(guān)。第17頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換當(dāng)控制信號(hào)vL為高電平時(shí)，VT導(dǎo)通，輸入信號(hào)vI經(jīng)電阻RI和VT向電

14、容Ch充電。若取RI=RF，則充電結(jié)束后vO=vI=vC。當(dāng)控制信號(hào)返回低電平，VT截止。由于Ch無(wú)放電回路，所以vO的數(shù)值被保存下來(lái)。缺點(diǎn)：取樣過(guò)程中需要通過(guò)RI和VT向Ch充電，所以使取樣速度受到了限制。同時(shí)，RI的數(shù)值不允許取得很小，否則會(huì)進(jìn)一步降低取樣電路的輸入電阻。3位并行比較型A/D轉(zhuǎn)換原理電路如圖12-9所示，它由電壓比較器、寄存器和代碼轉(zhuǎn)換器三部分組成，輸入與輸出轉(zhuǎn)換關(guān)系見(jiàn)表12-1。第18頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換第19頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /

15、數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換第20頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換第21頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換逐次逼近轉(zhuǎn)換過(guò)程與用天平稱物重非常相似。按照天平稱重的思路，逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，就是將輸入模擬信號(hào)與不同的參考電壓做多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量的對(duì)應(yīng)值。4位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯電路如圖12-10所示。第22頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/

16、D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換第23頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換圖中5位移位寄存器可進(jìn)行并入/并出或串入/串出操作，其輸入端F為并行置數(shù)使能端，高電平有效。其輸入端S為高位串行數(shù)據(jù)輸入。數(shù)據(jù)寄存器由D邊沿觸發(fā)器組成，數(shù)字量從Q1Q4輸出。電路工作過(guò)程：當(dāng)啟動(dòng)脈沖上升沿到達(dá)后，F(xiàn)F0FF4被清零，Q5置1，Q5的高電平開(kāi)啟與門(mén)G2，時(shí)鐘脈沖CP進(jìn)入移位寄存器。在第一個(gè)CP脈沖作用下，由于移位寄存器的置數(shù)使能端F已由0變1，并行輸入數(shù)據(jù)ABCDE置入，QAQBQCQDQE=01111，QA的低電平使數(shù)據(jù)寄存器的最高位（Q4）置1，即Q

17、4Q3Q2Q1=1000。D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量1000轉(zhuǎn)換為模擬電壓vo，送入比較器C與輸入模擬電壓vI比較，若vIvo，則比較器C輸出vC為1，否則為0。比較結(jié)果送D1D4。第24頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換第二個(gè)CP脈沖到來(lái)后，移位寄存器的串行輸入端S為高電平，QA由0變1，同時(shí)最高位QA的0移至次高位QB。于是數(shù)據(jù)寄存器的Q3由0變1，這個(gè)正跳變作為有效觸發(fā)信號(hào)加到FF4的CP端，使vC的電平得以在Q4保存下來(lái)。此時(shí)，由于其他觸發(fā)器無(wú)正跳變觸發(fā)脈沖，vC的信號(hào)對(duì)它們不起作用。Q3變1后，建立了新的D/A轉(zhuǎn)換器

18、的數(shù)據(jù)，輸入電壓再與其輸出電壓vo進(jìn)行比較，比較結(jié)果在第三個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下存于Q3如此進(jìn)行，直到QE由1變0時(shí)，使觸發(fā)器FF0的輸出端Q0產(chǎn)生由0到1的正跳變，做觸發(fā)器FF1的CP脈沖，使上一次A/D轉(zhuǎn)換后的vC電平保存于Q1。同時(shí)使Q5由1變0后將G2封鎖，一次A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程結(jié)束。于是電路的輸出端D3D2D1D0得到與輸入電壓v1成正比的數(shù)字量。由以上分析可見(jiàn)，逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需時(shí)間與其位數(shù)和時(shí)鐘脈沖頻率有關(guān)，位數(shù)愈少，時(shí)鐘頻率越高，轉(zhuǎn)換所需時(shí)間越短。這種A/D轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換速度快，精度高的特點(diǎn)。常用的集成逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器有ADC0808/0809系列（8位）、AD

19、575（10位）、AD574A（12位）等。第25頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換（1）轉(zhuǎn)換精度。單片集成A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來(lái)描述的。分辨率說(shuō)明A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力。A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率以輸出二進(jìn)制（或十進(jìn)制）數(shù)的位數(shù)表示。從理論上講，n位輸出的A/D轉(zhuǎn)換器能區(qū)分2n個(gè)不同等級(jí)的輸入模擬電壓，能區(qū)分輸入電壓的最小值為滿量程輸入的1/2n。在最大輸入電壓一定時(shí)，輸出位數(shù)愈多，量化單位愈小，分辨率愈高。例如A/D轉(zhuǎn)換器輸出為8位二進(jìn)制數(shù)，輸入信號(hào)最大值為5V，那么這個(gè)轉(zhuǎn)換器應(yīng)能區(qū)分輸入信

20、號(hào)的最小電壓為19.53mV。轉(zhuǎn)換誤差表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。常用最低有效位的倍數(shù)表示。例如給出相對(duì)誤差不大于LSB/2，這就表明實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個(gè)字。（2）轉(zhuǎn)換時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間指A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號(hào)到來(lái)開(kāi)始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。第26頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換不同類型的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度相差甚遠(yuǎn)。其中并行比較A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度最高，8位二進(jìn)制輸出的單片集成A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間可小于50ns。逐次比較型

21、A/D轉(zhuǎn)換器次之，其他多數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)間在1050s。間接A/D轉(zhuǎn)換器的速度最慢，如雙積分A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間大都在幾十毫秒至幾百毫秒之間。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)從系統(tǒng)數(shù)據(jù)總的位數(shù)、精度要求、輸入模擬信號(hào)的范圍及輸入信號(hào)極性等方面綜合考慮A/D轉(zhuǎn)換器的選用。第27頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換第28頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換目前常用AD/DA芯片簡(jiǎn)介一、 AD公司AD/DA器件AD公司生產(chǎn)的各種模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)(統(tǒng)稱數(shù)據(jù)

22、轉(zhuǎn)換器)一直保持市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位，包括高速、高精度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器和目前流行的微轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)（MicroConvertersTM )。1. AD7705AD7705是AD公司出品的適用于低頻測(cè)量?jī)x器的AD轉(zhuǎn)換器。它能將從傳感器接收到的很弱的輸入信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成串行數(shù)字信號(hào)輸出，而無(wú)需外部?jī)x表放大器。采用的ADC，實(shí)現(xiàn)16位無(wú)誤碼的良好性能，片內(nèi)可編程放大器可設(shè)置輸入信號(hào)增益。通過(guò)片內(nèi)控制寄存器調(diào)整內(nèi)部數(shù)字濾波器的關(guān)閉時(shí)間和更新速率，可設(shè)置數(shù)字濾波器的第一個(gè)凹口。在+3V電源和1 MHz主時(shí)鐘時(shí)， AD7705功耗僅是1 mW。AD7705是基于微控制器（MCU）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）系統(tǒng)的理想電路，能夠

23、進(jìn)一步節(jié)省成本、縮小體積、減小系統(tǒng)的復(fù)雜性。應(yīng)用于微處理器（MCU）、數(shù)字信號(hào)處理（DSP）系統(tǒng)、手持式儀器、分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。第29頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換2. AD7714AD7714是一個(gè)完整的用于低頻測(cè)量應(yīng)用場(chǎng)合的模擬前端，用于直接從傳感器接收小信號(hào)并輸出串行數(shù)字量。它使用轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)高達(dá)24位精度的代碼而不會(huì)丟失。輸入信號(hào)加至位于模擬調(diào)制器前端的專用可編程增益放大器。調(diào)制器的輸出經(jīng)片內(nèi)數(shù)字濾波器進(jìn)行處理。數(shù)字濾波器的第一次濾波通過(guò)片內(nèi)控制寄存器來(lái)編程，此寄存器可以調(diào)節(jié)濾波的截止時(shí)間和建立時(shí)間。AD7

24、714有3個(gè)差分模擬輸入（也可以是5個(gè)偽差分模擬輸入）和一個(gè)差分基準(zhǔn)輸入；單電源工作（+3 V或+5 V）。因此，AD7714能夠?yàn)楹卸噙_(dá)5個(gè)通道的系統(tǒng)進(jìn)行所有的信號(hào)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換。AD7714很適合于靈敏的基于微控制器或DSP的系統(tǒng)，它的串行接口可進(jìn)行3線操作，通過(guò)串行端口可用軟件設(shè)置增益、信號(hào)極性和通道選擇。AD7714具有自校準(zhǔn)、系統(tǒng)和背景校準(zhǔn)選擇，也允許用戶讀寫(xiě)片內(nèi)校準(zhǔn)寄存器。CMOS結(jié)構(gòu)保證了很低的功耗，省電模式使待機(jī)功耗減至15W（典型值）。第30頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換3. AD7888AD7888

25、是高速、低功耗的12位A/D轉(zhuǎn)換器，單電源工作，電壓范圍為2.75.25V，轉(zhuǎn)換速率高達(dá)125kbps，輸入跟蹤保持信號(hào)寬度最小為500ns，單端采樣方式。AD7888包含有8個(gè)單端模擬輸入通道，每一通道的模擬輸入范圍均為0Vref。該器件轉(zhuǎn)換滿功率信號(hào)可至3MHz。AD7888具有片內(nèi)2.5 V電壓基準(zhǔn)，可用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)源，引腳REFin/REFout允許用戶使用這一基準(zhǔn)，也可以反過(guò)來(lái)驅(qū)動(dòng)這一管腳，向AD7888提供外部基準(zhǔn)，外部基準(zhǔn)的電壓范圍為1.2 VVDD。CMOS結(jié)構(gòu)確保正常工作時(shí)的功率消耗為2mW（典型值），省電模式下為3W。4. AD5320AD5320是單片12位電壓輸出

26、D/A轉(zhuǎn)換器，單電源工作，電壓范圍為2.75.5V。片內(nèi)高精度輸出放大器提供滿電源幅度輸出，AD5320利用一個(gè)3線串行接口，時(shí)鐘頻率可高達(dá)30MHz，能與標(biāo)準(zhǔn)的SPI、QSPI、Microwire和DSP接口標(biāo)準(zhǔn)兼容。AD5320的基準(zhǔn)來(lái)自電源輸入端，因此提供了最寬的動(dòng)態(tài)輸出范圍。該器件含有一個(gè)上電復(fù)位電路，保證D/A轉(zhuǎn)換器的輸出穩(wěn)定在0V，直到接收到一個(gè)有效的寫(xiě)輸入信號(hào)。該器件具有省電功能以降低器件的電流損耗，5V時(shí)典型值為200nA。在省電模式下，提供軟件可選輸出負(fù)載。通過(guò)串行接口的控制，可以進(jìn)入省電模式。正常工作時(shí)的低功耗性能，使該器件很適合手持式電池供電的設(shè)備。5V時(shí)功耗為0.7 m

27、W，省電模式下降為1W。第31頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換5. ADuC824ADuC 824是MicroConvertersTM系列的最新成員，它是AD公司率先推出的帶閃存電可擦可編程存儲(chǔ)器（FlashEEPROM)的 轉(zhuǎn)換器。它的獨(dú)特之處在于將高性能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、帶程序和數(shù)據(jù)閃存及8位微控制器集成在一起。二、TI公司AD/DA器件美國(guó)德州儀器公司是一家國(guó)際性的高科技產(chǎn)品公司，是全球最大半導(dǎo)體產(chǎn)品供應(yīng)商之一，一九九八年半導(dǎo)體產(chǎn)品銷量名列全球第五，其中DSP產(chǎn)品銷量全球排名第一，模擬產(chǎn)品位于全球第一。1. TLC54

28、8/549TLC548和TLC549是以8位開(kāi)關(guān)電容逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)而構(gòu)造的CMOS A/D轉(zhuǎn)換器。它們?cè)O(shè)計(jì)成能通過(guò)3態(tài)數(shù)據(jù)輸出與微處理器或外圍設(shè)備串行接口。TLC548和TLC549僅用輸入/輸出時(shí)鐘和芯片選擇輸入作數(shù)據(jù)控制。TLC548的最高輸入頻率為2.048 MHz，而TLC549的輸入頻率最高可達(dá)1.1 MHz。TLC548和TLC549的使用與較復(fù)雜的TLC540和TLC541非常相似；不過(guò)，TLC548和TLC549提供了片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘，它通常工作在4MHz且不需要外部元件。片內(nèi)系統(tǒng)時(shí)鐘使內(nèi)部器件的操作獨(dú)立于串行輸入/輸出端的時(shí)序并允許TLC548和TLC549像許多軟件

29、和硬件所要求的那樣工作。I/OCLOCK和內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘一起可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送，對(duì)于TLC548為每秒45 500次轉(zhuǎn)換，對(duì)于TLC549為每秒40 000次的轉(zhuǎn)換速度。第32頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換TLC548和TLC549的其他特點(diǎn)包括通用控制邏輯，可自動(dòng)工作或在微處理器控制下工作的片內(nèi)采樣保持電路，具有差分高阻抗基準(zhǔn)電壓輸入端，易于實(shí)現(xiàn)比率轉(zhuǎn)換（ratiometric conversion）、定標(biāo)（scaling）以及與邏輯和電源噪聲隔離的電路。整個(gè)開(kāi)關(guān)電容逐次逼近轉(zhuǎn)換器電路的設(shè)計(jì)允許在小于17s的時(shí)間內(nèi)

30、以最大總誤差為0.5LSB最低有效位的精度實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。2. TLV5616TLV5616是一個(gè)12位電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），帶有靈活的4線串行接口，可以無(wú)縫連接TMS320、SPI、QSPI和Microwire串行口。數(shù)字電源和模擬電源分別供電，電壓范圍2.75.5V。輸出緩沖是2倍增益rail-to-rail輸出放大器；輸出放大器是AB類，以提高穩(wěn)定性和減少建立時(shí)間。rail-to-rail輸出和關(guān)電方式非常適宜單電源、電池供電應(yīng)用。通過(guò)控制字可以優(yōu)化建立時(shí)間和功耗比。3. TLV5580TLV5580是一個(gè)8位80MSPS高速A/D轉(zhuǎn)換器。以最高80MHz的采樣速率將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成8位

31、二進(jìn)制數(shù)據(jù)。數(shù)字輸入和輸出與3.3 V TTL/CMOS兼容。由于采用3.3 V電源和CMOS工藝改進(jìn)的單管線結(jié)構(gòu)，功耗低。該芯片的電壓基準(zhǔn)使用非常靈活，有片內(nèi)和片外部基準(zhǔn)，滿量程范圍是1Vpp到1.6Vpp，取決于模擬電源電壓。使用外部基準(zhǔn)時(shí)，可以關(guān)閉內(nèi)部基準(zhǔn)，降低芯片功耗。第33頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換1. 掌握D/A轉(zhuǎn)換集成芯片DAC0832的性能及其使用方法。2. 掌握A/D轉(zhuǎn)換集成芯片ADC0809的性能及其使用方法。集成芯片DAC0832、集成芯片ADC0809、數(shù)字實(shí)驗(yàn)臺(tái)等。第34頁(yè)/共42頁(yè)第第

32、1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換實(shí)訓(xùn)電路如圖12-11、圖12-12所示。第35頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換1. 數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換第36頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換第37頁(yè)/共42頁(yè)第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模模（D/AD/A）和模）和模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換2. 模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換（1）將ADC0809IC芯片插入IC空插座中，按圖12-12所示接線。其中D0D7分別接八只發(fā)光二極管（LED）,CLK接連續(xù)脈沖，