第十四ADCDAC

1、模擬信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)：數(shù)字信號(hào)： A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 (ADCAnalog Digital Converter)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)：模擬信號(hào)： D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 (DAC Digital Analog Converter)放大器放大器傳感器傳感器(溫度、壓溫度、壓力、流量、力、流量、應(yīng)力等）應(yīng)力等）采樣采樣/保持器保持器A/D計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)顯示器顯示器D/A示波器示波器打印機(jī)打印機(jī)計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種數(shù)字處理（如濾數(shù)字處理（如濾波、計(jì)算）、數(shù)波、計(jì)算）、數(shù)據(jù)保存、打印等據(jù)保存、打印等顯示器顯示字符、顯示器顯示字符、曲線、圖形、圖曲線、圖形、圖象等象等14.1 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)

2、換器 (1) D/A功能功能: 將數(shù)字量將數(shù)字量成正比成正比地轉(zhuǎn)換成模擬量地轉(zhuǎn)換成模擬量 D/An =4位位8位位10位位12位位16位位n位位數(shù)字量數(shù)字量模擬量模擬量05V或或010V一、一、D/A轉(zhuǎn)換器原理轉(zhuǎn)換器原理4位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù): 0000 0V 1111 5V 分辨率分辨率:5V/15=0.333V/每每1個(gè)最低有效位個(gè)最低有效位8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù): 00000000 0V 11111111 5V 分辨率分辨率:5V/255=0.0196V/每每1個(gè)最低有效位個(gè)最低有效位 (2) D/A的組成的組成 由三部分電路組成由三部分電路組成 電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò) 模擬電子開關(guān)模擬電子開關(guān) 求和運(yùn)算放大

3、器求和運(yùn)算放大器輸入輸入4位二進(jìn)制數(shù)位二進(jìn)制數(shù)輸出輸出模擬模擬電壓電壓S0S3:模擬電子開關(guān)模擬電子開關(guān)D=0, S倒向地倒向地D=1, S倒向倒向VREF電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)求和運(yùn)算放大器求和運(yùn)算放大器VREF2R2R2R2R2RRRR2RS0S1S2S3精密參精密參考電壓考電壓D0D1D2D3+-3R3R/2UOVREF2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R+-3R3R/2UO當(dāng)當(dāng)D3D2D1D0=0000時(shí)時(shí),S3S2S1S0都倒向地都倒向地UO=0V (3) D/A轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理當(dāng)當(dāng)D3D2D1D0=0000時(shí)時(shí)UO3R2R+-3R/2R等效電路等效電路3R000

4、0AV= -1VREF2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R+-3R3R/2UOUO3R+-3R/2等效電路等效電路2R2RVREF2RRVREF/2UO=-VREF/2當(dāng)當(dāng)D3D2D1D0=1000時(shí)時(shí)0001AV= -13R當(dāng)當(dāng)D3D2D1D0=1000時(shí)時(shí),S2S1S0都倒向地，都倒向地，S3倒向倒向VREFVREF2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R+-3R3R/2UO當(dāng)當(dāng)D3D2D1D0=0100時(shí)時(shí),S3S1S0都倒向地都倒向地S2倒向倒向VREF當(dāng)當(dāng)D3D2D1D0=0100時(shí)時(shí)UO=-VREF/4UO3R+-3R/2等效電路等效

5、電路2RRVREF2R2R2R3RVREF/40010AV= -1VREF2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R+-3R3R/2UO同理可推導(dǎo)，同理可推導(dǎo)，當(dāng)當(dāng)D3D2D1D0=0010時(shí)，時(shí)， UO= VREF/8 當(dāng)當(dāng)D3D2D1D0=0001時(shí)，時(shí)， UO= VREF/16D3D2D1D0=1000時(shí)，時(shí)，UO= VREF/2= D3VREF/21D3D2D1D0=0100時(shí)，時(shí)，UO= VREF/4= D2VREF/22D3D2D1D0=0010時(shí)，時(shí)，UO= VREF/8= D1VREF/23D3D2D1D0=0001時(shí)，時(shí)，UO= VREF/16= D0VR

6、EF/24根據(jù)疊加原理根據(jù)疊加原理: UO= (D3VREF/21+ D2VREF/22 + D1VREF/23 + D0VREF/24 ) = (D3/21+ D2/22 + D1/23 + D0/24 ) VREF = (VREF /24) (23 D3 + 22 D2+ 21 D1 + 20 D0)UO = (VREF /24) (23 D3 + 22 D2+ 21 D1 + 20 D0)此式表明此式表明: D/A電路輸出模擬電壓電路輸出模擬電壓UO與輸入的與輸入的 數(shù)字量數(shù)字量D3D2D1D0成正比成正比二、二、 8位位D/A轉(zhuǎn)換器電路框圖轉(zhuǎn)換器電路框圖8 D 鎖存器鎖存器求和電路求和

7、電路電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)電子開關(guān)電子開關(guān)UOD7-D0CPVREF14.2 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器(1)A/D功能功能: 將模擬電壓將模擬電壓成正比成正比地轉(zhuǎn)換成數(shù)字量地轉(zhuǎn)換成數(shù)字量A/DUI輸入模擬電壓輸入模擬電壓D7D0輸出數(shù)字量輸出數(shù)字量0 5V0000000011111111分辨率分辨率:5V/255=0.0196V/每每1個(gè)最低有效位個(gè)最低有效位一、一、 A/D功能及分類功能及分類(2)A/D轉(zhuǎn)換器分類轉(zhuǎn)換器分類 并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型 特點(diǎn)特點(diǎn): 轉(zhuǎn)換速度快轉(zhuǎn)換速度快,轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間 10ns 1 s 逐次逼近型逐次逼近型 特點(diǎn)特點(diǎn): 轉(zhuǎn)換速度中轉(zhuǎn)換速度中,轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間 幾幾 s 10

8、0 s 雙積分型雙積分型 特點(diǎn)特點(diǎn): 轉(zhuǎn)換速度慢轉(zhuǎn)換速度慢,轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間 幾百幾百 s 幾幾ms根據(jù)內(nèi)部電路不同根據(jù)內(nèi)部電路不同,分為以下三類分為以下三類:二、并聯(lián)比較型二、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器（三位）原理轉(zhuǎn)換器（三位）原理DQDQDQDQDQDQDQ7VR/86VR/85VR/84VR/83VR/82VR/8VR/8VRRRRRRRRRUIUI 6VR/8時(shí)，輸出時(shí)，輸出=1UI 7VR/8時(shí)，輸出時(shí)，輸出=1UI 7VR/8時(shí)，輸出時(shí)，輸出=0UI 6VR/8時(shí)，輸出時(shí)，輸出=0電壓比較器電壓比較器D鎖存器鎖存器編編 碼碼 器器QBQAQGQFQEQCQDD2D1D0輸入模擬電壓輸入

9、模擬電壓精密精密 參參考電壓考電壓精密電阻網(wǎng)絡(luò)（精密電阻網(wǎng)絡(luò)（23個(gè)電阻）個(gè)電阻）輸出數(shù)字量輸出數(shù)字量CPUI VR/8時(shí)，輸出時(shí)，輸出=1UI VR/8時(shí)，輸出時(shí)，輸出=0并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器中的編碼器真值表轉(zhuǎn)換器中的編碼器真值表 UI QA QB QC QD QE QF QG D2 D1 D0 6VR/8 UI 5VR/8 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 5VR/8 UI 4VR/8 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 7VR/8 UI 6VR/8 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 VR UI 7VR/8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4VR/8 U

10、I 3VR/8 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 3VR/8 UI 2VR/8 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 2VR/8 UI VR/8 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 VR/8 UI 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 特點(diǎn)：輸入電壓特點(diǎn)：輸入電壓UI每增加每增加VR/8 ，輸出數(shù)字量增加輸出數(shù)字量增加1根據(jù)以上真值表設(shè)計(jì)編碼器的組合邏輯電路（設(shè)計(jì)略）根據(jù)以上真值表設(shè)計(jì)編碼器的組合邏輯電路（設(shè)計(jì)略）14.3計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集原理簡介計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集原理簡介A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部組成轉(zhuǎn)換器內(nèi)部組成A/D電路電路模擬模擬輸入輸入三態(tài)門三態(tài)門數(shù)字?jǐn)?shù)字輸出輸出寄存器寄存器精密穩(wěn)精

11、密穩(wěn)壓電源壓電源電源電源計(jì)算機(jī)讀計(jì)算機(jī)讀取命令取命令時(shí)序控時(shí)序控制電路制電路A/D轉(zhuǎn)換命令轉(zhuǎn)換命令（來自計(jì)算機(jī)）（來自計(jì)算機(jī)）轉(zhuǎn)換完成信號(hào)轉(zhuǎn)換完成信號(hào)（由計(jì)算機(jī)檢測或（由計(jì)算機(jī)檢測或申請計(jì)算機(jī)中斷）申請計(jì)算機(jī)中斷）A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換完成信號(hào)轉(zhuǎn)換完成信號(hào)采樣采樣/保持器保持器模擬模擬輸入輸入讀取數(shù)據(jù)命令讀取數(shù)據(jù)命令計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)接口接口A/D板板A/D轉(zhuǎn)換命令轉(zhuǎn)換命令 模擬輸入電壓在模擬輸入電壓在A/D轉(zhuǎn)換期間應(yīng)保持不變，否則轉(zhuǎn)換期間應(yīng)保持不變，否則A/D的輸出的輸出數(shù)據(jù)總隨輸入電壓而變，所以需要采樣數(shù)據(jù)總隨輸入電壓而變，所以需要采樣/保持器。保持器。采樣采樣/保持器保持器A

12、/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器u1u2模擬模擬輸入輸入數(shù)字?jǐn)?shù)字輸出輸出A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換命令命令采樣采樣/保持器的功能：保持器的功能： 在在A/D轉(zhuǎn)換期間，使轉(zhuǎn)換期間，使A/D的輸入電壓的輸入電壓u2保持不變。保持不變。tA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換命令命令高電平期間高電平期間u2跟隨跟隨u1低電平期間低電平期間u2保持不變，保持不變，同時(shí)同時(shí)A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換進(jìn)行轉(zhuǎn)換u1 輸入輸入模擬信號(hào)模擬信號(hào)u2采樣采樣/保持器保持器輸出信號(hào)輸出信號(hào)C模擬電子開關(guān)模擬電子開關(guān)電壓跟隨器電壓跟隨器電壓跟隨器電壓跟隨器采樣保持電容采樣保持電容輸入輸入輸出輸出KA/D轉(zhuǎn)換命令轉(zhuǎn)換命令高電平期間，高電平期間，K合上，合上，C采樣采樣低電平期間，低電平期間，K打開，打開，C保持保持A/D轉(zhuǎn)換命令轉(zhuǎn)換命令TT：采樣周期，相鄰兩次采樣之間的時(shí)間間隔：采樣周期，相鄰兩次采樣之間的時(shí)間間隔 單位單位 s，ms， sf=1/T：采樣頻率，每秒采樣的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)：采樣頻率，每秒采樣的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù) 單位單位 Hz A/D轉(zhuǎn)換器將脈沖下降沿時(shí)的轉(zhuǎn)換器將脈沖下降沿時(shí)的模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量tt1t2t3t4t5t6t7模擬信號(hào)模擬信號(hào)信號(hào)幅度信號(hào)幅度時(shí)間時(shí)間數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)t1t2t3t4t5t