第10章模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換

1、下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄 下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄 下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄04RA2dUU 開路電壓開路電壓04R2dU 下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄04R2dU 04RA2dU

2、U 開路電壓開路電壓13RA2dUU 開路電壓開路電壓22RA2dUU 開路電壓開路電壓31RA2dUU 開路電壓開路電壓13R2dU 下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄2. .轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理04R13R22R31REA2222dUdUdUdUUU )2222(2001122334R ddddU下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄EF3URRU 輸出電壓輸出電壓)2222(23001122334RF ddddRUR)222(23002211RFo dddRURUnnnnn下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄)222(2002211Ro ddd

3、UUnnnnn)222(23002211RFo dddRURUnnnnn下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄倒倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄UC = UR / 2UB = UR /4UA = UR /8UD = UR 即：即：2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR下一頁下一頁返回返回上一頁上一

4、頁退出退出章目錄章目錄RUIRR/ 1021II 2121II 3221II RII213 2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄0R1R2R3R16842dRUdRUdRUdRU )24(8160123RddddRU 012301IIIII )24(8201234FROddddRRUU 2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁

5、退出退出章目錄章目錄1. .分辨率分辨率00101023112110. 下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄集成集成 ADC 芯片舉例芯片舉例AD7520各管腳功能：各管腳功能：d0 d9：十位數(shù)字量的輸入端；：十位數(shù)字量的輸入端；IO1、IO2：電流輸出端；電流輸出端；RF：反饋信號輸入反饋信號輸入端端；UDD：電源接線端電源接線端；GND：接地端。接地端。UR：參考電源，可正可負(fù)；參考電源，可正可負(fù)；URIO1IO2RFGNDd4AD752012345678161514131211109UDD+URd3d2d1d0d5d6d7d8d9 +AD7520的外引線排列及連接電路的

6、外引線排列及連接電路下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄 DAC0832是八位的是八位的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器, ,即在對其輸入即在對其輸入八位數(shù)字量后，通過外接的運算放大器，可以獲八位數(shù)字量后，通過外接的運算放大器，可以獲得相應(yīng)的模擬電壓值。得相應(yīng)的模擬電壓值。10.1.3 DAC0832 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄DAC 0832 簡化電路框圖簡化電路框圖下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄DAC 0832 管腳分布圖管腳分布圖CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXF

7、ERIout1Iout21234567891019181716151413121120下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄片選信號，片選信號，低電平有效低電平有效寫入控制，寫入控制，低電平有效低電平有效模擬地端模擬地端D0 D7數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入?yún)⒖茧妷簠⒖茧妷狠斎攵溯斎攵薉AC 0832 管腳分布圖管腳分布圖CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄數(shù)字地端數(shù)字地端反饋電阻反饋電阻外接端外

8、接端CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout21234567891019181716151413121120DAC 0832 管腳分布圖管腳分布圖下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄輸入鎖存允許信輸入鎖存允許信號，高電平有效號，高電平有效芯片工作電壓芯片工作電壓 輸入端輸入端 寫入控制端寫入控制端低電平有效，與低電平有效，與 配合使用配合使用XFERCSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUREFRFDGNDILEXFERIout1Iout2123456789101918171615

9、1413121120DAC 0832 管腳分布圖管腳分布圖下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄電流輸出端電流輸出端單極性輸出時。單極性輸出時。Iout2接模擬地接模擬地 傳送控制端傳送控制端低電平有效，與低電平有效，與WR2配合使用配合使用下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄 DAC 0832 實驗電路圖實驗電路圖下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄 模模數(shù)數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換器的任務(wù)是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量數(shù)字量, ,它是模擬信號和數(shù)字儀器的接口。根據(jù)其它是模擬信號和數(shù)字儀器的接口。根據(jù)其性能不同，類型也比較多。性能不同，

10、類型也比較多。 下面介紹逐次逼近式下面介紹逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換電路的原理和一轉(zhuǎn)換電路的原理和一種常用的集成電路組件。最后舉例說明其應(yīng)用。種常用的集成電路組件。最后舉例說明其應(yīng)用。順序脈沖順序脈沖發(fā)生器發(fā)生器逐次逼近逐次逼近 寄存器寄存器DAC電壓電壓比較器比較器輸出數(shù)字量輸出數(shù)字量輸入電壓輸入電壓 UiUA逐次逼近型模逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器原理框圖數(shù)轉(zhuǎn)換器原理框圖下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄8 g + 4 g8 g + 4 g + 2 g8 g + 4 g + 1 g 8 g8g 13g ，12g 13g，13g 13g，13g暫時結(jié)果暫時結(jié)果砝砝 碼碼 重重比比 較較

11、判判 斷斷順順 序序下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄 uO時鐘時鐘下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄1 0 0 06V 5. 5V4V5V1 1 0 01 0 1 01 0 1 1 )2222(28001122334A ddddUD/A轉(zhuǎn)換器輸出轉(zhuǎn)換器輸出UA為正值為正值下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄 )222(280066778A dddU下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄6VU /A3D2D1D0Dt0t1t310001100101010001011t2R3211U,D對對應(yīng)應(yīng)于于時時 R2411U,D對對應(yīng)應(yīng)于

12、于時時 R1811U,D對對應(yīng)應(yīng)于于時時 R01611U,D對對應(yīng)應(yīng)于于時時 V,8R U設(shè)設(shè)參參考考電電壓壓543210。輸輸入入電電壓壓V52. 5I U輸輸出出數(shù)數(shù)字字量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換完完畢畢 ,10110123 ddddV5 . 5 U對對應(yīng)應(yīng)模模擬擬電電壓壓下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄輸出數(shù)字量輸入模擬電壓uoui順序脈沖發(fā)生器逐次逼近寄存器D/A轉(zhuǎn)換器電壓比較器轉(zhuǎn)換開始前先將所有寄存器清零。開始轉(zhuǎn)換以后，時鐘脈沖轉(zhuǎn)換開始前先將所有寄存器清零。開始轉(zhuǎn)換以后，時鐘脈沖首先將寄存器最高位置成首先將寄存器最高位置成1，使輸出數(shù)字為，使輸出數(shù)字為1000。這個數(shù)。這個數(shù)碼

13、被碼被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓uo，送到比較器中與，送到比較器中與ui進行比較。若進行比較。若u0ui，說明數(shù)字過大了，故將最高位的，說明數(shù)字過大了，故將最高位的1清清除；若除；若uoui ，說明數(shù)字還不夠大，應(yīng)將這一位保留。然后，說明數(shù)字還不夠大，應(yīng)將這一位保留。然后，再按同樣的方式將次高位置成再按同樣的方式將次高位置成1，并且經(jīng)過比較以后確定這，并且經(jīng)過比較以后確定這個個1是否應(yīng)該保留。這樣逐位比較下去，一直到最低位為止。是否應(yīng)該保留。這樣逐位比較下去，一直到最低位為止。比較完畢后，寄存器中的狀態(tài)就是所要求的數(shù)字量輸出。比較完畢后，寄存器中的狀態(tài)就是所要求

14、的數(shù)字量輸出。下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄Q1 Q2 Q3 Q4 Q5ui1D C11D C11D C11D C11D C1&11FF1 FF2 FF3 FF4 FF5&uoCP +Cucd2(22)d1(21)d0(20)FFA Q FFB Q FFCG1 G2 G3G4 G5QG6G7G8=1(ui uo)=0(uiuo)uc=1S C1 1R1S C1 1R1S C1 1R3 位D/A 轉(zhuǎn)換器下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄轉(zhuǎn)換開始前，先使轉(zhuǎn)換開始前，先使Q1=Q2=Q3=Q4=0，Q5=1，第一個，第一個CP到到來后，來后，Q

15、1=1，Q2=Q3=Q4=Q5=0，于是，于是FFA被置被置1，F(xiàn)FB和和FFC被被置置0。這時加到。這時加到D/A轉(zhuǎn)換器輸入端的代碼為轉(zhuǎn)換器輸入端的代碼為100，并在，并在D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的輸出端得到相應(yīng)的模擬電壓輸出器的輸出端得到相應(yīng)的模擬電壓輸出uo。uo和和ui在比較器中比在比較器中比較，當(dāng)若較，當(dāng)若uiuo時，比較器輸出時，比較器輸出uc=1；當(dāng)；當(dāng)uiuo時，時，uc=0。第二個第二個CP到來后，環(huán)形計數(shù)器右移一位，變成到來后，環(huán)形計數(shù)器右移一位，變成Q2=1，Q1=Q3=Q4=Q5=0，這時門，這時門G1打開，若原來打開，若原來uc=1，則，則FFA被置被置0，若原來若原來uc=

16、0，則，則FFA的的1狀態(tài)保留。與此同時，狀態(tài)保留。與此同時，Q2的高電平將的高電平將FFB置置1。第三個第三個CP到來后，環(huán)形計數(shù)器又右移一位，一方面將到來后，環(huán)形計數(shù)器又右移一位，一方面將FFC置置1，同時將門，同時將門G2打開，并根據(jù)比較器的輸出決定打開，并根據(jù)比較器的輸出決定FFB的的1狀態(tài)狀態(tài)是否應(yīng)該保留。是否應(yīng)該保留。第四個第四個CP到來后，環(huán)形計數(shù)器到來后，環(huán)形計數(shù)器Q4=1，Q1=Q2=Q3=Q5=0，門門G3打開，根據(jù)比較器的輸出決定打開，根據(jù)比較器的輸出決定FFC的的1狀態(tài)是否應(yīng)該保留。狀態(tài)是否應(yīng)該保留。第五個第五個CP到來后，環(huán)形計數(shù)器到來后，環(huán)形計數(shù)器Q5=1，Q1=Q

17、2=Q3=Q4=0，F(xiàn)FA、FFB、FFC的狀態(tài)作為轉(zhuǎn)換結(jié)果，通過門的狀態(tài)作為轉(zhuǎn)換結(jié)果，通過門G6、G7、G8送送出。出。下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄QF3SRRF2SQRF1SQRF0SQ&d3&d2&d1&d0讀出讀出“與門與門”&111d3d0E讀出控制端讀出控制端UiUA電壓電壓比較器比較器逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器控制邏輯門控制邏輯門時鐘脈沖時鐘脈沖五位順序脈沖發(fā)生器五位順序脈沖發(fā)生器四位逐次逼近型模四位逐次逼近型模- -數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理電路數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理電路四位四位D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器CQ4Q3Q2Q1Q0d2d1下一頁

18、下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄FF1 FF2 FF3 FF4 FF5QA QB QC QD QECPuI(t)uOCOCOCO1 uI uO3位碼位碼D/AC電路電路補償電壓補償電壓=（1/2）LSB=0.5V逐次比較型逐次比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器10004V3.5V4.9V0 模數(shù)為模數(shù)為5的的環(huán)型計數(shù)器。環(huán)型計數(shù)器。 例：例：uI(t)=4.9V10000G3 G2 G1RdQ3 Q2 Q1G4G5G6D2D1D03位碼位碼D/AC電路電路000下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄FF1 FF2 FF3 FF4 FF5QA QB QC QD QECPu

19、I(t)uOCOCOCO1 uI uO3位碼位碼D/AC電路電路補償電壓補償電壓=（1/2）LSB=0.5VG3 G2 G1RdQ3 Q2 Q1G4G5G6D2D1D04.9V6V5.5V0逐次比較型逐次比較型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 第二第二個時鐘脈個時鐘脈沖到來時。沖到來時。0100010001101 第三第三個時鐘脈個時鐘脈沖到來時。沖到來時。001001010 第五第五個時鐘脈個時鐘脈沖到來時。沖到來時。000011015V4.5VG4、G5、G6門開，門開，Q3、Q2、Q1數(shù)據(jù)傳數(shù)據(jù)傳出。出。下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄1. 分辨率分辨率 以輸出二進制數(shù)的位數(shù)

20、表示分辨率。以輸出二進制數(shù)的位數(shù)表示分辨率。 位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。2. 轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度 完成一次完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間，即從它接到轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換所需要的時間，即從它接到轉(zhuǎn) 換控制信號起，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出換控制信號起，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出 所需要的時間。所需要的時間。3. 相對精度相對精度 實際轉(zhuǎn)換值和理想特性之間的最大偏差。實際轉(zhuǎn)換值和理想特性之間的最大偏差。 4. .其它其它 功率、電源電壓、電壓范圍等。功率、電源電壓、電壓范圍等。下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄8 通通 道道 模模 擬擬 開開 關(guān)關(guān)

21、比較器比較器邏輯控制邏輯控制逐次逼近逐次逼近 寄存器寄存器 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器地址鎖存地址鎖存 譯譯 碼碼 器器三態(tài)輸出鎖存器三態(tài)輸出鎖存器下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄10.2.2 雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 雙積分型雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器屬于電壓時間變換的間接轉(zhuǎn)換器屬于電壓時間變換的間接A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 基本原理是將一段時間內(nèi)的輸入模擬電壓基本原理是將一段時間內(nèi)的輸入模擬電壓 Ui 和和參考電壓參考電壓UR 通過兩次積分，變換成與輸入電壓平均通過兩次積分，變換成與輸入電壓平均值成正比的時間間隔值成正比的時間間隔, ,再變換成正比于輸入模擬信號再變換成正比于輸入模擬信號的數(shù)字量。的數(shù)字量。下一頁下一頁返回返回上一頁上一頁退出退出章目錄章目錄S1RS2CuA積分器積分器CP_+n n位二進制位二進制計數(shù)器計數(shù)器&+AC _+ Q0Q1Qn-1邏輯邏輯控制控制電路電路1K1JRD