第九章模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換介紹

第九章模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換介紹第1頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三作業(yè)9-49-59-1322第2頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、正確理解D/A、A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)。1、掌握倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器(DAC)、集成D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理及相關(guān)計(jì)算。2、掌握并行比較、逐次比較、雙積分A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)的工作原理及其特點(diǎn)。教學(xué)基本要求22第3頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三A/D

轉(zhuǎn)換器

D/A

轉(zhuǎn)換器

模擬

控制器

工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制對(duì)象

模擬

傳感器

ADC和DAC已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。將溫度、壓力、流量、應(yīng)力等物理量轉(zhuǎn)換為模擬電量。計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字處理（如計(jì)算、濾波）、保存等用模擬量作為控制信號(hào)數(shù)字控制

計(jì)算機(jī)第一節(jié)概述22第4頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三22模擬放大數(shù)模放大第5頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三典型數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖22第6頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

第二節(jié)D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與之成正比模擬量。n位數(shù)字量概述DAC模擬量數(shù)

/

模轉(zhuǎn)換器:A

=KDuO=–KNB

22第7頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

一．D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理

對(duì)于有權(quán)碼，先將每位代碼按其權(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。22D/A轉(zhuǎn)換器的輸入/輸出關(guān)系框圖4位D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換關(guān)系第8頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

數(shù)字量是用二進(jìn)制數(shù)碼按數(shù)位組合而成的，對(duì)于有權(quán)碼，每位數(shù)碼都有一定的權(quán)值，如能將每一位數(shù)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)字量成正比的模擬量，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字量--模擬量的轉(zhuǎn)換。1、實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的基本思想

ND＝b4×24＋b3×23＋b2×22＋b1×21＋b0×20

＝1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×20將二進(jìn)制數(shù)NB＝（11001）B轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)ND。22第9頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、D/A轉(zhuǎn)換器的組成DAC的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以并行輸入也可串行輸入

用來(lái)存放數(shù)字量的各位數(shù)碼

由輸入數(shù)字量控制產(chǎn)生權(quán)電流

將權(quán)電流相加產(chǎn)生與輸入成正比的模擬電壓22第10頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3、實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的原理電路

，，,

22第11頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、幾種常見(jiàn)的D/A轉(zhuǎn)換器按解碼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分類T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC權(quán)電流DAC

權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC按模擬電子開(kāi)關(guān)電路分類CMOS開(kāi)關(guān)型DAC雙極型開(kāi)關(guān)型DAC電流開(kāi)關(guān)型DACECL電流開(kāi)關(guān)型DACD/A轉(zhuǎn)

換

器22ECL：emitter-coupledlogic射極耦合邏輯第12頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（一）權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器

權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器電路十分簡(jiǎn)單，但是，當(dāng)數(shù)字量的位數(shù)增多時(shí)，權(quán)電阻數(shù)目增多，阻值范圍越來(lái)越大，權(quán)電阻阻值的種類太多，集成電路制造、權(quán)電阻的匹配都比較困難，所以權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度受到了限制。

22第13頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

所以，無(wú)論Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻均接“地”（地或虛地），這樣流經(jīng)某一2R電阻的電流與開(kāi)關(guān)的位置無(wú)關(guān)，是個(gè)確定值。圖中S0～S3為模擬電子開(kāi)關(guān)，由輸入數(shù)碼Di控制；

當(dāng)Di=1時(shí)，Si接運(yùn)算放大器反相輸入端（虛地），電流Ii流入求和電路；當(dāng)Di=0時(shí)，Si將電阻2R接地。電流的參考方向電流的真實(shí)方向也如此（二）倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器（4位）22第14頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三輸出電壓：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、I/16。于是得總電流：將輸入數(shù)字量擴(kuò)展到n位，則有：可簡(jiǎn)寫(xiě)為：uO=－KNB

其中：K=可算出，基準(zhǔn)電流I=UREF/R，

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）等。22第15頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三AD7520是10位CMOS電流開(kāi)關(guān)型D/A轉(zhuǎn)換器。芯片內(nèi)含有倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)、CMOS電流開(kāi)關(guān)和反饋電阻（R=10K），該集成D/A轉(zhuǎn)換器在應(yīng)用時(shí)必須外接參考電壓源和運(yùn)算放大器。其內(nèi)部電阻網(wǎng)絡(luò)組成的D/A轉(zhuǎn)換電路如圖所示，AD7520的引腳圖如圖所示。CMOS開(kāi)關(guān)倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器AD752022第16頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三22第17頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三要使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；（4）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的整數(shù)倍遞增。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。它是目前廣泛使用的D/A轉(zhuǎn)換器中速度較快的一種。關(guān)于D/A轉(zhuǎn)換器精度的討論22第18頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三Di=1時(shí)，開(kāi)關(guān)Si接運(yùn)放的反相端;Di=0時(shí)，開(kāi)關(guān)Si接地。用恒流源代替倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)（三）權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器為進(jìn)一步提高D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度，可采用權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器。22第19頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

在恒流源電路中，各支路權(quán)電流的大小均不受開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電阻和壓降的影響，這樣降低了對(duì)開(kāi)關(guān)電路的要求，提高了轉(zhuǎn)換精度。22第20頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三采用具有電流負(fù)反饋的BJT恒流源電路的權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器IE3=I/2，IE2=I/4，IE1=I/8，IE0=I/1622第21頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

由圖可見(jiàn)，T3～T0的基極是接在一起的，三極管的發(fā)射結(jié)壓降UBE相同，則它們的發(fā)射極處于相同的電位。在計(jì)算各支路的電流時(shí)，可以認(rèn)為所有2R電阻的上端都接到了同一個(gè)電位上，因而電路的工作狀態(tài)與倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)一樣。這時(shí)流過(guò)每個(gè)2R電阻的電流自左而右依次減少1/2。為了保證所有三極管的發(fā)射結(jié)壓降相等，在發(fā)射極電流較大的三極管中按比例地加大了發(fā)射結(jié)的面積，即T3～T0發(fā)射結(jié)面積之比為8:4:2:1，在圖中T3～T0均采用了多發(fā)射極晶體管來(lái)表示，其發(fā)射極個(gè)數(shù)是8、4、2、1。這樣，在各BJT電流比值為8:4:2:1的情況下，T3～T0的發(fā)射極電流密度相等，結(jié)面積的比值8:4:2:1，可使各發(fā)射結(jié)電壓VBE相同。由于T3～T0的基極電壓相同，所以它們的發(fā)射極e3、e2、e1、e0就為等電位點(diǎn)。在計(jì)算各支路電流時(shí)將它們等效連接后，流入每個(gè)2R電阻的電流從高位到低位依次減少1/2，各支路中電流分配比例滿足8:4:2:1的要求。

電流的參考方向電流的真實(shí)方向也如此22第22頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

參考電壓源UREF、運(yùn)算放大器A2、R1、Tr、R與VEE組成基準(zhǔn)電流IREF產(chǎn)生電路，A2和R1、Tr的cb結(jié)組成電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路，以穩(wěn)定輸出電壓，即Tr的基極電壓。Tr的集電結(jié)，電阻R到VEE為反饋電路的負(fù)載，由于電路處于深度負(fù)反饋，根據(jù)虛短的原理，其基準(zhǔn)電流為：

可推得n位倒T形權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)22特點(diǎn)輸出電壓僅與基準(zhǔn)電壓和R1有關(guān)，而與電阻網(wǎng)電阻無(wú)關(guān)。第23頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三三、D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式單極性輸出方式：當(dāng)數(shù)字量為正值，根據(jù)電路形式或基準(zhǔn)電壓的極性，使輸出電壓值為0~正滿度值，或?yàn)?~負(fù)滿度值，如0~10V；單極性輸出方式，數(shù)字輸入量采用自然二進(jìn)制碼。雙極性輸出方式：把不同極性的二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換為正負(fù)極性的模擬電壓的方式，如-5V~+5V；雙極性輸出方式，數(shù)字輸入量常采用2的補(bǔ)碼。22第24頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三DAC0808D/A轉(zhuǎn)換器輸出與輸入的關(guān)系（設(shè)UREF=10V）（一）單極性輸出方式二進(jìn)制數(shù)沒(méi)有符號(hào)位，全是數(shù)值位22第25頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三8位D/A轉(zhuǎn)換器輸出與輸入的關(guān)系（設(shè)UREF=10V）22第26頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反相輸出同相輸出8位D/A轉(zhuǎn)換器的單極性輸出方式22第27頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）雙極性輸出方式

因?yàn)樵跀?shù)字系統(tǒng)中數(shù)值通常是帶符號(hào)的，所以希望D/A轉(zhuǎn)換器能夠把帶符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)輸入轉(zhuǎn)換成正負(fù)極性的模擬電壓輸出。22輸入為3位二進(jìn)制補(bǔ)碼時(shí)要求D/A轉(zhuǎn)換器的輸出第28頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）雙極性輸出方式

如果按單極性輸出電路，轉(zhuǎn)換如下：22偏移二進(jìn)制碼輸出，或者稱雙極性輸出實(shí)現(xiàn)方法：將輸入數(shù)字量的補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換為偏移二進(jìn)制碼，再送

入D/A轉(zhuǎn)換電路。第29頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三常用雙極性編碼22第30頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

原碼的2的補(bǔ)碼228位D/A轉(zhuǎn)換器的雙極性輸出方式第31頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

雙極性輸出D/A轉(zhuǎn)換器22設(shè)NB=00010110第32頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

雙極性輸出D/A轉(zhuǎn)換器22設(shè)NB=10010110第33頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三四、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨率：其定義為D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入微小量的敏感程度，是D/A轉(zhuǎn)換器在理論上可以達(dá)到的精度。分辨率也可以用能分辨的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比給出。n位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為

。1、分辨率（一）轉(zhuǎn)換精度22輸入數(shù)字量位數(shù)越多，輸出電壓可分離的等級(jí)越多，即D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率越高。第34頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差是指對(duì)給定的數(shù)字量，D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際轉(zhuǎn)換值與理想值之間的偏差。產(chǎn)生原因：由于D/A轉(zhuǎn)換器中各元件參數(shù)值存在誤差，如基準(zhǔn)電壓不夠穩(wěn)定或運(yùn)算放大器的零漂等各種因素的影響。幾種轉(zhuǎn)換誤差：有如比例系數(shù)誤差、失調(diào)誤差和非線性誤差等22第35頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（二）轉(zhuǎn)換速度：當(dāng)輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時(shí)，輸出的模擬量并不能立即達(dá)到所對(duì)應(yīng)的量值，它要延遲一段時(shí)間，一般用建立時(shí)間和轉(zhuǎn)換速率來(lái)描述。（2）轉(zhuǎn)換速率（SR）——在大信號(hào)工作狀態(tài)下模擬電壓的變化率。（1）建立時(shí)間（tset）——當(dāng)輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓變化到相應(yīng)穩(wěn)定電壓值所需時(shí)間。最短可達(dá)0.1μS。22第36頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（三）溫度系數(shù)：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。一般用溫度每升高1°C，數(shù)出電壓變化的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。22第37頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1、數(shù)字式可編程增益控制電路

D2

D7

uOD0

D1

2R

2R

2R

2R

R

R

R

D8

D9

R

R

R

uI

2R

2R

2R

-

+

R

IOUT1

IOUT2

UREF

AD7520五、D/A轉(zhuǎn)換器AD7520應(yīng)用舉例22第38頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

D2

D7

uOD0

D1

2R

2R

2R

2R

R

R

R

D8

D9

R

R

R

uI2R

2R

2R

-

+

RIOUT1

IOUT2

UREF

uO

-

+

R

uIOUT2I

IOUT1

倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)OuIAuu=Iout1＝I0+I1+I2+…I9根據(jù)虛斷有:22第39頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、

波形產(chǎn)生電路74163具同步清零功能74163和與非門(mén)構(gòu)成十進(jìn)制計(jì)數(shù)器：0000~100122階梯波產(chǎn)生電路第40頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三六、D/A轉(zhuǎn)換器DAC0808應(yīng)用舉例DAC0808是8位權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器，其中D0～D7是數(shù)字量輸入端。用這類器件構(gòu)成的D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)，需要外接運(yùn)算放大器和產(chǎn)生基準(zhǔn)電流用的電阻R1。22第41頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三22第42頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三當(dāng)UREF=10V、R1=5kΩ、Rf=5kΩ時(shí)，輸出電壓為：22六、D/A轉(zhuǎn)換器DAC0808應(yīng)用舉例第43頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)A/D轉(zhuǎn)換器一、A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程二、A/D轉(zhuǎn)換器的基本工作原理三、A/D轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)指標(biāo)四、集成A/D轉(zhuǎn)換器23第44頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三概述ADCDn~D0輸出數(shù)字量輸入模擬電壓能將模擬電壓成正比地轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。1.A/D功能:23第45頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三①并聯(lián)比較型特點(diǎn):轉(zhuǎn)換速度快,轉(zhuǎn)換時(shí)間10ns~1s,但電路復(fù)雜。②逐次逼近型特點(diǎn):轉(zhuǎn)換速度適中,轉(zhuǎn)換時(shí)間為幾s~100s,轉(zhuǎn)換精度高，在轉(zhuǎn)換速度和硬件復(fù)雜度之間達(dá)到一個(gè)很好的平衡。③雙積分型

特點(diǎn):轉(zhuǎn)換速度慢,轉(zhuǎn)換時(shí)間幾百s~幾ms,但抗干擾能力最強(qiáng)。2.A/D轉(zhuǎn)換器分類23第46頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三取樣時(shí)間上離散的信號(hào)保持、量化量值上也離散的信號(hào)編碼模擬信號(hào)時(shí)間上和量值上都連續(xù)數(shù)字信號(hào)時(shí)間上和量值上都離散一、A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過(guò)程

A/D轉(zhuǎn)換器一般要包括取樣，保持，量化及編碼4個(gè)過(guò)程。23第47頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（一）取樣定理

取樣是將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為在時(shí)間離散的模擬量。

取樣信號(hào)S(t)的頻率愈高，所取得信號(hào)經(jīng)低通濾波器后愈能真實(shí)地復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)。合理的取樣頻率由取樣定理確定。

取樣定理：設(shè)取樣信號(hào)S(t)的頻率為fs，輸入模擬信號(hào)uI(t)的最高頻率分量的頻率為fimax，則應(yīng)滿足

fs≥2fimax S(t)=1:開(kāi)關(guān)閉合S(t)=0:開(kāi)關(guān)斷開(kāi)23第48頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

取得模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)都需要一定時(shí)間，為了給后續(xù)的量化編碼過(guò)程提供一個(gè)穩(wěn)定的值，在取樣電路后要求將所取樣的模擬信號(hào)保持一段時(shí)間。取樣（S閉合）保持（S斷開(kāi)）（二）取樣與保持電路及工作原理一般取樣和保持同時(shí)完成23第49頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三N溝道MOS管T作為開(kāi)關(guān)用的取樣—保持電路

當(dāng)控制信號(hào)uL為高電平時(shí)，T導(dǎo)通，uI經(jīng)電阻Ri和T向電容Ch充電。則充電結(jié)束后uO=－uI=uC。

當(dāng)控制信號(hào)返回低電平后，T截止。Ch無(wú)放電回路，所以u(píng)O的數(shù)值可被保存下來(lái)。23第50頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（三）量化與編碼數(shù)字信號(hào)在數(shù)值上是離散的。取樣–保持電路的輸出電壓還需按某種近似方式歸化到與之相應(yīng)的離散電平上，任何數(shù)字量只能是某個(gè)最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。這個(gè)最小量化單位用Δ表示，它是數(shù)字信號(hào)最低位為1時(shí)所對(duì)應(yīng)的模擬量。量化后的數(shù)值最后還需通過(guò)編碼過(guò)程用一個(gè)代碼（二進(jìn)制代碼或其他代碼）表示出來(lái)。經(jīng)編碼后得到的代碼就是A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量。1、量化2、編碼23第51頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三在量化過(guò)程中由于所取樣電壓不一定能被整除，所以量化前后一定存在誤差，此誤差我們稱之為量化誤差，用表示。量化誤差屬原理誤差，它是無(wú)法消除的。A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越多，各離散電平之間的差值越小，量化誤差越小。兩種近似量化方式：只舍不入量化方式四舍五入的量化方式3、量化誤差ε：量化前的電壓與量化后的電壓差4、量化方式23第52頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三011111101011000110100010000Δ=0v7Δ=7/8v6Δ=6/8v5Δ=5/8v4Δ=4/8v3Δ=3/8v2Δ=2/8v1Δ=1/8v輸入信號(hào)編碼量化后電壓a)只舍不入量化方式:量化中把不足一個(gè)量化單位的部分舍棄；對(duì)于等于或大于一個(gè)量化單位部分按一個(gè)量化單位處理。最大量化誤差為：最小量化單位＝1/8VΔ=1LSB=1/8V例：將0~1V電壓轉(zhuǎn)換為3位二進(jìn)制代碼23第53頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三b)四舍五入量化方式:量化過(guò)程將不足半個(gè)量化單位部分舍棄，對(duì)于等于或大于半個(gè)量化單位部分按一個(gè)量化單位處理。最大量化誤差為：最小量化單位：011111101011000110100010000Δ=0v7Δ=14/15v6Δ=12/15v5Δ=10/15v4Δ=8/15v3Δ=6/15v2Δ=4/15v1Δ=2/15v輸入信號(hào)編碼模擬電平Δ=1LSB=

2/15V＝1/15V例：將0~1V電壓轉(zhuǎn)換為3位二進(jìn)制代碼23第54頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三二、A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理電壓比較器輸入模擬電壓精密電阻網(wǎng)絡(luò)精密參考電壓UREF/153UREF/157UREF/159UREF/1511UREF/155UREF/1513UREF/15輸出數(shù)字量（一）并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器23第55頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三uI=8UREF/1511110000019UREF/1523第56頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

uI

CO1CO2CO3CO4CO5CO6CO7

D2D1D0

7UREF/15

uI9UREF/15

0001111100

9UREF/15

uI11UREF/15

0011111101

5UREF/15

uI7UREF/15

0000111011

3UREF/15

uI

5UREF/15000001101011UREF/15

uI13UREF/15

011111111013UREF/15

uIUREF1111111111

UREF/15

uI

3UREF/15

0000001001

0uIUREF/15

0000000000

根據(jù)各比較器的參考電壓值，可以確定輸入模擬電壓值與各比較器輸出狀態(tài)的關(guān)系。比較器的輸出狀態(tài)由D觸發(fā)器存儲(chǔ)，經(jīng)優(yōu)先編碼器編碼，得到數(shù)字量輸出。23第57頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三電路特點(diǎn)：在并行A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入電壓I同時(shí)加到所有比較器的輸入端。如不考慮各器件的延遲，可認(rèn)為三位數(shù)字量是與I輸入時(shí)刻同時(shí)獲得的。所以它的轉(zhuǎn)換時(shí)間最短。缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，如三位ADC需7個(gè)比較器、7個(gè)觸發(fā)器、8個(gè)電阻。位數(shù)越多，電路越復(fù)雜。單片集成并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品很多，如AD公司的AD9012(TTL工藝8位)、AD9002(ECL工藝，8位)、AD9020(TTL工藝，10位)等。23第58頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三1.邏輯電路（二）逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器23第59頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三所加砝碼重量

結(jié)果

逐次逼近轉(zhuǎn)換過(guò)程與用天平稱物重非常相似。第一次8克砝碼總重<待測(cè)重量Wx

，8克砝碼保留8克第二次再加4克砝碼總重仍<待測(cè)重量Wx

，4克砝碼保留12克第三次再加2克砝碼總重>待測(cè)重量Wx

，2克砝碼撤除12克第四次再加1克砝碼總重＝待測(cè)重量Wx

，1克砝碼保留13克2.轉(zhuǎn)換原理所用砝碼重量：8克、4克、2克和1克。設(shè)待秤重量Wx=13克。23第60頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.轉(zhuǎn)換原理

100…0100…0I

≥5V

1I=6.84VVREF=10V第一個(gè)CP：23第61頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.轉(zhuǎn)換原理

第二個(gè)CP：010…0110…010I

<7.5VI=6.84VVREF=10V23第62頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.轉(zhuǎn)換原理第三個(gè)CP：001…0101…0I

≥6.25V101A=6.84VVREF=10V23第63頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三10000000uA=6.84VUREF=10V10101111110000001010000010110000101010001010110010101110101011117.50000

6.2500

6.8750

6.5625

6.71875

6.796875

6.835937

0.00

5.0000

10ms

CP

啟動(dòng)脈沖

D7

D6

D5

D4

D3

D2

D1

D0

uO￠

V

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

轉(zhuǎn)換時(shí)間

=80ms

t/ms

23第64頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三小結(jié)：1、

逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)越多轉(zhuǎn)換精度越高；2、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)n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；23第65頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三（三）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器1、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的基本指導(dǎo)思想

對(duì)輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時(shí)間間隔，然后利用時(shí)鐘脈沖和計(jì)數(shù)器測(cè)出此時(shí)間間隔，進(jìn)而得到相應(yīng)的數(shù)字量輸出。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器也稱為電壓－時(shí)間－數(shù)字式積分器。23第66頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2、電路組成積分器過(guò)零比較器計(jì)數(shù)器時(shí)鐘脈沖控制器23第67頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三00000Cr信號(hào)將計(jì)數(shù)器清零；開(kāi)關(guān)S2閉合，待積分電容放電完畢后，斷開(kāi)S2使電容的初始電壓為0。3、工作原理（1）準(zhǔn)備階段：23第68頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三經(jīng)過(guò)2n個(gè)CP（2）第一次積分：t=t0時(shí)，開(kāi)關(guān)S1與A端相接，積分器開(kāi)始對(duì)I積分。經(jīng)2n個(gè)CP后,開(kāi)關(guān)切換到B，，=VP。第一積分時(shí)間為2nTC23第69頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三VREF加到積分器的輸入端，積分器反方向進(jìn)行第二次積分；當(dāng)t=t2時(shí)積分器輸出電壓O≥0，比較器輸出C=0，時(shí)鐘脈沖控制門(mén)G被關(guān)閉，計(jì)數(shù)停止。（3）第二次積分：23第70頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三T1=2nTC

T2=Tc

T2=t1

t2

在計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)=Qn-1…Q1Q0，就是A/D轉(zhuǎn)換器得到的結(jié)果。23第71頁(yè)，共78頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.優(yōu)點(diǎn)：（1）由于轉(zhuǎn)換結(jié)果與時(shí)間常數(shù)RC無(wú)關(guān)，從而消除了積分非線性帶來(lái)的誤差。（2）由于雙