17.1 17.1 数数( 数数( D/A D/A 数数数 ) 数数数 ) 数 数 17 17 数 数数数数数数数 数 数数数数数数数
Jan 02, 2016
17.1 17.1 数模(数模( D/AD/A ) 转换器) 转换器
第第 1717 章 模数和数模转换章 模数和数模转换
17.1 17.1 数模(数模( D/AD/A ) 转换器) 转换器17.1.1 D/A 转换器的基本原理及分类功能:把数字量转换成与其成一定比例关系的模拟量要求:输出的模拟量与输入的数字量成正比。
即: RDUU 0 :数字量D:参考电压RU
)222( 00
22
11
dddD nn
nn
输入、输出关系框图如下:
…
d0d1
dn-1
DACDACuO 或 iO
n 位二进制D / A 转换思路:
(1101)2023 212121
13148
T 型网络 D/A 转换器 ,基本原理如图示:
R
RR2R
2R 2R 2R
UREF
S0 S1 S2
d0
d0 d1 d2
d1 d2电子开关
电阻网络
求和运放
II / 2I / 4I / 8
I/2
uO
当 d2d1d0 = 100, I = UREF / R
RI
u2O
R
RU
2REF 2
3REF 212
U
以输入 3位二进制数为例:
当 d2d1d0 = 110,I
R
RR2R
2R 2R 2R
UREF
uO
I / 2I / 4I / 8
RII
u )42
(O
)2121(2
123
REF U
RR
U
R
U)
42( REFREF
当 d2d1d0 = 111,I
R
RR2R
2R 2R 2R
UREF
uO
I / 2I / 4I / 8
RIII
u )842
(O
)212121(2
0123
REF U
RR
U
R
U
R
U)
842( REFREFREF
表达的一般形式
)222(2
00
11
223
REFO ddd
Uu
17.1.2 D/A 转换器主要指标(1) 分辨率 用输入的二进制数码的位数 n来表示。位数
越多,分辨率就越高。 ULSB
UFSR
= 12n–1
分辨率 =(2) 线性度 用非线性误差的大小来表示。 (3) 转换精度 以最大静态转换误差的形式给出,这个误差包含非线性误差、比例系数误差、漂移误差等。(4) 输出电平 一般为 5V 至 10V ,高压输出型的可达 24V至30V ;输出电流型的,低的为几到几十毫安,高的达 3A(5) 输入数字电平 输入数字信号分别为 1 和 0 时,所对应的输入高低电平的值
17.1.3 集成 D/A 转换器内部基本结构框图如下:
D/A 转换器模拟量输出
电子开关电路数字量输入
寄存器电路
逻辑控制电路
基准电压
求和放大器
R
根据转换精度的不同,有 8位到 16 位的 D/A 转换器。0830 系列是 8位分辨率的集成 D/A 转换电路,采用 20
脚双列直插封装。主要特性参数如下:
( 1)分辨率 8位 ( 2)电流稳定时间 1us( 3)可单缓冲、双缓冲或直接数字输入( 4)只需在满量程下调整线性度( 5)单电源供电 (+5V-15V)( 6)低功耗 (200mW)
主要特点:( 1)有两极锁存控制功能,能够实现多通道 D/A 的
同步输出。( 2 )内部无基准电源,使用时必须外接基准电压源。( 3)对于电流输出型,要获得模拟电压输出,需要
外接转换电路。
0830 系列管脚配置如图示:引脚功能如下:
GNDDIOUT1
IOUT2
VREF
DAC
13
14
15
16
17
18
19
20
8
7
6
5
4
3
2
1 VDD
9
10
12
11
GNDA
0830
0831
0832D10
D11
D12
D13
D14
D15
D16
D17
(LSB)
(MSB)
RFB
ILE
CS
1WR
XFER
2WRD10 —D17:数据输入线ILE:数据允许锁存信号CS :输入寄存器选择信号
1WR :输入寄存器写选通信号
XFER :数据传送信号
2WR : DAC 寄存器写选通信号
VREF: 基准电源输入管脚RFB:反馈信号输入管脚
、 IOUT2IOUT1 :电流输出管脚,其和为常数VDD :电源输入管脚GNDA :模拟信号地GNDD :数字信号地
17.2 A/D 17.2 A/D 转换器转换器功能:把模拟量转换成数字量分类(按转换原理):直接转换型、间接转换型17.2.1 逐次逼近式 A/D 转换器原理
D/AuI
逐次渐近寄存器
比较
器
参考电源
时钟信号
MSB LSB
MSB LSB
并行数字输出
转换控制信号
1000
3.2V 8V
10111
7V
0110
6V
0101
5V
0100
4V
0011
3V
0
0011
工作原理如右图示:
17.2.2 双积分式 A/D 转换器原理工作原理框图如下:
开始
积分输出
固定积分时间
T1
t
T2
斜率固定B
AB
UIN
控制逻辑
A
计数器
标准电压
时钟
开关模拟输
积分器 比较器
入电压
17.2.3 A/D 转换器的主要指标
2. 相对精度
1. 分辨率
3. 转换速度
4. 电源抑制
表示输出数字量变化一个相邻数码所对应的输入模拟量的变化量,常以输出二进制的位数表示。
指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。
完成一次转换所需要的时间。并联比较型 > 逐次比较型 > 双积分型在输入模拟电压不变的条件下,当转换电路的供电
电源电压变化时对输出的影响。
17.2.4 实用的模 /数转换器1. 8 路 8位 A/D 转换器 ADC0809ADC0809 内部结构框图如下:
控制与时序控制与时序88 路路模拟模拟开关开关
地址地址锁存锁存译码译码器器
三三态态输输出出锁锁存存器器
树状开关树状开关
S. A. RS. A. R
256256R R 阶梯电阻阶梯电阻
.
.
....
88路路模模拟拟输输入入
3位地址
寄存允许
输出允许
转换结果
8 位输出比较器
启动 时钟
VREFVCC GND ( + )
( -
)VREF
主要参数:( 1)分辨率 8位。
( 6)不必进行零点和满度调整。
( 3)单电源供电 (+5V ),模拟输入电压范围 0 至 +5V
( 5)功耗 15mW 。( 4)具有 8路锁存控制的模拟开关。
( 7)转换速度取决于输入的时钟频率。
( 2)最大不可调误差小于 +1LSB。
ADC0809管脚配置如图示:引脚功能如下:
GND
ADC
1314 15
16
17181920
87654321
VCC
910
1211
0809
IN7 A1
2122232425262728
B0
B1 B2
B3
B4
B5
B6
B7
A0
A2
IN6
IN5
IN4
IN3
IN2
IN1
IN0
START
EOC
OE
CLK
VREF (+)
VREF (-)
ALE(MSB)
(LSB)
IN0 —IN7: 8 路模拟量输入端B0 — B7 : 8 位数字量输出端START :启动信号控制端ALE :模拟量输入通道
地址锁存信号控制端EOC :转换结束标志OE: 输出允许控制端
: 基准电压输入端VREF (+) VREF (-)
CLK: 时钟输入端A0、 A1、 A2: 8路模拟开关的 3位地址选通输入端。VCC : 主电源输入端GND :接地端
2. 12 位双积分 A/D 转换器 ICL7109内部结构框图如下:
模模拟拟电电路路部部分分
1414 位三态输出位三态输出
1212 位计数器位计数器
1414 位三态锁存位三态锁存
转换控转换控制逻辑制逻辑
振荡器振荡器几时钟几时钟电路电路
握手握手信号信号
... . . .
电压比较器输出
2 26 22 23 34 25 21 27
18
2019
17 3 8 9 16低字节输出
极性输出高字节输出
DEINT
AZINT
DEINT
ICL7109 特点:高精度、低噪声、低漂移、价格低
ICL7109内部由模拟、数字两部分电路组成。其中模拟部分由模拟信号输入、振荡电路、积分电路、比较电路及基准电压源电路组成;数字电路部分由时钟振荡器、异步通信握手逻辑、转换控制逻辑及计数器、锁存器、三态门等组成。
廉。