数模 模数转换.pptx
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1、11.1数模转换器(DAC)11.1.1 数模转换器(DAC)的转换原理 数数模模转转换换器器有有多多种种电电路路类类型型,其其中中T型型电电阻阻数数模模转转换换是是较较常常用用的的一一种种。下下图图是是四四位位T型型电电阻阻转转换换器器原原理理图图,R和和2R电电阻阻构构成成T形形电电阻阻网网络络。S3、S2、S1、S0为为模模拟拟开开关关,其其开开关关状状态态分分别别受受输输入入的的二二进进制制数数字字信信号号D3、D2、D1、D0控控制制。如如D01时时,模模拟拟开开关关S0合合向向左左边边,支支路路电电流流I0流流向向Ioutl;当当D00时时,S0合合向向右右边边,支支路路电电流流I
2、0流流向向Iout2。运运算算放放大大器器A0为为电电流流求求和和放放大大器器,它它对对各各位位数数字字所所对对应应的的电电流流求求和和,并并转转换换成成相相应应的的模模拟电压。拟电压。UREF为高精度基准电源。为高精度基准电源。第1页/共34页A0+UREFIIout2 1 D0 D2 D1 D3 0Rf2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3UoI0I3I2I1Iout1四位四位T型电阻转换器原理图型电阻转换器原理图T T型电阻型电阻DADA转换转换器的工作原理器的工作原理 由由于于运运算算放放大大器器的的反反相相输输入入端端为为“虚虚地地”,所所以以无无论论模模拟拟开开关关接接向向左左
3、边边还还是是右右边边,电电阻阻2R接接模模拟拟开开关关一一侧侧的的电电位位都都为为零零,因因此此从从UREF端端看看进进去去的的等等效效电电阻阻为为R。由由此此求求得得总总电电流流IUREFR,各各支支路路电电流流分分别别为为 第2页/共34页即即每每位位支支路路电电流流与与二二进进制制权权值值(23、22、21、20)成成正正比比。当当每每位位开开关关合合向向左左边边时时,支支路路电电流流由由Ioutl流流出出,开开关关合合向向右右边边时时,支支路路电电流流由由Iout2流流出出。因因此此输输入入不不同同的的二二进进制制数数时时,流流过过Rf的的电电流流Iout1的的大大小小就就不不同同,就
4、就可可以以得得到到大大小小不不同同的的输输出出电电压压。对对于于输输入入的任意四位二进制数的任意四位二进制数D3、D2、D1、D0,流过,流过Rf的电流为的电流为Iout1I3D3I2D2I1D1I0D0=运算放大器的输出电压为运算放大器的输出电压为 Uo RfIout1(23D3+22D2+21D1+20D0)第3页/共34页可可见见,输输出出的的模模拟拟电电压压与与二二进进制制数数字字信信号号成成正正比比。同同理对于理对于n位位DA转换器若取转换器若取RfR,则,则Uo n-1Dn-1+2n-2Dn-2+-+21D1+20D0)11.1.2 DA转换器的主要参数分分辨辨率率定定义义为为最最
5、小小输输出出电电压压(对对应应的的输输入入二二进进制制数数为为1)与与最最大大输输出出电电压压(对对应应的的输输入入二二进进制制数数全全为为1)之比,即)之比,即1.1.分辨率分辨率显显然然位位数数越越多多,能能分分辨辨出出的的最最小小电电压压越越小小。有有时时也也直直接接用用DA转转换换器器的的位位数数表表示示分分辨辨率率,位位数数越越多多,分分辨率越高。辨率越高。第4页/共34页 通通常常用用非非线线性性误误差差的的大大小小表表示示DA转转换换器器的的线线性性度度。产产生生非非线线性性误误差差的的原原因因是是模模拟拟开开关关导导通通的的压压降降,电电阻阻网络各阻值不尽相等等。网络各阻值不尽
6、相等等。2.2.线性度线性度 转转换换器器的的精精度度是是指指输输出出模模拟拟电电压压的的实实际际值值与与理理想想值值之之差差,其其产产生生的的原原因因是是各各模模拟拟开开关关的的压压降降不不一一定定相相等,各电阻阻值的偏差不可能做到完全一致。等,各电阻阻值的偏差不可能做到完全一致。3.3.精度精度 从从输输入入数数字字信信号号起起,到到输输出出电电压压或或电电流流达达到到稳稳定定值值所所需需时时间间称称为为建建立立时时间间。其其建建立立时时间间主主要要取取决决于于运运算算放放大大器器到到达达稳稳定定状状态态所所需需时时间间。对对于于十十位位的的单单片片集集成成DA转换器的转换时间一般不超过转
7、换器的转换时间一般不超过1 s。4.4.输出电压(或电流)的建立时间输出电压(或电流)的建立时间 除以上参数外除以上参数外DA转换器还有功率消耗,温度系数转换器还有功率消耗,温度系数等技术指标。等技术指标。第5页/共34页11.1.3 集成数模转换器(DAC)DAC0832是是分分辨辨率率为为8位位的的数数模模转转换换器器,它它采采用用20脚脚双双列列直直插插式式封封装装结结构构,管脚排列如右图。管脚排列如右图。DAC0832DAC08321234567891020191817161514131211DAC0832CSWR1AGNDDI1DI3DI2DI0DI4DI5DI6DI7UREFRfB
8、DGNDUCCXFERIout2Iout1ILEDAC0832管脚排列图管脚排列图WR1WR2 DAC0832是电流输出型芯片,其输出端要外接运算放大器,以便将输出模拟电流转换为模拟电压。它的电路原理框图如下图所示。第6页/共34页AGNDDGNDILE8位输入位输入寄存器寄存器(1)8位输入位输入寄存器寄存器(2)8位位DA转换器转换器111&UCCUREFIout2Iout1RfBCSDI0 DI7RDAC0832原理框图原理框图WR1WR2XFERDAC0832是由是由8位输入寄存器(位输入寄存器(1)、)、8位输入寄存器(位输入寄存器(2)及)及一个一个8位位DA转换器三部分组成。转换
9、器三部分组成。第7页/共34页采采用用两两个个8位位寄寄存存器器的的目目的的是是使使DA转转换换器器在在对对其其寄寄存存器器的的数数字字信信号号进进行行转转换换的的同同时时,输输入入寄寄存存器器又又可可以以接接收收新新的的输输入入数数字字信信号号,从从而而提提高高了了转转换换速速度度。各各管管脚脚功能如下:功能如下:DIDI0 0 DIDI7 7:8位数字量的输入端。I Iout1out1,I Iou2ou2:模拟电流输出端。外接运算放大器的反相输入端与Iout1相连,外接运算放大器的同相输入端和Iout2相连。Iout1输出电流为各权电流之和,与输入的数字量成线性对应关系。R RfBfB:芯
10、片内部电阻R的引出端,外接运算放大器的输出端,作为运算放大器的反馈电阻,也可根据需要外接电阻后再接运算放大器的输出端,R的另一端在芯片内部接Iout1端。第8页/共34页 U UREFREF:权电阻网络基准电源输入端,取值范围为10V 10V,如为单极性输出,则输出电压在 0 UREF范围内变化。U UCCCC:电源输入端,电源电压可在515V范围内选择,当UCC15V时,工作状态最佳。DGNDDGND:数字部分接地端。AGNDAGND:模拟部分接地端。在芯片内数字地与模拟地是分开的,以免两者之间的相互干扰,根据需要在芯片外部的适当部分将两者地线相连。5 5个输入信号控制端:个输入信号控制端:
11、ILE:数据允许锁存信号,高电平有效。第9页/共34页 :片选信号,低电平有效。当:片选信号,低电平有效。当 0,ILE1,0时,允许输入数据存入寄存器(时,允许输入数据存入寄存器(1)。)。:写入信号:写入信号2,低电平有效。,低电平有效。:传送控制信号,低电平有效。当:传送控制信号,低电平有效。当 0,及及 0时,时,数据由寄存器(数据由寄存器(1)送入寄存器)送入寄存器(2),且进入),且进入8位位DA转换部分进行转换。转换部分进行转换。下图是两片下图是两片DAC0832同时使用的接线方式。电路对控同时使用的接线方式。电路对控制信号的时序要求如下制信号的时序要求如下数据送到第一芯片寄存器
12、(数据送到第一芯片寄存器(1)数据同时送入两个芯片的寄存器(数据同时送入两个芯片的寄存器(2)转换成模拟量输出。转换成模拟量输出。数据送到第二芯片寄存器(数据送到第二芯片寄存器(1)WR1WR2时序图时序图XFER 第10页/共34页“1”Iout1Iout2RfBCSWR1DI0DI7DAC0832Iout1Iout2RfBDI0DI7DAC0832输输入入控控制制信信号号译译码码器器24线线Uo1Uo2ILE“1”ILE 两片两片DAC0832同时使用的接线方式图同时使用的接线方式图XFERCSXFERWR1WR2WR2 第11页/共34页两个两个DA转换器的转换器的 信号由译码器的两个输
13、出端提供。信号由译码器的两个输出端提供。将两个将两个DA转换器的转换器的 端接在一起,由译码器的第端接在一起,由译码器的第三个输出端提供控制信号三个输出端提供控制信号 。工作时,译码器根。工作时,译码器根据它的输入信号对两个据它的输入信号对两个DA转换器分别发出控制信号转换器分别发出控制信号 ,从而分时地将要转换的数据输入到两个芯片的寄存,从而分时地将要转换的数据输入到两个芯片的寄存器(器(1)中,再由)中,再由 信号,同时将两个数据送入相信号,同时将两个数据送入相应芯片的寄存器(应芯片的寄存器(2)中,然后进行数模转换。)中,然后进行数模转换。第12页/共34页11.2 模数转换器(ADC)
14、11.2.1 模数转换器(ADC)的转换原理 AD转转换换器器的的种种类类繁繁多多,按按工工作作原原理理可可分分为为:并并联联比比较较型型,双双积积分分型型及及逐逐次次逼逼近近型型。并并联联比比较较型型转转换换速速度度快快,但但精精度度不不高高;双双积积分分型型转转换换精精度度较较高高,抗抗干干扰扰能能力力较较强强,但但转转换换速速度度慢慢;逐逐次次逼逼近近型型的的转转换换速速度度较较快快,转转换换精精度度高高,故故应应用用较较多多。下下面面仅仅介介绍绍逐逐次次逼逼近型模数转换器。近型模数转换器。逐逐次次逼逼近近型型AD转转换换器器的的工工作作原原理理如如同同天天平平称称重重物物,采采用用逐逐
15、次次逼逼近近的的方方法法使使重重物物和和砝砝码码相相等等。逐逐次次逼逼近近型型模模数数转转换换器器,一一般般由由顺顺序序脉脉冲冲发发生生器器、逐逐次次逼逼近近寄寄存存器器、数数模模转转换换器器和和电电压压比比较较器器等等几几部部分分组组成成,其其原原理理图图如如下下图。图。第13页/共34页ADC数码产生数码产生控制电路控制电路电压电压比较器比较器结果结果输出输出带转换电压带转换电压第14页/共34页UA3位位DACd0DFB3QCDFB2QCDFB1QCDFB0QC+UIF G3CPd1d2 G6 G8d2d1d0E G7C1G4G5 G2 G11逐次逼近型模数转换器原理图逐次逼近型模数转换
16、器原理图QQFA2SRCQQFA1SRCQQFA0SRC 第15页/共34页逐次逼近型模数转换器电路由下列几部分组成:逐次逼近型模数转换器电路由下列几部分组成:它它是是由由四四个个触触发发器器FB3FB2FB1FB0构构成成的的环环形形计计数数器器,初态为初态为QB3QB2QB1QB01000数数模模转转换换器器DAC的的输输入入是是逐逐次次逼逼近近寄寄存存器器的的输输出出,输出电压输出电压UA送到电压比较器的同相输入端。送到电压比较器的同相输入端。(1)逐次逼近寄存器 它由三个RS触发器FA2FA1FA0组成,输出是三位二进制数d2d1d0(2)顺序脉冲发生器(3)数模转换器(4)电压比较电
17、路)电压比较电路 运运算算放放大大器器C构构成成电电压压比比较较器器,由由它它来来比比较较输输入入电电压压UI(加加在在反反相相输输入入端端)与与UA的的大大小小,若若UA UI则则输输出出端端F为为“1”;若若UAUI,则则输输出出端端F为为“0”。输出端输出端F接至控制逻辑与门接至控制逻辑与门G3G2G1的输入端。的输入端。第16页/共34页(5)控制逻辑门 它由它由G1G8组成,其中组成,其中G1G5用来控制逐次逼近寄用来控制逐次逼近寄存器的输出,存器的输出,G6G8用来控制用来控制d2d1d0的输出。当读出控的输出。当读出控制端制端E1时,输出时,输出d2d1d0二进制数。二进制数。设
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