1、 数数/模与模模与模/数变换器是计算机与外部数变换器是计算机与外部设备的重要接口设备的重要接口,也是数字测量和数字控也是数字测量和数字控制系统的重要部件制系统的重要部件。能将数字量转换为模拟量的装置称能将数字量转换为模拟量的装置称为数为数/模变换器模变换器(简称简称D/A变换器变换器);能将能将模拟量转换为数字量的装置称为模模拟量转换为数字量的装置称为模/数数变换器变换器(简称简称A/D变换器变换器)。下面，对这两个器件的工作原理及下面，对这两个器件的工作原理及 其简单应用做一些介绍。其简单应用做一些介绍。1.DAC的工作原理的工作原理 由于构成数字代码的每一位都有一定的由于构成数字代码的每一
2、位都有一定的“权权”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其将每一位代码按其“权权”转换成相应的模拟量转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加即可得到与，然后再将代表各位的模拟量相加即可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成该数字量成正比的模拟量，这就是构成D/A变换变换器的基本思想。器的基本思想。一、数模转换电路一、数模转换电路+_RF输入寄存器输入寄存器电子开关电子开关权电阻网络权电阻网络基准电压基准电压输入数字信号输入数字信号DAC的框图的框图DACDAC组成原理方框图组成原理方框图+倒倒 T 型电阻网络型电阻网络I02RI1
3、2RI22RI32R2RRRRURIRIRRIR =UR/R I3 =IR/2I2 =IR/4I1 =IR/8即：即：I0 =IR/16倒倒 T 型电阻网络数型电阻网络数模转换器模转换器01S0I02R01S1I12R01S2I22R01S3I32R 2RRRRURRFUOIOUT1IOUT2D0D1D2D3IRRS为电子开关，当为电子开关，当D=0时，时，S合向合向0，当，当D=1时，时，S合向合向1。因为因为u-=u+=0，所以，所以S的位置不影响各支路电流的大小，的位置不影响各支路电流的大小，只影响只影响IOUT1和和IOUT2的大小的大小。IOUT1等于等于S合向合向1处的各支路处的各
4、支路电流之和。电流之和。IOUT2等于等于S合向合向0处的各支路电流之和。处的各支路电流之和。I=I3 +I2 +I1 +I0 UR2R=D3UR16RD0UR8RD1UR4RD2+=UR16R(8 D3 +4 D2 +2 D1 +1 D0)RFIR01S0I02R01S1I12R01S2I22R01S3I32R 2RRRRURUOIOUT1IOUT2D0D1D2D3RIR =UR/R=UR RF16Ruo-(8 D3 +4 D2 +2 D1 +1 D0)=UR RF16Ruo-(8 D3 +4 D2 +2 D1 +1 D0)=UR RF24 Ruo-(23 D3 +22 D2 +21 D1
5、+20 D0)显然，输出模拟电压的大小直接与输入显然，输出模拟电压的大小直接与输入 二二进制数的大小成正比，从而实现了数字量进制数的大小成正比，从而实现了数字量 到模拟量的转换到模拟量的转换。=UR RF2n Ruo-(2n-1 Dn-1 +2n-2 Dn-2 +20 D0)V1V2SDa模拟电子开关的模拟电子开关的简化原理电路简化原理电路 当当 D=1 时，时，V2 管饱管饱和导通，和导通，V1 管截止，则管截止，则 S 与与 a 点通点通；当当 D=0 时，时，V1 管饱管饱和导通，和导通，V2 管截止，则管截止，则 S 被接地被接地。前者相当于开关前者相当于开关S 接到接到“1”端端，后
6、者，后者则则 相当于开关相当于开关S 接到接到“0”端端。2、模拟电子开关原理、模拟电子开关原理Uo =-UR16）=-0.625UR（101023202122根据上述公式可得：根据上述公式可得：RIR01S0I02R01S1I12R01S2I22R01S3I32R 2RRRRURUOIOUT1IOUT2D0D1D2D3RUo =-URRF16 R（）D3D0D1D223202122例：例：0110二二.DAC主要技术指标主要技术指标1、分辨率、分辨率 和输入的二进制数码的位数和输入的二进制数码的位数n有关，位数有关，位数越多，分辨率就越高。具体如下：越多，分辨率就越高。具体如下：2、转换精度
7、、转换精度 表示实际输出的电压值与理想的输出电压表示实际输出的电压值与理想的输出电压值之间的差别。值之间的差别。3、建立时间、建立时间 从数码输入到模拟电压稳定输出之间的响从数码输入到模拟电压稳定输出之间的响 应时间。应时间。121nmLSBUU最低位代表的电压最低位代表的电压所能代表的最大电压所能代表的最大电压DAC0832管脚图管脚图三三.集成集成ADC 芯片举例芯片举例DAC0832VCCUREFIOUT1IOUT2Rf bAGNDDGNDILECSWR1WR2XFERDI3DI7DI6DI4DI5DI2DI1DI012010112345678912131415161718191、DAC
8、各管脚功能：各管脚功能：DI0 DI7：八位数字信号输入端；：八位数字信号输入端；IOUT1、IOUT2：电流输出端：电流输出端RFb：反馈信号输入端：反馈信号输入端VCC：电源输入端，：电源输入端，5 10VDGND：数字部分接地端：数字部分接地端UREF：基准电源，：基准电源，10V +10VAGND：模拟部分接地端：模拟部分接地端ILE：数据允许锁存信号，高电平有效：数据允许锁存信号，高电平有效WR1：写入信号：写入信号1；WR2：写入信号：写入信号2CS：片选信号，低电平有效：片选信号，低电平有效XFER：传送控制信号，低电平有效：传送控制信号，低电平有效DAC0832UCCUREFI
9、OUT1IOUT2Rf bAGNDDGNDILECSWR1WR2XFERDI3DI7DI6DI4DI5DI2DI1DI01201011234567891213141516171819数字信号输入端数字信号输入端DIILECSWR1WR2XFERUCCUREFIOUT2IOUT1Rf bAGNDDGND八位输入八位输入寄存器寄存器八位输入八位输入寄存器寄存器八位八位 D/AD/A转换器转换器（1）（2）LE1LE2&112、DAC0832原理电路方框图原理电路方框图3、DAC0832功能表功能表控制端控制端功能功能ILECSWR1WR2XFER01数据存入寄存器数据存入寄存器10数据由寄存器数据
10、由寄存器1传送到传送到寄存器寄存器 2。随时可取输出。随时可取输出。ILE：数据允许锁存信号，高电平有效。：数据允许锁存信号，高电平有效。CS：片选信号，低电平有效。：片选信号，低电平有效。WR1：写入信号：写入信号 1，下降沿存入，上升沿锁存。，下降沿存入，上升沿锁存。WR2：写入信号：写入信号 2XFER：传送控制信号。：传送控制信号。DAC0832UCCUREFIOUT1IOUT2Rf bAGNDDGNDILECSWR1WR2XFERDI3DI7DI6DI4DI5DI2DI1DI01201011234567891213141516171819 UOIOUT1IOUT2RF内部的内部的RF
11、=Rfb（1）DAC和运放的连接和运放的连接4、0832的使用的使用（2）直通工作方式直通工作方式DIWR1WR2XFERCS+5V +IOUT1IOUT2ANDGDNDGUOVCCUREFILERf b+（3）、）、DAC0832单缓冲输入原理电路及时序图单缓冲输入原理电路及时序图DIWR1WR2XFERCS+5V +IOUT1IOUT2ANDGDNDGDICSWR1数据存入数据存入数据锁定数据锁定UOVCCUREFILERf b+双缓冲适用于双缓冲适用于多个多个DAC工作工作 A/D变换器的任务是将模拟变换器的任务是将模拟量转换成数字量量转换成数字量,它是模拟信号它是模拟信号和数字仪器的接
12、口。根据其性和数字仪器的接口。根据其性能不同，类型也比较多。能不同，类型也比较多。下面介绍一种常用下面介绍一种常用A/D变换电路变换电路的原理，最后举例说明其应用。的原理，最后举例说明其应用。一、逐次逼近型一、逐次逼近型ADC工作原理工作原理 其工作原理可用天平秤重过程作比其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重喻来说明。若有四个砝码共重15克，每克，每个重量分别为个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重克。设待秤重量量Wx=13克，可以用下表步骤来秤量：克，可以用下表步骤来秤量：砝码重砝码重第一次第一次第二次第二次第三次第三次第四次第四次加加4克克加加2克克加加1克克8 克克砝
13、码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx，故保留，故保留砝码总重仍砝码总重仍 待测重量待测重量Wx，故撤除，故撤除砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx，故保留，故保留暂时结果暂时结果8 克克12 克克12 克克13 克克 结结 论论10001000D/Aux(待转换的模拟电压待转换的模拟电压)uouc控控制制逻逻辑辑数码寄存器数码寄存器移位寄存器移位寄存器时钟时钟清清 0、置数、置数清清 0、置数、置数CP、(移位命令移位命令)“1”状态是否保留状态是否保留控制端控制端1245312345数数模模转转换换器器1D QCSDJKRDCQSDJKRDCQSDJKRDCQSDJKRDCQD QCD Q
14、CD QC +C4C3C2C1C0F0F1F2F3+Ui=5.52V比较器比较器顺顺序序脉脉冲冲发发生生器器时钟时钟脉冲脉冲数码寄存器数码寄存器D3D2D1D0 1、逐次逼近型、逐次逼近型ADC工作原理工作原理CPC0C2C3C112345逐次逼近型逐次逼近型ADC顺序脉冲发生器的输出波形顺序脉冲发生器的输出波形最高位置最高位置1次高位置次高位置1，使最高位保留使最高位保留1或为或为0下一位置下一位置1，次高位保留次高位保留1或置或置0最低位置最低位置1，上一位保留上一位保留1或置或置0C4最低位保留最低位保留1或置零或置零同时将数字量输出同时将数字量输出二二.ADC主要技术指标主要技术指标1
15、、分辨率、分辨率 用输出的二进制数码的位数用输出的二进制数码的位数N来表示。位数来表示。位数越多，分辨率就越高。越多，分辨率就越高。2、转换精度、转换精度 表示实际输出的数字量与理想的输出数字表示实际输出的数字量与理想的输出数字量之间的差别。量之间的差别。3、转换速度、转换速度 完成一次完成一次A/D转换所需要的时间称为转换转换所需要的时间称为转换速度。速度。ADC0804管脚图管脚图三三.集成集成ADC 芯片举例芯片举例VCCUREF/2AGNDCLKRCSWR120DB01011ADC0804DB5DB1DB2DB3DB4DB6DB7RDCLKINTRUIN（+）UIN（-）DGND234
16、5678912131415161718191、ADC各管脚功能：各管脚功能：DB0 DB7：八位数字信号输出端；：八位数字信号输出端；UIN（+）、UIN（）：模拟信号输出端：模拟信号输出端CLK、CLKR：时钟脉冲端：时钟脉冲端VCC：电源输入端，：电源输入端，+5 VDGND：数字部分接地端：数字部分接地端UREF/2：基准电源，：基准电源，2.5V +2.5VAGND：模拟部分接地端：模拟部分接地端WR：写入信号；：写入信号；RD：读出：读出 信号信号CS：片选信号，低电平有效：片选信号，低电平有效INTR：中断请求信号，低电平有效：中断请求信号，低电平有效UCCUREF/2AGNDCL
17、KRCSWR120DB01011ADC0804DB5DB1DB2DB3DB4DB6DB7RDCLKINTRUIN（+）UIN（-）DGND234567891213141516171819+-+-11控控制制逻逻辑辑时时 钟钟CPD/A数据寄存器数据寄存器移位寄存器移位寄存器八八位位三三态态输输出出锁锁存存器器U in(+)U in(-)UccUR/2AGND.D7D0WRCSINTRRDCS2、ADC0804 内部电路框图内部电路框图RRRR3、ADC0804功能表功能表控制端控制端CSWRRD INTR功能功能说明说明00对输入模拟电压对输入模拟电压开始进行开始进行A/D转换转换在在WR上降
18、沿后约上降沿后约100S转换完成转换完成读出数字信号读出数字信号=0时，三态门时，三态门接通外部总线接通外部总线 RD 中断请求中断请求当当A/D转换结束时，转换结束时，INTR 自动变低，自动变低，通知其它设备来取通知其它设备来取数据数据 4、ADC0804工作时序图工作时序图CSWRRDINTR100S读出读出高阻状态高阻状态时钟时钟ADC0804时钟接线时钟接线UCCUREF/2AGNDCLKRCSWR120DB01011ADC0804DB5DB1DB2DB3DB4DB6DB7RDCLKINTRUIN（+）UIN（-）DGND234567891213141516171819RC时钟脉冲也
19、可以时钟脉冲也可以直接由外部输入直接由外部输入VCCUREF/2AGNDCLKRCSWRDB0ADC0804DB5DB1DB2DB3DB4DB6DB7RDCLKINTRUIN（+）UIN（-）DGND例例1：ADC0804转转换特性的测试换特性的测试5V+5VRCR+-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR5 kR=80 k例例2、设：、设：UR=5V，求，求 u0=UR RF Ruo-(2n-1 D3 +2n-2 D2 +.+20 D0)=-5 580（230+22 0+21 1+20 1）=0.9375V四四位位二二进进制制计计数数器器 高四位高四位DIWR1WR2XFERCS+5V +IOUT1IOUT2ANDGDNDGUOVCCUREFILERf b+思考一下输出波形思考一下输出波形0832低四位低四位DI接地接地第十四章第十四章 结束结束
