未锁定机工第十章课件.ppt

1、第第10章章 AD与与DA 转换转换10.1 A/D转换器10.2 D/A转换器知识目标知识目标:1.1.了解了解A/DA/D、D/AD/A转换器的基本概念和在实际中的典型应用。转换器的基本概念和在实际中的典型应用。2.2.掌握用集成掌握用集成ADC0809ADC0809和集成和集成DAC0832DAC0832实现模实现模/数、数数、数/模转换的方法。模转换的方法。能力目标能力目标:1.1.通过学习知道集成通过学习知道集成A/DA/D、D/AD/A的性能、使用方法。的性能、使用方法。2.2.会制作会制作A/DA/D、D/AD/A转换电路，提高学生分析问题、解决问题的能力。转换电路，提高学生分析

2、问题、解决问题的能力。10.1 A/D转换器转换器 10.1.1 A/D转换器的基本概念转换器的基本概念 图10-1 模数转换器 电信号分为两种电信号分为两种模拟信号（或称模拟量）和数字信号（或称数字量）。模拟信号（或称模拟量）和数字信号（或称数字量）。模拟量是随时间连续变化的量，而数字量是非连续变化的量，所以传递和处理电模拟量是随时间连续变化的量，而数字量是非连续变化的量，所以传递和处理电信号的电路也分为模拟电路和数字电路，他们分别处理模拟信号和数字信号，在信号的电路也分为模拟电路和数字电路，他们分别处理模拟信号和数字信号，在实际应用中常常需要对模拟量和数字量进行相互转换。实际应用中常常需要

3、对模拟量和数字量进行相互转换。将模拟量转换成数字量的装置称为模数转换器，简称将模拟量转换成数字量的装置称为模数转换器，简称A/DA/D转换器或转换器或ADCADC，如图，如图10-110-1所示。一个完整的所示。一个完整的ADAD转换过程必须包括采样、保持、量化、编码四部分电路，转换过程必须包括采样、保持、量化、编码四部分电路，在具体实施时，常把这四个步骤合并进行，例如：采样和保持是利用同一电路连在具体实施时，常把这四个步骤合并进行，例如：采样和保持是利用同一电路连续完成的，量化和编码是在转换过程中同步实现的，而且所用的时间又是保持的续完成的，量化和编码是在转换过程中同步实现的，而且所用的时间

4、又是保持的 一部份。一部份。图10-2 A/D转换器的工作原理示意图 如图如图10-210-2所示，模拟电子开关所示，模拟电子开关S S在采样脉冲在采样脉冲CPCP的控制下重复接通、断开。的控制下重复接通、断开。S S接通时，接通时，ui(tui(t)对电容对电容C C充电，这是采样过程，充电，这是采样过程，S S断开时，电容断开时，电容C C上的电压保持上的电压保持不变，称为保持过程，在保持过程中，采样的模拟电压经过不变，称为保持过程，在保持过程中，采样的模拟电压经过A/DA/D转换器的数字转换器的数字化编码电路转换成一组化编码电路转换成一组n n位的二进制数输出。随着位的二进制数输出。随着

5、S S的不断接通、断开，输入的的不断接通、断开，输入的模拟电压将不断转换成模拟电压将不断转换成n n位二进制数输出。位二进制数输出。ADCADC有以下几个主要技术指标：有以下几个主要技术指标：【分辨率【分辨率】通常用通常用ADCADC输出的二进制码的位数输出的二进制码的位数N N来表示。它表明该转换器可以来表示。它表明该转换器可以用用2N2N个二进制数对输入模拟量进行量化。个二进制数对输入模拟量进行量化。ADCADC位数越多，分辨率就越高。位数越多，分辨率就越高。【相对转换精度【相对转换精度】表示表示ADCADC实际输出的数字量与理想的输出数字量之间的差别，常用实际输出的数字量与理想的输出数字

6、量之间的差别，常用相对误差的形式给出，相对误差的形式给出，ADCADC的位数越多，量化单位便越小，分辨率越高，的位数越多，量化单位便越小，分辨率越高，转换精度越高。转换精度越高。【转换速度【转换速度】ADCADC从接收到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字量为止从接收到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字量为止所需要的时间，即完成一次所需要的时间，即完成一次A/DA/D转换所需要的时间，称为转换速度。采转换所需要的时间，称为转换速度。采用不同的转换电路，其转换速度是不同的，低速的为用不同的转换电路，其转换速度是不同的，低速的为1ms1ms3ms3ms，中速，中速ADCADC的转换时间在

7、的转换时间在5050s s左右，左右，ADC0809ADC0809的转换时间为的转换时间为100100s s。【电源电压抑制比【电源电压抑制比】指在输入模拟电压不变的前提下，当转换电路的电源电压发生变化时，指在输入模拟电压不变的前提下，当转换电路的电源电压发生变化时，对输出产生的影响，一般用输出数字量的绝对变化量来表示。对输出产生的影响，一般用输出数字量的绝对变化量来表示。数字系统的精度和速度最终取决于数字系统的精度和速度最终取决于A/DA/D转换器的转换精度和转换速度，转换器的转换精度和转换速度，因此转换精度和转换速度是衡量因此转换精度和转换速度是衡量A/DA/D转换器性能的两个重要指标。转

8、换器性能的两个重要指标。【A/DA/D转换器的常见类型转换器的常见类型】通常分为并联比较型和逐次逼近型，如图通常分为并联比较型和逐次逼近型，如图10-310-3所示。并联比较型所示。并联比较型A/DA/D转换器转换速度快，但使用的比较器和触发器较多；逐次逼近型转换器转换速度快，但使用的比较器和触发器较多；逐次逼近型A/DA/D转换转换器的分辨率高，误差较低，转换速度较快，是应用非常广泛的一种器的分辨率高，误差较低，转换速度较快，是应用非常广泛的一种A/DA/D转转换器。换器。(a)三位并联比较型ADC电路框图（b）逐次逼近ADC原理框图图10-3 ADC常见的类型 10.1.2 A/D转换器的

9、典型应用转换器的典型应用【集成【集成A/DA/D转换器转换器ADC0809ADC0809的应用的应用】ADC0809ADC0809是一种常用的集成是一种常用的集成A/DA/D转换器，采用逐次逼近型转换器，采用逐次逼近型A/DA/D转换转换原理，采用原理，采用CMOSCMOS单片单片2828个引脚双列直插式封装，能实现个引脚双列直插式封装，能实现8 8位位A/DA/D转换。转换。1 1引脚排列图及各引脚功能说明引脚排列图及各引脚功能说明IN0IN7IN0IN7：8 8路模拟信号输入端。路模拟信号输入端。A2A2、A1A1、A0A0：模拟通道选择器地址输入端，根据其值选择：模拟通道选择器地址输入端

10、，根据其值选择8 8路模拟信路模拟信号中的一路进行号中的一路进行A/DA/D转换。转换。ALEALE：地址锁存信号，此端施加正脉冲时，选通：地址锁存信号，此端施加正脉冲时，选通A2A2、A1A1、A0A0中的一路模拟信号中的一路模拟信号通过，进行通过，进行A/DA/D转换。转换。STARTSTART：启动：启动A/DA/D转换，应在此脚施加正脉冲，在下降沿到达后，开始转换，应在此脚施加正脉冲，在下降沿到达后，开始A/DA/D转换转换过程。过程。EOCEOC：转换结束输出信号，高电平有效。：转换结束输出信号，高电平有效。OEOE：输入允许信号，高电平有效。：输入允许信号，高电平有效。CLOCKC

11、LOCK（CPCP）：时钟信号输入端，外接时钟频率）：时钟信号输入端，外接时钟频率101280kHz101280kHz。其数值的大小决。其数值的大小决定定A/DA/D转换的速度。转换的速度。VccVcc：+5V+5V单电源供电。单电源供电。VREF(+)VREF(+)、VREFVREF（-）：基准电压的正、负极。）：基准电压的正、负极。一般一般VREF(+)VREF(+)接接+5V+5V电源，电源，VREFVREF（-）接地。）接地。D7D0D7D0：8 8位数据输出端。位数据输出端。图10-4 ADC0809转换器引脚图 2 2模拟量输入通道选择说明模拟量输入通道选择说明 ADC0809AD

12、C0809芯片中芯片中2323、2424、2525的三个引脚为（的三个引脚为（A2A2、A1A1、A0A0）3 3位地位地址输入端。当址输入端。当A2A2、A1A1、A0A0三地址输入端进行三地址输入端进行000111000111的的8 8种不同变量组合种不同变量组合时，则对应有时，则对应有8 8路模拟信号中的任何一路被选通进行路模拟信号中的任何一路被选通进行A/DA/D转换，地址译码转换，地址译码与模拟输入通道的选通关系见表与模拟输入通道的选通关系见表10-1 10-1 技能训练一技能训练一 用用ADC0809构成构成A/D转换器转换器【训练目标【训练目标】1 1了解集成了解集成A/DA/D

13、转换器转换器ADC0809ADC0809的性能及工作原理。的性能及工作原理。2 2掌握掌握A/DA/D转换器转换器ADC0809ADC0809的正确使用方法。的正确使用方法。【训练材料【训练材料】电子元器件及仪器仪表清单见表电子元器件及仪器仪表清单见表10-210-2。表表10-2 材料清单材料清单【训练内容及步骤【训练内容及步骤】1 1电路制作电路制作 按图按图10-510-5连接电路，图连接电路，图10-610-6是是ADC0809ADC0809实现实现A/DA/D转换实物图。转换实物图。在在CP CP 端接信号发生器脉冲信号（端接信号发生器脉冲信号（f=100kHzf=100kHz），）

14、，8 8路输入模拟信号为路输入模拟信号为14.5V,14.5V,由由+5V+5V电源经电阻电源经电阻R R（R=1KR=1K）分压组成；）分压组成；A/DA/D转换结果转换结果D0D7D0D7接逻辑电平显示器输入插口。接逻辑电平显示器输入插口。A0A0、A1A1、A2A2地址端接逻辑电平输出插口。地址端接逻辑电平输出插口。图10-5 运用ADC0809实现A/D转换 2 2 电路调试电路调试（1 1）连好电路检查无误后接通电源，在启动端（）连好电路检查无误后接通电源，在启动端（STARTSTART）加一个正脉）加一个正脉冲下降沿，即开始冲下降沿，即开始A/DA/D转换。转换。（2 2）控制）控

15、制A0A0、A1A1、A2A2地址端每组变量输入逻辑开关，观察记录地址端每组变量输入逻辑开关，观察记录IN0IN0IN78IN78路模拟信号的转换结果，并将结果填入表路模拟信号的转换结果，并将结果填入表 11-211-2中中 表10-2 ADC0809转换输入输出关系表（3 3）如将启动端（）如将启动端（STARTSTART）与转换结束端（）与转换结束端（ECOECO）直接相连，转换将是连续的，）直接相连，转换将是连续的，在用这种转换方式时，开始在外部必须加启动脉冲。在用这种转换方式时，开始在外部必须加启动脉冲。10.2 D/A转换器转换器 10.2.1 D/A转换器的基本概念转换器的基本概念

16、 D/A D/A转换器是将数字量转换成模拟量的装置。因为数字量是使用二进制转换器是将数字量转换成模拟量的装置。因为数字量是使用二进制代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的权，所以为代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的权，所以为了将数字量转换成模拟量必须将每一位的代码按其权的大小转换成相应的模了将数字量转换成模拟量必须将每一位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样就实现了从数字量到模拟量的转换，这就是这样就实现了从数字量到模拟量的

17、转换，这就是D/AD/A转换器的基本原理。转换器的基本原理。D/AD/A转换器有以下几个重要指标：转换器有以下几个重要指标：【分辨率【分辨率】指指D DA A转换器分辨最小输出电压的能力，通常用最小输出电压与最大转换器分辨最小输出电压的能力，通常用最小输出电压与最大输出电压的比值表示。输出电压的比值表示。D DA A转换器位数越多分辨输出最小电压的能力越强。转换器位数越多分辨输出最小电压的能力越强。因此，有些器件也用输入数字量的有效位数表示分辨率。因此，有些器件也用输入数字量的有效位数表示分辨率。【转换精度【转换精度】指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差，该误指输出模拟电压的

18、实际值与理想值之差，即最大静态转换误差，该误差是由于参考电压偏离标准值、运算放大器的零点漂移，模拟开关的压降以差是由于参考电压偏离标准值、运算放大器的零点漂移，模拟开关的压降以及电阻阻值的偏差等原因所引起的。及电阻阻值的偏差等原因所引起的。【比例系数误差【比例系数误差】指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线斜率的偏差。指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线斜率的偏差。【输出建立时间【输出建立时间】从输入数字信号起到输出电压或电流达到稳定值时所需要的时间，称从输入数字信号起到输出电压或电流达到稳定值时所需要的时间，称输出建立时间。目前，在不包含参考电压源和运算放大器的单片集成输出建立时间。目前，

19、在不包含参考电压源和运算放大器的单片集成D/AD/A转转换器中，建立时间一般不超过换器中，建立时间一般不超过1 1s s。输出建立时间是描述。输出建立时间是描述D/AD/A转换器转换速度转换器转换速度的重要性能指标。的重要性能指标。10.2.2 D/A转换器的典型应用转换器的典型应用 D/A D/A转换器的种类很多，按输入二进制数的位数分类有转换器的种类很多，按输入二进制数的位数分类有8 8位、位、1010位、位、1212位和位和1616位等，按器件内部的电路组成部分又可分为两大类：一类器件位等，按器件内部的电路组成部分又可分为两大类：一类器件的内部只包含电阻网络和模拟开关，另一类器件内部还包

20、含了参考电压的内部只包含电阻网络和模拟开关，另一类器件内部还包含了参考电压源发生器和运算放大器。源发生器和运算放大器。D/AD/A转换器在日常生活中应用非常广泛，主要转换器在日常生活中应用非常广泛，主要用于手机、有线数字电视、网络信息传输等，如图用于手机、有线数字电视、网络信息传输等，如图10-810-8所示：所示：（a）手机 （b）有线数字电视（c）网络信息传输10-8 D/A转换器的应用【集成【集成D/AD/A转换器转换器DAC0832DAC0832介绍介绍】1.1.引脚排列及各引脚功能引脚排列及各引脚功能 DAC0832DAC0832是是8 8分辨率的分辨率的D/AD/A转换集成芯片。与

21、微处理器完全兼容。这个转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DADA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。其引脚排列如图统中得到广泛的应用。其引脚排列如图10-910-9（a a）所示：）所示：（a）DAC0832引脚排列 （b）实物图 图10-9 集成电路DAC0832 引脚功能：引脚功能：D0D7D0D7：数字信号的输入端。：数字信号的输入端。：片选信号，低电平有效。：片选信号，低电平有效。：传送控制信号，低电平有效。：传送控制信号，低电平有效。IOUT1IOUT1、IOUT2IOUT

22、2：DACDAC电流输出端。电流输出端。VREFVREF：基准参考电压输入端，其电压范围为：基准参考电压输入端，其电压范围为-10+10V-10+10V。ILEILE：输入寄存器使能端，高电平有效。：输入寄存器使能端，高电平有效。：写信号：写信号1 1，低电平有效。，低电平有效。：写信号：写信号2 2，低电平有效。，低电平有效。RfBRfB：为外接运放提供的反馈电阻引出端，在构成电压输出时，此端可接：为外接运放提供的反馈电阻引出端，在构成电压输出时，此端可接运放的输出端。运放的输出端。VCCVCC：电源电压：电源电压+5+15V+5+15V。AGNDAGND、DGNDDGND：分别为模拟地端和

23、数字地端。二者可接在一起。：分别为模拟地端和数字地端。二者可接在一起。CSXFER1WR2WR2 2应用电路应用电路DAC0832DAC0832应用电路见图应用电路见图10-910-9所示。所示。图10-10 D/A转换电路拓展训练拓展训练 DAC0832及及A741组成组成D/A转换器转换器【训练目标【训练目标】1 1了解了解D/AD/A转换器的基本工作原理和基本结构。转换器的基本工作原理和基本结构。2 2掌握集成掌握集成D/AD/A转换器转换器DAC0832DAC0832实现数实现数/模转换的方法。模转换的方法。【训练材料【训练材料】电子元器件及仪器仪表清单见表电子元器件及仪器仪表清单见表

24、10-310-3。表表10-3 材料清单材料清单【训练内容及步骤【训练内容及步骤】1 1按图按图10-1010-10连好电路。连好电路。其中其中 、接地，接地，ILEILE、VCCVCC、VREFVREF接接+5V+5V电源，运放电源电源，运放电源接接 15V15V，D0D0D7D7接逻辑开关的输出插口，输出端接逻辑开关的输出插口，输出端U0U0接数字万用表，检查接数字万用表，检查无误后接通电源。无误后接通电源。CS1WR2WRXFER2 2调零，令调零，令D0D0D7D7全置零，调节运放的电位器使全置零，调节运放的电位器使A741A741输出为零。输出为零。3 3通过逻辑开关改变输入数据通过

25、逻辑开关改变输入数据D7D7D0D0，用万用表测相应的模拟输出电压，用万用表测相应的模拟输出电压，将结果填入表将结果填入表10-310-3中。中。本本 章章 小小 结结1 1 A/DA/D和和D/AD/A转换器是现代数字系统中最重要的组成部分，在许多计算转换器是现代数字系统中最重要的组成部分，在许多计算机控制，快速检测和信号处理等系统中的应用日益广泛，随着各种新型电机控制，快速检测和信号处理等系统中的应用日益广泛，随着各种新型电子电路的不断出现，子电路的不断出现，A/DA/D、D/AD/A转换器的种类也较多，本章对转换器的种类也较多，本章对A/DA/D、D/AD/A的基本概念、工作原理和典型应用电路作了介绍。的基本概念、工作原理和典型应用电路作了介绍。2 2集成芯片集成芯片ADC0809ADC0809和和DAC0832DAC0832是实现是实现A/DA/D、D/AD/A转换的常用器件，转换的常用器件，本章着重介绍了如何运用本章着重介绍了如何运用ADC0809ADC0809和和DAC0832DAC0832制作制作A/DA/D、D/AD/A的转换的转换电路。电路。