第十章模数-数模转换
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1、微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第十章第十章 A/D、D/A转换器转换器山东工商学院山东工商学院 高群高群第十章第十章 A/D、D/A转换器转换器10.1 概述概述 10.2 数数/模（模（ D/A ）转换器）转换器 10.3 模模/数（数（ A / D ）转换器）转换器微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第十章第十章 A/D、D/A转换器转换器山东工商学院山东工商学院 高群高群10.1 概述概述 生产过程中的各种参数大部分是连续变化的生产过程中的各种参数大部分是连续变化的模拟量模拟量，需要转换成离散的数字量（需要转换成离散的数字量（ 通过通过A/D转换转换 ）才能
2、输入）才能输入到计算机进行处理；而计算机处理后的数据为数字量，到计算机进行处理；而计算机处理后的数据为数字量，需经需经过过D/A转换转换变成模拟量输出，从而实现对被控对象变成模拟量输出，从而实现对被控对象的控制。的控制。 A/D 、D/A转换器是转换器是计算机与外界联系的重要接口计算机与外界联系的重要接口。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第十章第十章 A/D、D/A转换器转换器山东工商学院山东工商学院 高群高群10.1.1 一个实时控制系统一个实时控制系统 传感器 放大滤波 传感器 放大滤波 控 制 对 象 执 行 部 件 D/A 转 换 器 I/O 接 口 多路开关 采样保持
3、器 转换器 MUX S/H 接 口 I/O A/D 计 算 机 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第十章第十章 A/D、D/A转换器转换器山东工商学院山东工商学院 高群高群 10.1.2 采样与量化和编码采样与量化和编码 我们经常遇到的物理参数，如电流、电压、温度、压力、速我们经常遇到的物理参数，如电流、电压、温度、压力、速度度电量或非电量都是模拟量。电量或非电量都是模拟量。模拟量模拟量的的幅度是连续分布的，幅度是连续分布的，且经常也是时间上的连续函数且经常也是时间上的连续函数。因此要将模拟量转换成数字信号。因此要将模拟量转换成数字信号需经需经采样采样 量化量化 编码编码三个基本
4、过程（三个基本过程（数字化过程数字化过程）。）。 1. 采样和量化采样和量化 在连续变化的模拟量上按在连续变化的模拟量上按等间隔等间隔地（周期地）取出其中的某地（周期地）取出其中的某一些一些瞬时值瞬时值来代表这个连续的模拟量，来代表这个连续的模拟量，这个过程就是采样这个过程就是采样。采样。采样的理论基础是的理论基础是采样定理采样定理。 采样值在采样值在时间上时间上是离散的值，但在是离散的值，但在幅度上幅度上仍然是连续变化的仍然是连续变化的模拟量。模拟量。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第十章第十章 A/D、D/A转换器转换器山东工商学院山东工商学院 高群高群 采样点上采得的信号
5、值反映到数字量所表示的状态上的过采样点上采得的信号值反映到数字量所表示的状态上的过程程叫叫量化量化。在幅值上用离散值来表示在幅值上用离散值来表示。方法是用一个。方法是用一个量化电平量化电平Q去度量采样值去度量采样值u0、u1、，便得到量化的数字量。，便得到量化的数字量。U0=2.3Q 2Q 010U1=4.0Q 4Q 100U2=5.2Q 5Q 101U3=5.8Q 5Q 101采样点采样点采样值采样值量化值量化值 编码编码量化电平量化电平微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第十章第十章 A/D、D/A转换器转换器山东工商学院山东工商学院 高群高群V1V5 . 0)202120(0
6、12微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第十章第十章 A/D、D/A转换器转换器山东工商学院山东工商学院 高群高群10.2 数数/模（模（ D/A ）转换器）转换器 定义：定义：数字数字模拟转换。模拟转换。把数字信号转换为模拟信把数字信号转换为模拟信号号输出的器件称为数输出的器件称为数/模转换器（简称模转换器（简称D/A转换器）。转换器）。 10.2.1 D/A转换器的原理转换器的原理10.2.2 D/A转换器的性能指标转换器的性能指标10.2.3 典型的典型的8位位D/A芯片芯片DAC0832微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第十章第十章 A/D、D/A转换器转换器
7、山东工商学院山东工商学院 高群高群 11.2.1 D/A转换器的原理转换器的原理权电阻网络权电阻网络D/A转换器转换器 组成：组成：权电阻解码网络、基准源权电阻解码网络、基准源VR、模拟开关、运放。、模拟开关、运放。ai为为输入的数字量输入的数字量，Vo为为输出的模拟量输出的模拟量。ai=0，开关打向左边，电，开关打向左边，电阻接地；阻接地； ai=1，开关打向，开关打向右边，电阻接右边，电阻接VR，经过运，经过运算可得：算可得：特点：特点：V0与与VR极性相反，极性相反，RF可调整输出电压可调整输出电压V0的范的范围，制造工艺简单。围，制造工艺简单。RVRRVF)21(i1 -n0ii0d
8、VR d1 d2 d3 d4 I4 I3 I2 I1 R 2R 4R 8R S1 S2 S3 S4 Rf If Io + A VO 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第十章第十章 A/D、D/A转换器转换器山东工商学院山东工商学院 高群高群 10.2.2 D/A转换器的性能指标转换器的性能指标1. 输入数字量输入数字量 多数多数DAC只接受只接受TTL电平电平的的自然二进制编码自然二进制编码的数字量输入。的数字量输入。少数还支持少数还支持双极性编码双极性编码和和BCD编码编码输入。输入。2. 输出模拟量输出模拟量 多数多数DAC是是电流输出电流输出，芯片手册会给出，芯片手册会给出
9、参考电压参考电压VR的值，的值，这样就可以知道这样就可以知道输入的任意数字量所对应的模拟量的输出输入的任意数字量所对应的模拟量的输出。微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第十章第十章 A/D、D/A转换器转换器山东工商学院山东工商学院 高群高群3. 分辨率分辨率 单位数字量（最低位单位数字量（最低位LSB）所对应模拟量增量）所对应模拟量增量。即相邻两。即相邻两个二进制码对应的输出电流（电压）之差。（个二进制码对应的输出电流（电压）之差。（除以满量程除以满量程FSR，用分数或百分数表示。比如用分数或百分数表示。比如8位位D/A的分辨率为的分辨率为1/28） 它确定了它确定了D/A产生
10、的最小模拟量变化，也可用最低位产生的最小模拟量变化，也可用最低位LSB表表示。如，示。如，n位位D/A转换器的分辨率为转换器的分辨率为1/2n 。4. 精度精度 转换器的实际输出与理论值之差转换器的实际输出与理论值之差。可分为。可分为绝对精度绝对精度和和相对相对精度精度。5. 转换时间转换时间TS（建立时间）（建立时间） D/A转换器输入的数字量发生变化后，其转换器输入的数字量发生变化后，其输出模拟量达到输出模拟量达到稳定相应值所需要的时间稳定相应值所需要的时间。 超高速：超高速： TS 100ns 较高速：较高速： TS ： 100ns 1s 高速：高速： TS ： 1s 10s 低速：低速
11、： TS 100s 微型计算机原理与接口技术微型计算机原理与接口技术第十章第十章 A/D、D/A转换器转换器山东工商学院山东工商学院 高群高群 10.2.3 典型的典型的8位位D/A芯片芯片DAC08321. 1. 性能指标性能指标 分辨率：分辨率：8位；位； 单电源单电源 ： +5V +15V； 转换速度：转换速度： 1s， 参考电压：参考电压： -10V +10V； 可可单缓冲、双缓冲或直接数字输入单缓冲、双缓冲或直接数字输入三种方式工作；三种方式工作； 二级数据锁存（第一级为输入锁存）；二级数据锁存（第一级为输入锁存）； 低功耗低功耗200mW。 20脚双列直插式封装（脚双列直插式封装（
