《电工电子技术与技能》第4版 教案 第15章 数-模和模-数转换器.docx

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1、A.话j8引入冬裸在现代化的车间,计算机控制技术无处不在.因此也有很多需要将计号机的指令传达给执行机构来完成相应的控制场合.而这些执行机构通常是一些由模拟境控制的阀门、开关等，那么如何将计算机的指令及数字状转化为用于控制的模拟量呢?我们可以用数-模转换落(DAC)来实现，B.SrftW15.1.1DAC的基本概念锻转换希性1.DAC的基本概念悭将数字疑转换成模拟砥的器件就是数-模转换器。如果把数字做用字母D来表示，模拟盘用字母R来表示,用字母C来表示转换器时，数-模转换器就可以荷称DAC.构成数字代码的每一位都仃定的“权8”，因此，为了将数字量转换成模拟量，就必能每一位代玛按其“权重”转换成相

2、应的模拟Ift.然后再将代表各位的模拟出相加.即可得到与该数字H成正比的模拟仪,这就是构成DAC的基本思想.2. DAC的基本组成和分类DAC通常是由参考电压、洋码电路和电子开关三个范本郃分组成。按解码网络结构的不同，DAC可分为T形电阻网络、倒T形电讯网络、权电阻网络等.按模拟电子开关电路的不同.DAC又可分为QIOS开关型和双极型开关型.3. DAC的功能DAC通常由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码电阻网络、求和放大电路及基准电压几部分殂成，如图15-1所示.4. DAC的主要技术指标分辨率；指转换器理论上可以达到的精度，转换误差，DAC实际能达到的转换精度.线性度：理想的D/A找换潺.

3、谕出电JK与帖入数字之间有严格的线性关系,当给入数字信号作等最增加时,其输出的模拟电压也作等量增加.隹立时间：在怆入变化后，输出依稳定到距最终怆出奴所街时间，称为建立时间，建立时间反应了DAC电路转换的速度,15.1.2MC工作原理1 .权电阻网络D/R转换器4位权电阻网络D转换潜电路结构如图16-2所示.VREF是始准电源，存在于数字寄存器的数码作为输入数字吊D3D2DID0分别控制4个模拟电子开关S3、S2、SkS0.例如,当D3三0时,电子开关S3投掷向右边，使电阻接地:D3=l时，电子开关S3投掷向左边，使R与VREF接通。1个电阻称为权电阻。权电阻的限值大小与该位的权值成反比,如D2

4、位的权债是Dl的两倍,而所应的权电阻值却是Dl的1/2,2 .R-2R倒T形电阻网络D/A转换器4位R-2R倒T形电阻网络D/A转换港电路结构如图16-3所示。V,是基准电源，输入数字量MjM)分别控制4个模拟电f开关S,、Sj.Si,S0.由图16-3可见T形电阻网络中电阻类型少,只有R和2R两种.电路构成比较方便,从而克服/权电阻阻值多且阻值差别大的映点.由电路结构可行，D、C、B、A四点电位逐位战半.16.1.3集成数/模转换器DC0832DAco832引脚图如图15-4所示，它是一个8位的A/D转换器，即在对其怆入8位数字依后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。DAcO8

5、32的分辨率为8位，转换时间为Ius,酒盘程误差为，参考电压为+1QVTOY,供电电源为+5VT5Y,龙轮电平输入与TT1.兼容。DAC0832内部结构图如图155所示.DAC0832各引脚的功能过义如KD；-D,.：8位数据输入掂.In：模拟电流输出端1.当DAC寄存器中数据全为1时,输出电流最大：当DAC寄存者中数1全为。时，输出电流为0.U11:模拟电流输出端21皿+Ie常数R”:反馈电阻引入蜡DAcO832内部已羟有反馈电阻，所以R”推可以直接接到外部运算放大器的输出端，这样相当于将一个反馈电阻接在运算放火器的输出端和输入潴之间V.:参考电乐输入端.此端可接一个正电压.也可接一个负电J

6、长.范用为10YIOVVCC:芯片供电电压，范围为+5V+15VAGND:模拟地DGND:数字地15.2模/数转换器（AX）15.2.1 ADC的其本策念和转换原理模/数转换静是将模拟电压（或电流）转换为数字盘的电路.模，数转换广泛的用于计算机实时控制系统中。模，数转换一般要分采样、保持和阮化、编码两步进行.采样过程是按一定的时间间隔对模拟收抽取一个样伯：将采样伯转换为相应的数字量需要一定的时间，为了保证在转换的过程中，所枭的样值没有变化，就必须要将样值保持到下一个采样脓冲到来的时候，这个过程就是保持的过程。在样值保持的这段时间内,将取样假编程肉敢的届值,就是城化过程：盘化后的离散量值转换成数

7、字fit就是编码过程.经过采样、保持和Jft化、箱码后就可以将在时间上和Ift伯上是连线的模拟信号变为在时间和家伯上行是离散的数字信号.并将其对应的数字业输出，1 .采样保持电路采样保持的基本原理如图15-6所示。模拟电子开关S在采样脉冲fs的控制卜重生接通、断开的过程.当S接通时.u“t）而C充电.为采样过程：当S断开时.G,上的电质保持不变，为保持过程.在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路传换成一组n位的二进制数怆出.采样-保持落最主要的作用是将连续的模拟信号离放化，即在采样脉冲的控制下完成对采ei冲&2 .量化编码电路过采样、保持而得到的取样电压值仍然是模拟业,这时就需要对其进行

8、加化、弟眄.数字房的大小一定是某个最小数收单位的整数倍,将取样电压化为这个最小单位的整数他的过程称为量化,所取的地小数m单位叫做破化单位,用表示，数字信号球低彳j效位asm的1所代表的数量大小就等于A0把城化的结果用代码（二进制或其他进制等）表示出来，称为码.这个津码值就是ADC的输出结果，3 .ADC的主要技术指标分辨率:它是指转换器能分辨最小的量化信号的能力.转换误差:它是指转换后所得结果相财应于实际位的准确程度.转换速度:转换速哎可刖完成次A/D转换需要汨时间来衡,从接到话换控制信号开始，到输出端得到例定得数字输出信号所经过的时间称为转换时间.15.2.2 A/D转换方法1 .并行比较型

9、A/D转换器并行比较型A/D转换器结构框图如图16-7所示.转换器由21个比较器、2T位寄在器、优先编码器及能产生2-l个基准电压的2个制密电阻组成,输入模拟电压5马各比较零参考电平比较，产生的ZT位二进制码，通过寄存器寄存，并被译码成n位二进制数(仄,一队),完成模拟信号的数字信号的转换.2 .逐次比较里A/D转换器逐次比较型A/D转换器如图16-8和计数型A/D转换涔都属于反馈比较型A/D转换涔，逐次比较型A/D转换器是在计数型A/D行换器她础上用寄存器和控制龙辑电路取代计数器而成.逐次比较型用最快的方法追近输入模拟Ik而计数型则用计数湍递增方式迫近模拟fit.逐次比较型A/D转换器开始转

10、换时计数器被庇位为1,D/A转换器的输出电压UA=Umi/2与输入电压u：进行比较；若加大于5则下个CPS*冲后，计数器高位为0,本位为I；若小小于ul.则CP脓冲来到后,计数器而位保持而本位为1.也即第二个CP后U=Uw4,依次类推，呆终计数器各位数值被逐一确定。确定n位计数器各位数值至少需要n个时钟周期(To.),TR一次转换需婪2个力15.2.3 ADC009ADa)809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机羔容的控制逻辑的CMOS组件。它是逐次遇近式A/D转换冠，可以和单片机宜接接口。ADCoSC19由一个8路模拟开关、一个地址锁存与年码器、一个A/D转帙器和一个二态输出领

11、在器组成.多路开关可选通8个模拟通道，允许8路俄拟演分时输入，共用A/D转换器进行转换,三态输出锁涔用于锁存A/D游换完的数字加，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走游换完的数据.VKifrADC080）件脚功能如下W-DO:8位数字量输出引脚.INO-IN7；8位模拟破输入引脚。VCC：+5V工作电压。GND：地。REFC）：参考电压正端.REF（一）：参考电压负端.START：A/D转换启动信号输入端.A1.E：地址锁存允许信号输入端.EOC：轴换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。0E：抬出允许控制端.用以打开三态数据谕加锁存揩。CI.K：时仲信号怆入湍（一般为500KHz）.A、B、C：地址怆入线.蛛习思考与练习15T、15-2、15-3、157、15-6布置作业