第7模数数模转换全.pptVIP

第7章 数/模和模/数转换 本章主要内容： 7.1 基本概念 7.2 数/模转换器(DAC) 7.3 模/数转换器(ADC) 7.4 综合应用举例 7.1 基本概念 将模拟量转换为数字量的过程称为模/数(Analog to Digital)转换，简称A/D转换。 实现A/D转换的电路被称之为模/数转换器(Analog to Digital Converter)，简称ADC。 把数字量转换为模拟量的过程称作数/模(Digital to Analog)转换，简称D/A转换。 完成D/A转换的电路被称之为数/模转换器(Analog to Digital Converter)，简称DAC。 7.1 基本概念 D/A转换器的种类:二进制权电阻DAC、R-2R倒T型电阻网络DAC及集成DAC器件DAC0832。 A / D转换器的种类:并联比较型ADC、反馈比较式ADC、双积分型ADC和集成ADC器件ADC0809。 转换精度和转换速度是评价A/D转换器和D/A转换器性能优劣的主要指标。一方面，为了保证数据处理结果的准确性，D/A转换器和A/D转换器必须有足够的转换精度；另一方面，为了适应快速过程的控制和检测的需要，A/D转换器和D／A转换器还必须有足够快的转换速度。 工作原理： 启动信号到来时，　　　=0，SAR清零，转换过程开始。第一个时钟脉冲到来时，SAR最高位置1，即D7=1，其余位为0。SAR所存数据经DAC转换后得到输出电压vO ,其与vI进行比较。若vOvI，则SAR重新置0，D7=0，SAR若vOvI，则D7=1不变，SAR变。 2．逐次逼近型ADC 7.3.3 反馈比较式ADC 第二个CP到来后，SAR次高位置1，即D6=1，DAC的输出电压vO再次与vI比较。若vOvI，D6=0；若vOvI，则D6=1不变，……。直到对最低位D0进行比较后，SAR所保留的二进制数即为待转换的模拟电压vI的值，此时转换过程结束。 【例7-4】 设图7-18所示ADC满量程输入电压vImax=10V，说明将vI=7.32V输入电压转换成二进制数的过程。 2．逐次逼近型ADC 7.3.3 反馈比较式ADC 解：满量程为10V时，八位DAC输入二进制数各位分别为1时所对应的模拟电压vO值如表7-2所示。转换过程如下： 来一个启动脉冲　　　，SAR各位清零，转换开始。 【例7-4】 第一个CP脉冲上升沿到来，SAR最高位置1，其输出为D7D6D5D4D3D2D1D0经DAC转换后vO=5V，因为vI(7.32V)vO(5V)，所以最高位保持1不变，SAR中的数据 第二个CP到来，SAR次高位置1，SAR的输出经DAC转换后，vO=5+2.5V=7.5V。因为vO(7.5V)vI(7.32V)，所以次高位重新置0，SAR中的数据 【例7-4】 第三个CP到来时，SAR输出经DAC转换后，vO=5+1.25V=6.25V。因为vO(6.25V)vI(7.32V)，所以经过第三次比较，SAR中的数据 随着时钟脉冲的不断输入，ADC逐位进行比较，直至最低位。SAR中数据 当第八个时钟脉冲到来后，比较过程结束。这时，SAR的输出端　　由高电平变为低电平，SAR输出的数字信号送入八位输出寄存器作为ADC的转换结果输出。 最后，如图7-19所示，vI=7.32V时的转换结果为 下一个启动脉冲到达后，ADC重新进行下一次转换。 【例7-4】 CP START 2 5 8 9 10 7 6 4 3 1 0 0.00 5.0000 7.5000 6.2500 6.8750 7.1875 7.34375 7.265625 7.3046875 80μs t vO D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 DR 10μs 1 0 1 1 1 0 1 1 结束 开始 图7-19逐次逼近ADC波形图 【例7-4】 2．逐次逼近型ADC 7.3.3 反馈比较式ADC 逐次逼近ADC具有以下特点： ⑴转换速度较高。其速度主要由数字量的位数和控制电路决定。例如上例中，八个时钟脉冲完成一次转换，若时钟频率为4MHz，则完成一次转换的时间为： μs (7-23) 转换速度c为： 　　　　　　　　c=1/t=500000次/s 7.2 数/模转换器(DAC) 7.2.5 D/A转换器应用举例 DAC0832和单片机直通方式的应用 在小型控制系统中，多采用单片机为控制器件，经过单片机处理的数字量应用到实际系统