第12章 D-A转换和A-D转换.ppt

第12章 A/D转换和D/A转换电路 模拟量输入／输出通道的一般结构框图 模拟量输入通道的组成 传感器 ——把非信号转换成电信号（电流或电压），电厂和变电站的强电信号必须经过电流或电压互感器变成弱电信号，这些互感器可认为是广义的传感器 。 信号处理环节——将信号放大或处理成与 A/D转换器所要求的输入相适应的电压水平，并滤去干扰信号。 多路转换开关——使多个模拟信号共用一个采样保持器和A/D转换器进行采样和转换。 采样保持电路——在A/D转换期间，保持采样输入信号的大小不变，以保证采样精度。 A/D转换器——将模拟输入量转换成数字量，以便由计算机读取，进行分析处理。 模拟量输出通道的组成 D/A转换基本原理 倒T形电阻网络D/A转换器 倒T形电阻网络D/A转换器（1） 倒T形电阻网络D/A转换器（2） Si由输入数码Di控制，当Di =1时，Si接运放反相输入端（“虚地”），Ii 流入求和电路；当Di =0时，Si将电阻2R接地。 从每个接点向左看的二端网络等效电阻均为R，流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2n递减。 设由基准电压源提供的总电流为I（I=VREF/R），则流过各开关支路（从右到左）的电流分别为I/2、I/4、I/8和I/16。 倒T形电阻网络D/A转换器（3） 倒T形电阻网络D/A转换器（4） 对电路中参数的要求 基准电压稳定性好； 倒T形电阻网络中R和2R电阻的比值精度要高； 每个模拟开关的开关电压降要相等。为实现电流从高位到低位按2n递减，模拟开关的导通电阻也相应地按2的整倍数递增。 D/A转换器的主要技术指标 分辨率——D/A转换器能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比 。 转换误差——D/A转换器的绝对误差（或绝对精度）是指输入端加入最大数字量（全1）时，D/A转换器的理论值与实际值之差。该误差值应低于LSB/2。 转换速率（SR）—— 大信号工作状态下模拟电压的变化率。 温度系数 ——指在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。 集成DAC举例 DAC0832是常用的集成DAC，它是用CMOS工艺制成的双列直插式单片八位DAC，可以直接与Z80、8080、 8085、MCS51等微处理器相连接。 集成DAC0832 集成DAC0832（1） DAC0832的使用方式：双缓冲器型、单缓冲器型和直通型 DAC0832 功能表 单缓冲器型和直通型 12.3 模/数转换器(ADC) 取样—保持电路和输入输出波形 2. 量化和编码 量化——将阶梯形模拟信号的幅度等分成n级，每级规定一个基准电平值，然后将抽样保持电路得到的电平分别归并到最邻近的基准电平上。 量化中的基准电平称为量化电平，取样保持后未量化的电平Uo值与量化电平Uq值之差称为量化误差δ，即δ=Uo-Uq。量化的方法一般有两种：只舍不入法和四舍五入法。 编码——用二进制数码来表示各个量化电平的过程。 取样定理和两种量化编码方法的比较 逐次逼近型ADC 例题 逐次比较型ADC电路 逐次比较型ADC电路工作过程 当启动脉冲上升沿到达后，FF0～FF4被清零，Q5置1，Q5的高电平开启与门G2，时钟脉冲CP进入移位寄存器。 在第一个CP脉冲作用下，由于移位寄存器的置数使能端F以由0变1，并行输入数据ABCDE置入，QAQBQCQDQE=01111，QA的低电平使数据寄存器的最高位（Q4）置1，即Q4Q3Q2Q1=1000。 D/A转换器将数字量1000转换为模拟电压U/O，送入比较器C与输入模拟电压UI比较，若UIU/O，则比较器C输出UC为1，否则为0。比较结果送D4～D1。 第二个CP脉冲到来后，移位寄存器的串行输入端S为高电平，QA由0变1，同时最高位QA的0移至次高位QB。于是数据寄存器的Q3由0变1，这个正跳变作为有效触发信号加到FF4的CP端，使UC的电平得以在Q4保存下来。 逐次比较型ADC电路工作过程2 Q3变1后，建立了新的D/A转换器的数据，输入电压再与其输出电压U/O进行比较，比较结果在第三个时钟脉冲作用下存于Q3…… 如此进行，直到QE由1变0时，使触发器FF0的输出端Q0产生由0到1的正跳变，做触发器FF1的CP脉冲，使上一次A/D转换后的UC电平保存于Q1。同时使Q5由1变0后将G2封锁，一次A/D转换过程结束。 电路的输出端D3D2D1D0得到与输入电压UI成正比的数字量。 逐次比较型ADC电路的特点 转换速度较快，一般在1 ~ 100μs以内。 转换时间固定，不随输入信号的变化而变化。 抗干扰能力相对来说比积分型的差。 数码位数越多，转换结果越精确，但转换时间也越长。 双积分型A/D转换器 双积分型A/D转换器是一种间接A/D转换器。它的