第11章 AD和DA转换器
《AD转换与DA转换》课件
AD转换器的误差及校准
1
非线性误差
由于元器件特性不同引起的误差。
增益误差
2
转换器增益与理论增益之间的偏差。
3
校准
使用标准信号对转换器进行调整和校 准。
DA转换的原理及应用
原理: 应用:
将数字信号转换为模拟信号的过程。 音频设备、通信系统、自动控制系统等领域。
DA转换器的分类
并行型
通过多个DAC芯片并联, 使输出电流或电压同步。
AD转换与DA转换
本PPT课件将介绍AD转换与DA转换的原理、应用、分类、性能指标、误差与 校准以及与比较分析。了解这些知识将使你对AD转换与DA转换有深入的理解。
AD转换的原理及应用
原理: 应用:
将模拟信号转换为数字信号的过程。 音频处理、传感器信号采集、图像处理等领域。
AD转换器的分类
1 逐次逼近型
串行型
使用移位寄存器进行逐位 转换。
增量型
通过逐位变换产生模拟输 出信号。
AD转换和DA转换的比较分析
AD转换器
将连续模拟信号转为离散数字信号。
DA转换器
将离散数字信号转为连续模拟信号。
采用逐次逼近法逼近输入信号。
3 逐次比较型
采用逐次比较法将输入信号逼近。
2 积分型
将输入信号积分后与参考电压比较。
4 并行型
使用多率
表示AD转换器可以识别的电 平数目,通常以位数表示。
采样率
指每秒采集的样本数,常用 单位是赫兹。
信噪比
表示转换器输出信号与噪声 的比值。
ad转换器和da转换器
电流输出型DA转换原理
总电流
•转换电流
分支电流
……
•I01转换电流与“逻辑开关”为1的各支路电流的总和成正比 ,即与D0~D7口输入的二进制数成正比。
•DAC0832
•反馈电 阻 •外接放大器
转换电压
•即,转换电压正比于待转换的二进制数和参考电压
DAC的性能指标: 1、分辨率 通常将DAC能够转换的二进制的位数称为分辨率。 位数越多分辨率也越高,一般为8位、10位、12位、16位等
•参考程序如下:
INIT1: SETB IT1
;选择外部中断1为跳沿触发方式
SETB EA
;总中断允许
SETB EX1 ;允许外部中断1中断
MOV DPTR,#7FF8H ;端口地址送DPTR
MOV A,#00H
MOVX @DPTR,A;启动ADC0809对IN0通道转换
………
;完成其他的工作
•电路分析
➢ 由P2.0形成高8位地址(0xfe),与WR信号合成START/ALE正脉冲启动 ADC,与RD信号合成OE正脉冲输出转换数据;
➢ 启动IN0~IN7通道AD转换的命令的地址为:0xfef8,……,0xfeff。
➢ 读取AD结果的命令的地址为:任何高8位为0xfe的地址均可。
•电路分析
DAC2第1级地址: 1111 1101 …(0xfdff) DAC1和2第二级地址:1110 1111 …(0xefff)
例3参考程序
•语句DAOUT = num的作用只是启动DAC寄存器,传输什么数据都没关 系。
例3 运行效果 (多路D/A同步输出 )
•11.2 AT89S51与ADC的接口
数电实验报告11 DA、AD转换原理及应用
实验报告实验十一D/A、A/D转换原理及应用2.11.1实验目的(1)掌握D/A、A/D变换的工作原理。
(2)掌握D/A、A/D转换器DAC0832和A/D转换器ADC0809的使用方法。
2.11.2实验仪器与器件实验箱一个;双踪示波器一台;稳压电源一台;函数发生器一台。
D/A转换器DAC0832;A/D转换器ADC0809。
2.11.3实验原理1.D/A转换器D/A转换器可将输入的数字信号转变为与此数值成正比的模拟电压或电流。
(1)二进制加权电阻网络D/A转换器。
图示为4位加权电阻网络D/A转换器的原理图。
它由加权电阻网络、4个电子开关和1个求和放大器组成。
(2)倒T型电阻网络转换器。
加权电阻网络的缺点是阻值种类多,当转换位数较多时,阻值的变化范围很宽,难以准确选择。
采用倒T型网络可适当解决这个问题。
(3)D/A转换器DAC0832。
DAC0832是用CMOS工艺制成的单片式8位数模转换器。
2.A/D转换器A/D模数转换器可将模拟信号转换成数字信号。
ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A/D转换器,内部结构如图所示,它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型A/D转换器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。
2.11.4实验任务(1)用DAC0832实现D/A转换。
按图2-11-8连接电路,改变DAC0832输入数据,将测得的输出电压填入表2-11-1中。
表2-11-1:数据输入仿真输出实验输出K8 K7 K6 K5 K4 K3 K2 K1 V OUT V OUT0 0 0 0 0 0 0 0 7mV 9mV0 0 0 0 0 0 0 1 21.5mV 21mV0 0 0 0 0 0 1 0 42.3mV 41mV0 0 0 0 0 1 0 0 83.5mV 81mV0 0 0 0 1 0 0 0 165.6mV 160.3mV0 0 0 1 0 0 0 0 330.1mV 319mV0 0 1 0 0 0 0 0 659mV 636mV0 1 0 0 0 0 0 0 1.371V 1.272mV1 0 0 0 0 0 0 0 2.634V 2.545mV(2)用ADC0809实现A/D转换。
《AD及DA转换》课件
《AD及DA转换》PPT课件
本PPT课件将深入介绍AD及DA转换的原理、分类、工作模式,以及采样率、 量化精度等关键概念。我们还会探讨信号处理技术、硬件实现和电路设计等 重要话题。
什么是AD和DA转换
AD(模数)转换将模拟信号转换为数字信号,DA(数模)转换将数字信号转换为模拟信号。这两种转换器 在许多电子系统中起着关键作用。
AD转换器可根据工作原理和特性进行分类,如逐次逼近型、积分型、双斜率 型和ΔΣ型等。每种类型都有其适用的应用场景和性能特点。
DA转换器的分类
DA转换器可以按照数字信号转换为模拟信号的方法进行分类,如加权电阻型、 串行型、并行型和PDM型等。不同类型的转换器适用于不同的应用需求。
AD转换器的工作模式
AD转换的原理和作用
AD转换器使用采样和量化技术将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。它 在信号处理、通信系统和传感器中都有广泛应用。
DA转换的原理和作用
DA转换器将数字信号转换为模拟信号,使其能够在模拟电路中进行进一步处 理和传输。它在音频、视频和通信等领域中扮演着核心角色。
AD转换器的分类
《AD及DA转换》课件
一、AD及DA转换简介1.1 AD转换概述模拟信号与数字信号的概念模拟信号转换为数字信号的意义1.2 DA转换概述数字信号转换为模拟信号的意义DA转换的基本原理1.3 AD及DA转换的应用领域电子秤工业控制音频处理二、AD转换器(模数转换器)2.1 AD转换器的工作原理采样保持量化和编码2.2 AD转换器的类型逐次逼近型(SAR)双积分型流水线型2.3 AD转换器的主要性能指标分辨率和量化误差转换时间和转换速率动态范围和线性范围三、DA转换器(数模转换器)3.1 DA转换器的工作原理数字到模拟的转换过程D/A转换器的类型及特点3.2 DA转换器的主要性能指标分辨率转换误差转换速度3.3 DA转换器的应用实例音频DAC视频DAC通信系统中的DA转换应用四、AD及DA转换器的选择与评估4.1 AD及DA转换器的选择依据精度要求转换速度要求成本和功耗考虑4.2 AD及DA转换器的评估方法测试转换特性分析转换误差对比不同转换器的性能4.3 AD及DA转换器的应用案例分析模拟信号采集与数字处理数字信号调节与模拟输出五、AD及DA转换技术的未来发展5.1 高速AD及DA转换技术亚微米和深亚微米工艺并行处理技术5.2 高精度AD及DA转换技术低噪声和低功耗设计温度补偿技术5.3 集成AD及DA转换技术片上系统(SoC)混合信号集成技术5.4 新型AD及DA转换技术展望生物医学信号处理领域无线通信和物联网应用领域六、模拟信号的采样与保持6.1 采样定理奈奎斯特采样定理采样频率的选择6.2 采样保持电路采样保持电路的工作原理采样保持电路的设计要点七、模拟信号的量化与编码7.1 量化过程量化的概念与过程量化误差7.2 编码方法二进制编码格雷码编码八、逐次逼近型AD转换器(SAR ADC)8.1 SAR ADC的工作原理转换过程解析转换速率与功耗8.2 SAR ADC的设计要点模拟开关的选择基准电压源的设计九、双积分型AD转换器9.1 双积分型ADC的工作原理转换过程解析转换时间与精度9.2 双积分型ADC的应用场景电流传感器压力传感器十、流水线型AD转换器10.1 流水线型ADC的工作原理转换过程解析转换速率与功耗10.2 流水线型ADC的设计要点级间匹配与补偿模拟开关的选择十一、DA转换器(数模转换器)的类型及原理11.1 权电阻网络DA转换器工作原理分辨率和线性度11.2 电压反馈型DA转换器工作原理特点和应用11.3 电流反馈型DA转换器工作原理特点和应用十二、DA转换器的性能指标及评估12.1 分辨率数字位数的含义分辨率与精度的关系12.2 转换误差静态误差动态误差12.3 转换速度转换时间更新速率十三、DA转换器的应用实例13.1 音频DAC音频信号的数字到模拟转换音频DAC芯片的选择13.2 视频DAC视频信号的数字到模拟转换视频DAC芯片的选择十四、AD及DA转换器的接口技术14.1 模拟接口差分信号传输阻抗匹配14.2 数字接口SPI接口I2C接口USB接口十五、AD及DA转换器的实际应用问题与解决方案15.1 噪声问题模拟噪声的来源数字噪声的来源降噪技术15.2 匹配问题内部组件匹配外部组件匹配匹配技术15.3 温度补偿温度对AD及DA转换器的影响温度补偿技术重点和难点解析本文主要介绍了AD及DA转换的相关概念、原理、性能指标、应用实例以及接口技术,重点内容包括:1. AD及DA转换的基本原理:理解模拟信号与数字信号的转换过程,掌握AD 及DA转换的意义和应用领域。
AD与DA转换器接口
24
1. ADC的主要参数
衡量一个ADC的性能的主要参数有: 1. 分辨率:指ADC能够转换成二 进制数的位数。 2. 转换时间:指从启动转换开始 到转换结束,得到稳定的数字输出量为 止的时间。 其它参数与DAC类似。
23
ADC按分辨率可分为:4位、6位、8位、10位、 12位、14度可分为: 超高速(转换时间≤330ns) 次高速(转换时间330ns~3.3us) 高速(转换时间<20us) 中速(转换时间20us ~330us ) 低速(转换时间>330us ) ADC按转换原理可分为 并行A/D、逐次逼近A/D、双积分A/D。
15
二、并行8位D/A转换芯片AD558及其接口
1、 AD558的内部结构框图
16
17
2、AD558与PC机的连接图
18
三、串行8位D/A转换器TLC5620
第一级缓冲 第二级缓冲
19
数据写入方式 (LDAC更新DAC输出)
数据写入方式 (LOAD更新DAC输出)
20
TLC5620 REFA REFB REFC DATA REFD CLK DACA LOAD DACB LDAC DACC DACD
13
MOV DX,300H MOV AL,0H L1:OUT DX,AL INC AL JNZ L1 MOV AL,0FFH L2:OUT DX,AL DEC AL JNZ L2 JMP L1
;8255A的A口 ;生成三角波
14
思考题: 1.编写完整的程序。 2.编写生成矩形波、三角波、梯形波、 正弦波以及锯齿波等程序
5
2、D/A转换器的连接特性 表示一个D/A 转换器连接特性的几个方面: 1. 数据缓冲能力。 2. 输入的数据宽度(分辨率)。 3. 输入码制。一般对单极性输出的DAC只能 接收二进制码或BCD码,而双极性输出的DAC只能 接收偏移二进制码或补码。 4. 输出模拟量的类型。有电流和电压两种类型 5. 输出模拟量的极性。有单极性和双极性两种
《AD和DA变换》课件
模拟信号采样
信号量化
连续的模拟信号通过采样器转换为离散的数字形式。
通过量化器将连续的信号转换为离散的数值,减小 信号的精度。
AD变换的应用
AD变换在许多领域中具有广泛的应用和重要的意义。
音频处理
AD转换用于音频设备中的声音 采集和处理,例如录音、音乐 制作和语音识别。
通信系统
AD转换用于将模拟信号转换为 数字信号,以便在通信系统中 传输和处理音频和视频数据。
Hale Waihona Puke 数字信号解码通过解码器将二进制信号解码为对应的数字数值。
信号重构
通过重构滤波器将数字信号转换为连续的模拟信号。
DA变换的应用
DA变换在各种设备和应用中发挥着至关重要的作用。
1
显示器
2
DA转换用于显示器中的数字信号解码和
模拟信号重建,以显示图像和视频。
3
音频设备
DA转换用于音频设备中的数字信号重建, 如扬声器和耳机。
关键的信号处理环节
AD变换将模拟信号转换为数字形式,DA变换将数字信号转换为模拟形式,促使数字设备和 模拟设备之间的互操作。
广泛的应用领域
AD和DA变换被广泛应用于音频设备、通信系统、数据采集、控制系统和测量仪器等领域。
AD变换的概念和原理
AD(模数转换)是将模拟信号转换为数字信号的过程。这涉及到信号采样、量化和编码。 • 信号采样:将连续的模拟信号在离散时间点上进行采样。 • 信号量化:将采样的信号转换为离散的数值。 • 信号编码:将量化的数值表示为二进制形式。
《AD和DA变换》PPT课件
本PPT课件介绍AD和DA变换的概念、原理、应用以及问题讨论,旨在向大家 分享我的专业知识和见解。
引言
AD和DA转换器的分类及其主要技术指标
AD和DA转换器的分类及其主要技术指标AD和DA转换器(Analog-to-Digital and Digital-to-Analog converters)是电子设备中常用的模数转换器和数模转换器。
AD转换器将连续的模拟信号转换成对应的离散数字信号,而DA转换器则将离散的数字信号转换成相应的连续模拟信号。
本篇文章将介绍AD和DA转换器的分类以及它们的主要技术指标。
一、AD转换器分类AD转换器主要分为以下几个类型:1.逐次逼近型AD转换器(Successive Approximation ADC)逐次逼近型AD转换器是一种常见且常用的AD转换器。
它采用逐渐逼近的方法逐位进行转换。
其基本原理是将模拟输入信号与一个参考电压进行比较,不断调整比较电压的大小,确保比较结果与模拟输入信号的差别小于一个允许误差。
逐次逼近型AD转换器的转换速度相对较快,精度较高。
2.模数积分型AD转换器(Sigma-Delta ADC)模数积分型AD转换器是一种利用高速和低精度的ADC与一个可编程数字滤波器相结合的技术。
它通过对输入信号进行高速取样并进行每个采样周期的累积和平均,降低了后续操作所需的带宽。
模数积分型AD转换器具有较高的分辨率和较好的线性度,适用于高精度应用。
3.并行型AD转换器(Parallel ADC)并行型AD转换器是一种通过多个比较器并行操作的AD转换器。
它的转换速度较快,但其实现成本相对较高。
并行型AD转换器适用于高速数据采集和信号处理。
4.逐渐逼近型AD转换器(Ramp ADC)逐渐逼近型AD转换器是一种通过线性递增电压与输入信号进行比较的转换器。
它利用逐渐逼近的方法寻找与输入信号最接近的电压值,然后以此电压值对应的时间来估计输入信号的值。
逐渐逼近型AD转换器转换速度较慢,但精度较高。
5.其他类型AD转换器除了上述几种常见的AD转换器类型外,还有其他一些特殊的AD转换器类型,如比例调制型AD转换器、索耳转换器等。
电路中的AD转换与DA转换
电路中的AD转换与DA转换在当今信息时代,电子设备已经渗透到我们生活的方方面面。
而这些电子设备的运作离不开AD转换(模数转换)和DA转换(数模转换)这两个关键环节。
本文将介绍AD转换和DA转换的原理、应用以及相关技术发展。
一、AD转换AD转换是模拟信号转换为数字信号的过程。
在电子设备中,传感器等设备输出的信号多为模拟信号,需要通过AD转换将其转换成数字信号,才能由电子器件进行处理和存储。
AD转换器通常由采样器、量化器和编码器组成。
采样器的作用是将模拟信号在一定的时间间隔内取样,量化器将取样的模拟信号分成有限个离散值进行量化,编码器将量化后的离散值转换成二进制数字信号。
通过这一过程,AD转换器能够将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
AD转换器广泛应用于各个领域,如音频、视频、电力系统等。
在音频领域,AD转换器用于将声音等模拟信号转换为数字信号,实现录音、播放等功能。
在电力系统中,AD转换器用于电能计量、监测等方面。
二、DA转换DA转换是数字信号转换为模拟信号的过程。
数字信号由计算机或其他数字系统处理和存储,而大部分外围设备如音箱、显示器等则需要模拟信号进行驱动。
DA转换器通常由数字信号输入端和模拟输出端组成。
数字信号输入端接收来自计算机或其他数字系统的数字信号,将数字信号按照一定的波形进行放大、滤波等处理后,经过模拟输出端输出为模拟信号。
这样,数字系统生成的数字信号便可以控制外围设备的模拟输出。
DA转换器广泛应用于音频设备、显示设备等领域。
在音频设备中,DA转换器用于将计算机中存储的音频文件转换为模拟信号,通过音箱输出高质量的音乐。
在显示设备中,DA转换器则将计算机生成的数字图像信号转换为模拟信号,驱动显示器显示各种图像。
三、技术发展随着科技的不断进步,AD转换与DA转换技术也得到了快速的发展与创新。
目前,高速、高精度、低功耗、小型化是AD转换与DA转换技术的发展方向。
在AD转换技术方面,新型的Delta-Sigma调制技术、超大规模集成电路技术等被广泛应用,提高了AD转换器的精度和信噪比。
DA与AD转换器的基本原理
DA与AD一、D/A转换器的基本原理1、分辨率分辨率是指输入数字量的最低有效位(LSB)发生变化时,所对应的输出模拟量(电压或电流)的变化量。
它反映了输出模拟量的最小变化值。
分辨率与输入数字量的位数有确定的关系,可以表示成FS / 。
FS表示满量程输入值,n为二进制位数。
对于5V的满量程,采用8位的DAC时,分辨率为5V/256=19.5mV;当采用12位的DAC时,分辨率则为5V/4096=1.22mV。
显然,位数越多分辨率就越高。
2、线性度线性度(也称非线性误差)是实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。
常以相对于满量程的百分数表示。
如±1%是指实际输出值与理论值之差在满刻度的±1%以内。
3、绝对精度和相对精度绝对精度(简称精度)是指在整个刻度范围内,任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。
绝对精度是由DAC的增益误差(当输入数码为全1时,实际输出值与理想输出值之差)、零点误差(数码输入为全0时,DAC的非零输出值)、非线性误差和噪声等引起的。
绝对精度(即最大误差)应小于1个LSB。
相对精度与绝对精度表示同一含义,用最大误差相对于满刻度的百分比表示。
应当注意,精度和分辨率具有一定的联系,但概念不同。
DAC的位数多时,分辨率会提高,对应于影响精度的量化误差会减小。
但其它误差(如温度漂移、线性不良等)的影响仍会使DAC的精度变差。
DAC0832与80C51单片机的接口1、单缓冲工作方式此方式适用于只有一路模拟量输出,或有几路模拟量输出但并不要求同步的系统。
双极性模拟输出电压:双极性输出时的分辨率比单极性输出时降低1/2,这是由于对双极性输出而言,最高位作为符号位,只有7位数值位。
2、双缓冲工作方式多路D/A转换输出,如果要求同步进行,就应该采用双缓冲器同步方式。
3、直通工作方式当DAC0832芯片的片选信号、写信号、及传送控制信号的引脚全部接地,允许输入锁存信号ILE引脚接+5V时,DAC0832芯片就处于直通工作方式,数字量一旦输入,就直接进入DAC寄存器,进行D/A转换。
ad转换器和da转换器
技术发展的挑战与机遇
挑战:提高转换精度和速度,降 低功耗和成本
挑战:解决高精度、高速度、低 功耗、低成本之间的矛盾
添加标题
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添加标题
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机遇:物联网、人工智能、5G等 新兴技术的发展,为D/D转换器 带来新的应用场景和市场需求
机遇:新型材料、工艺和技术的 发展,为D/D转换器带来新的技 术突破和性能提升
技术发展的历程
1950年代:D转换器开 始出现,主要用于军事
和航天领域
1960年代:D转换器逐 渐普及,开始应用于工
业和医疗领域
1970年代:D转换器技 术快速发展,出现了多
种类型的D转换器
1980年代:D转换器技 术逐渐成熟,开始应用
于消费电子领域
1990年代:D转换器技 术进一步发展,出现了 高精度、高速度的D转
按照输出信号类型分类:单 端输出、差分输出等
按照应用领域分类:工业控 制、医疗电子、通信设备等
D转换器的工作原理
采样:将模拟信号转换为时间离散的信号 量化:将时间离散的信号转换为幅度离散的信号 编码:将幅度离散的信号转换为数字信号 滤波:消除量化噪声,提高转换精度
D转换器的应用场景
信号处理:将模拟信号转换为数字信号,便于处理和分析 通信系统:在通信系统中,将模拟信号转换为数字信号,便于传输和处理 传感器应用:将传感器采集的模拟信号转换为数字信号,便于处理和分析 音频处理:将模拟音频信号转换为数字信号,便于处理和分析
更快速度: D/D转换器的 速度不断提高, 以满足高速数 据传输和信号 处理的需求。
更低功耗: D/D转换器的 功耗不断降低, 以满足便携式 设备和物联网 设备的需求。
更小尺寸: D/D转换器的 尺寸不断缩小, 以满足便携式 设备和物联网 设备的需求。
AD和DA转换器
A/D 和D/A 转换器在数字系统的应用中,通常要将一些被测量的物理量通过传感器送到数字系统进行加工处理;经过处理获得的输出数据又要送回物理系统,对系统物理量进行调节和控制。
传感器输出的模拟电信号首先要转换成数字信号,数字系统才能对模拟信号进行处理。
这种模拟量到数字量的转换称为模-数(A/D)转换。
处理后获得的数字量有时又需转换成模拟量,这种转换称为数-模(D/A)变换。
A/D 变换器简称为ADC 和D/A 变换器简称为DAC 是数字系统和模拟系统的接口电路。
第一节 基本概念一、D/A 变换D/A 变换器一般由变换网络和模拟电子开关组成。
输入n 位数字量D (=D n-1…D 1D 0)分别控制这些电子开关,通过变换网络产生与数字量各位权对应的模拟量,通过加法电路输出与数字量成比例的模拟量。
(1)变换网络变换网络一般有权电阻变换网络、R-2RT 型电阻变换网络和权电流变换网络等几种。
ⅰ、权电阻变换网络权电阻变换网络如图8-1所示,每一个电子开关S i 所接的电阻R i 等于2n-1-i R (i=0~n-1),即与二进制数的位权相似,R 0=2n-1R ,R n-1=R 。
对应二进制位D i =1时,电子开关S i 合上,R i 上流过的电流 I i =V REF /R i 。
令V REF /2n-1R=I REF ,则有 I i =2i I REF ,即R i 上流过对应二进位权倍的基准电流,R i 称为权电阻。
权电阻网络中的电阻从R 到2n-1R 成倍增大,位数越多阻值越大,很难保证精度。
图8-1 权电阻D/A 变换器ⅱ、R-2R 电阻变换网络R-2R 电阻网络中串联臂上的电阻为R ,並联臂上的电阻为2R ,如图8-2所示。
从每个並联臂2R 电阻往后看,电阻都为2R ,所以流过每个与电子开关S i 相连的2R 电阻的电流I i 是前级电流I i+1的一半。
因此, I i =2i I 0=2i I REF /2n ,即与二进制i 位权成正比。
AD和DA的工作原理
AD和DA的工作原理AD和DA是模数转换和数模转换的简称,分别代表模数转换器(Analog-to-Digital Converter)和数模转换器(Digital-to-Analog Converter)。
AD用于将模拟信号转换为数字信号,而DA则是将数字信号转换为模拟信号,两者是相对的过程。
AD的工作原理:AD转换器的作用是将输入的模拟信号,通过一定的采样和量化方法,转换为数字形式的信号,以便于数字设备进行处理和存储。
AD转换器通常分为两个主要阶段:采样和量化。
1.采样:AD转换器首先对输入信号进行采样,即按照一定的时间间隔对连续模拟信号进行抽样。
采样的频率也被称为采样率,通常用赫兹(Hz)表示。
采样率决定了输入信号中能够被留存下来的频率范围。
2.量化:采样后的模拟信号将被输入到量化器中。
量化是将连续的模拟信号转换成离散的数字信号的过程。
在这个过程中,AD转换器将把输入的模拟信号分成一定数量的等级,并为每个等级分配一个数字代码。
采样和量化的过程可以通过二进制表示来完成,其中最常见的是通过ADC(模数转换器)将模拟信号转换为二进制数。
DA的工作原理:DA转换器的作用是将数字信号转换为模拟信号,以便于与模拟设备进行连接和交互。
DA转换器通常包含两个主要部分:数字信号处理和模拟输出。
1.数字信号处理:DA转换器首先接收到一串数字信号,这些信号由计算机或数字设备产生。
这些信号是基于离散的数字表示,通常使用二进制数表示。
DA转换器将会对这些数字信号进行处理,比如滤波、重采样等,以确保生成的模拟信号质量和稳定性。
2.模拟输出:处理后的数字信号被输入到DAC(数模转换器),将数字信号转换为模拟信号。
DAC将根据数字信号的数值,通过一定的电流或电压生成模拟信号。
这些模拟信号将与各种模拟设备进行连接,例如音频设备、电机控制等。
需要注意的是,AD和DA转换的精度和速度是非常重要的参数。
转换器的精度是指转换器所能提供的输出与输入之间的误差。
DA和AD转换电路图
双极性电压输出,采用图11-3接线:
Vout =(B-128)*(VREF/128) 由上式,在选用+VREF时,(1)若输入数字量b7=1, 则Vout为正;(2)若输入数字量b7=0,则Vout为负。 在选用-VREF时,Vout与+VREF时极性相反。
(3)DAC用作程控放大器 DAC还可作程控放大器,见图11-4。
个8位锁存器和一个4位锁存器,以便和8位数据线相 连。
引脚功能:
CS*:片选信号。 WR1*:写信号,低电平有效 BYTE1/BYTE2*:字节顺序控制信号。1:开启8位 和4位两个锁存器,将12位全部打入锁存器。0:仅开 启4位输入锁存器。
WR2*:辅助写。该信号与XFER*信号相结合,当同 为低电平时,把锁存器中数据打入DAC寄存器。当为 高电平时,DAC寄存器中的数据被锁存起来。
有双重或多重的数据缓冲电路,可与MCS-51的P0口直 接相接。
2.主要技术指标 (1)分辨率
输入给DAC的单位数字量变化引起的模拟量输出的 变化,通常定义为输出满刻度值与2n之比。显然,二 进制位数越多,分辨率越高。
例如,若满量程为10V,根据定义则分辨率为 10V/2n。设8位D/A转换,即n=8,分辨率为10V/2n
(2) 三角波的产生
START: UP:
DOWN:
ORG MOV MOV MOVX INC JNZ DEC MOVX
SJMP
2000H
R0,#0FEH
A,#00H
@R0,A ;三角波上升边
A
UP
A
;A=0时再减1又为FFH
@R0,A
DOWN ;三角波下降边
UP
(3) 矩形波的产生
ORG 2000H START: MOV R0,#0FEH
第11章89C51单片机与DA、AD转换器的接口
1、D/A转换器概述
❖将数字量转换为模拟量,以便操纵控制对象。
单片机
D/A转换 控制对象
❖使用D/A转换器时,要注意区分:
* D/A转换器的输出形式; * 内部是否带有锁存器。 ❖D/A转换器集成电路芯片种类很多:
按输入的二进制数的位数分类,有八位、十位、十二位和十六位等。 按输出是电流还是电压分类,分为电压输出器件和电流输出器件。
MOV B,A
;存数
RETI
;返回
查询方式:
ORG 0000H
;主程序入口地址
AJMP MAIN
;跳转主程序
ORG 1000H
;中断入口地址
MAIN: MOV DPTR,#0007H ;指向0809 IN7通道地址
MOVX @DPTR,A ;启动A/D转换
L1: JB P3.3 L1
;查询
MOVX A,@DPTR ;读A/D转换结果
±2.5V,±5V和±10V; ✓内含高稳定的基准电压源,可方便地与4位、8位或16位微 处理器接口; ✓双电源工作电压:±12V~±15V。
二、A/D转换器接口
❖A/D转换器的概述 ❖典型芯片ADC0809 ❖ADC0809的应用 ❖与AD1674的接口设计 ❖与MC14433的接口设 计
1、A/D转换器的概述
多路同步输出,必须采用双缓冲同步方式。
1#DAC0832占有两个端口地址FDH和 FBH。 2#DAC0832的两个端口地址为FEH和 FBH
例11-2 设AT89C51单片机内部RAM中有两个长度为20的数据块, 其起始地址为分别为addr1和addr2,请根据图11-7所示,编写能把 addr1和addrr2中数据从1#和2#DAC0832同步输出的程序。程序中 addr1和addr2中的数据,即为绘图仪所绘制曲线的x、y坐标点。
AD_DA转换基本原理
AD_DA转换基本原理AD-DA转换是模拟信号与数字信号之间的转换过程,AD是模拟信号转换为数字信号的过程,DA是数字信号转换为模拟信号的过程。
模拟信号是连续变化的电信号,而数字信号是离散的电信号。
AD-DA转换器在很多领域中被广泛应用,如通信、音频处理、图像处理等。
AD转换的基本原理是使用采样和量化的方法将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
采样是指将连续的信号在时间上进行离散化,将信号在一定的时间间隔内进行采集。
量化是指对采样后的信号进行离散化处理,将连续的信号值映射到一组离散值。
采样和量化的间隔称为采样周期和量化间隔,采样周期越小,量化间隔越小,转换精度越高。
在AD转换过程中,首先需要选择一个足够高的采样率,以保证对原始信号的采样能够准确还原。
然后将连续的模拟信号用采样周期将其分为离散的信号样本,每一个样本对应一个离散时间点。
接下来,在每一个采样时间点,通过量化器将信号的幅度映射为一个离散的数字值。
量化的精度决定了数字信号的分辨率和动态范围,一般以位表示,如8位、16位等。
DA转换的基本原理是将离散的数字信号转换为连续变化的模拟信号。
在DA转换过程中,首先需要进行数字信号的解码,将离散的数字值转换为连续的数值。
然后使用保持电路(sample-and-hold)将这些连续的数值保持为恒定的电压信号。
接着,使用模拟滤波器对保持的数值进行平滑处理,去除高频分量和其他干扰。
最后,通过放大器将平滑后的信号放大到合适的幅度,得到模拟输出信号。
在DA转换过程中的重要环节是数字信号的解码和模拟滤波器的设计。
解码过程需要将离散的数字值映射为一组连续的数值,这通常通过查表或者插值的方式实现。
模拟滤波器的设计目的是对离散的数字信号进行平滑处理,去除不需要的高频分量和噪声。
滤波器的选择取决于系统的需求,可以是低通滤波器、带通滤波器等。
AD-DA转换器的性能主要由转换精度、抖动、信噪比和带宽等参数决定。
转换精度越高,代表着数字信号与模拟信号的差距越小。
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取样—保持电路的基本形式
vL返回低电平后T截止,保持。 以上电路很不完善,取样速度受限制。
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第一节 数字-模拟转换器
集成取样-保持电路LF398
R1
VOS
2
D2
vI
VREF
3
A
L
D1
1
S
R2
CH
6
A
VOS V V
5
2
vO
2
1
vI
vL
4 6 5
3
LF398 8 7
CH
vO
五、V- F变换型A/D转换器
V-F (f out) 变换器
计数 脉冲 计 数 寄 存 器
并 行 数 字 输 出
vI
G
器
(MSB) (LSB)
RD
单稳态 触发器
CLK
vG
TG
V-F变换型A/D转换器的电路结构框图 上页 下页 返回
25
第一节 数字-模拟转换器
六、A/D转换器的转换精度与转换速度
1. A/D转换器的转换精度 单片集成的A/D转换器采用分辨率和转换误差来描述。 分辨率:以输出二进制或十进制的位数表示,
uo Ku (dn 1 2n 1 dn 2 2n 2 d1 21 d0 20 )
4
第一节 数字-模拟转换器
二、权电阻网络D/A转换器
RF ( R / 2)
i
V
2 R 2 R 2R
2
3
R
I2 S3
I3
AF (I 0 I1 I 2 I3 )
D/A转换器的转换特性,是指其输出模拟量和输入数字量之 间的转换关系。图示是输入为3位二进制数时的D/A转换器的 转换特性。理想的 D/A转换器的转换特性,应是输出模拟量 与输入数字量成正比。即:输出模拟电压 uo=Ku×D或输出模 拟电流io=Ki×D。其中Ku或Ki为电压或电流转换比例系数,D 为输入二进制数所代表的十进制数。如果输入为 n 位二进制 数dn-1dn-2…d1d0,则输出模拟电压为:
(1)分辨率 分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为 n位的 D/A 转换器中,输出电压能区分 2n 个不同的输入二进制代码状 态,能给出2n个不同等级的输出模拟电压。 分辨率也可以用 D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压 的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为:
1 1 0.001 10 2 1 1023
模拟输入
vI
C
vO
DAC
(MSB)
(LSB)
(MSB)
(LSB)
并 行 数 字 输 出
逐次渐近寄存器
控制逻辑
转换控制信号
CLK
脉冲源
vL
转换控制信号vL变为高电平时开始转换,时钟信号 首先将寄存器的最高位置成1,使寄存器的输出为 100…00。这个数字量被D/A转换器转换成相应的模 拟电压vO,并送到比较器与输入信号vI进行比较。
计数器
vL
转换开始前先用复位信号将计数器置零,
而且转换控制信号应停留在vL=0的状态。
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第一节 数字-模拟转换器
模拟输入
vI
vO
C
DAC
输 出 寄 存 器
(MSB)
vB G
脉冲源
(LSB)
CLK
(MSB)
(LSB)
并 行 数 字 输 出
计数器
vL
当vL变为高电平时开始转换,计数器开始计数, vO不 断增加。 当增至vO = vI时, vB=0将门封锁,计数器停止计数, 这时计数器中所存的数字就是所求的输出数字信号。 这种方案的明显缺点是转换时间太长。
vL 8
7
典型接法
电路结构
vL为高电平时S闭合,电路处于取样工作状态。 vL返回低电平后S 断开,电路进入保持状态。
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第一节 数字-模拟转换器
三、并联比较型A/D转换器
并联比较型A/D转换器 属于直接A/D转换器, 它能将输入的模拟电 压直接转换为输出的 数字量而不需要经过 中间变量。
(MSB)
d0
d1
d2
d3
R
i
V
V
A
vO
S0
2R
2R
I 2R 16
S1
I 8
S2
2R
I 2R 4
S3
I 2
I 16
I I I I i d 3 d 2 d1 d 0 2 4 8 16 VREF vO Ri 4 (d 3 23 d 2 22 d1 21 d 0 20 ) 2
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27
说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。
转换误差:通常以输出误差最大值的形式给出,
表示实际输出的数字量
和理论上应有的输出数字量之间的差别。
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第一节 数字-模拟转换器
2. A/D转换器的转换速度
A/D转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型,
不同类型的A/D转换器的转换速度相差悬殊。 并联比较型A/D转换器的转换速度最快。 逐次渐近型A/D转换器的转换速度次之。 间接A/D转换器的转换速度要低得多了。 高速A/D转换器应将取样-保持电路的获取时间 计入转换时间之内。
d3
R
i
V
V
A
vO
S0
2R
2R
I 2R 16
S1
I 8
S2
2R
I 2R 4
S3
I 2
I 16
倒T形电阻网络D/A转换器
I 8
I 4
I 2
I
VREF
di = 0时开关 Si 接至放大器的 V+ 。 di = 1时开关 Si 接至放大器的 V- 。
8
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第一节 数字-模拟转换器
A
2R 2R I / 16 R
S0
I0 S1
I1 S2
VREF
(LSB)
d0
各支路电流为
d1 d2
d3 (MSB)
权电阻网络D/A转换器
VREF V I3 d 3 (d 3 1时I 3 REF ,d 3 0时I 3 0) R R
VREF I2 d2 2R
VREF I 1 2 d1 2 R
5
VREF I0 3 d0 2 R
d0 输入 d1
…
dn -1
D/A
uo 或 io 输出
uo Ku (dn 1 2n 1 dn 2 2n 2 d1 21 d0 20 )
3
uo (V)
第一节 数字-模拟转换器
转 换 特 性
7 6 5 4 3 2 1 0
D
000 001 010 011 100 101 110 111
A( f )
0
f i (max)
fS fi (max)
f
还原取样信号所用滤波器的频率特性
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第一节 数字-模拟转换器
2. 量化和编码 量化: 进行A/D转换时, 所取最小数量叫做量化单位,用Δ表示。
取样电压表示为数字信号所取的最小数量单位的整数倍,
数字信号最低有效位的1所代表的数量大小就等于Δ。
对n位权电阻网络D/A转换器取RF = R/2 ,得
VREF VREF n 1 n 2 1 0 vO n (dn 1 2 d n 2 2 d1 2 d 0 2 ) n Dn 2 2
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第一节 数字-模拟转换器
RF ( R / 2)
i
V
2 R 2 R 2R
2
3
R
I2 S3
I3
A
V
vO
S0
I0 S1
I1 S2
VREF
(LSB)
d0
d1
d2
d3 (MSB)
权电阻网络D/A转换器
优点:结构比较简单,所用的电阻元件很少。
缺点:各个电阻的阻值相差较大。
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7
第一节 数字-模拟转换器
三. 倒T形电阻网络D/A转换器
(LSB)
(MSB)
d0
d1
d2
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第一节 数字-模拟转换器
vO RFi RF ( I 3 I 2 I1 I 0 )
VREF I3 d3 R
VREF I2 d2 2R
VREF I 1 2 d1 2 R
2
VREF I0 3 d0 2 R
3 2 1 0 取RF = R/2 ,得 vO VREF ( d 2 d 2 d 2 d 2 3 2 1 0 ) 4
编码:把量化的结果用代码表示出来,
这些代码是A/D转换的结果。
量化误差:量化过程引入的误差。
当输入的模拟电压在正、负范围内变化时,
一般要求采用二进制补码的形式编码。
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第一节 数字-模拟转换器
二、取样-保持电路
RF
动画
vI
模拟开关
RI
T
CH
A
vO
控制信号
vL
vL为高电平时T导通,取样。
(2)转换精度 D/A转换器的转换精度是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。 (3)输出建立时间 从输入数字信号起,到输出电压或电流到达稳定值时所需要 的时间,称为输出建立时间。