模拟量和数字量的转换(转)

UR d0 4 2
开路电压 UR U A 4 d0 2
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2. 转换原理
对应二进制数为0001时， 等效电路如下 A
R
同理：对应二进制数 为0010时，有 A
R
UR d0 4 2
开路电压 UR U A 4 d0 2
开路电压 UR UR d1 U A 3 d 1 3 2 2
等效电阻为 R
等效电路如右图
R
A
UE
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2.转换原理
A
2R
RF
输出电压 RF Uο UE 3R
A +
+
+
R + –
UO
–
UE
RFU R (d 3 23 d 2 22 d1 21 d 0 20 ) 4 3R 2
若输入的是 n位二进制数，则
从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值所需时间
通常D/A转换器的建立时间不大于1S
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集成 ADC 芯片举例
d4
AD7520各管脚功能：
d5 d6 d7 d8 d9 d0 ~ d9：十位数字量的输入端； IO1、IO2：电流输出端； RF：反馈信号输入端； UDD：电源接线端； UR：参考电源，可正可负； GND：接地端。
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23.1.1 T型电阻网络D/A转换器
1. 电路
R 2R 2R R 2R R A 2R 2R 2R 0 模拟 开关
RF
+
A+
+
UO
–
S0 S1 S2 S 3 1 0 1 0 1 0 1
最低位 d0 (LSB) Q0
d1
d2
Q1 Q2 数码寄存器
d3 最高位 参考电压 Q3 (MSB) 存放四位 二进制数
顺序 砝 码 重 比 较 判 断 暂时结果
1 2 3 4
8 g 8g+4 g
8g < 13g ， 保留 12g < 13g ， 保留
d1
d2
Q1 Q2 数码寄存器
d3 最高位 参考电压 Q3 (MSB) 存放四位 二进制数
+UR
各位的数码控制相应位的模拟开关，数码为“1‖ 时，开关接电源UR；为0时接“地”。
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2. 转换原理 分析输入数字量和输出模拟电压Uo之间的关系
T型电 子网络 R 2R 2R RF R 2R R A 2R 2R 2R
A +
+
+
UO
–
S0 S1 S2 S3 1 0 1 0 1 0 1 0
d0
d1
d2
d3
+UR
反相比例 运算电路
T型网络开路时的输出电压UA即是反相比例运算电 路的输入电压。
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2.转换原理
用戴维宁定理和叠加定理计算UA R R R A
2R 2R S0 S1 1 0 1 2R S2 01 2R S3 0 1 2R 0
WR2 XFER D4 D5 D6
D7 Iout1 Iout2
写入控制端 低电平有效，与 XFER 配合使用
DAC 0832 管脚分布图
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CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0 UREF RF DGND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
最低位 d0 (LSB)
d1
d2
1
0
0
d3 最高位 (MSB)
+UR
0
对应二进制数为0001
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2. 转换原理 对应二进制数为0001时，等效电路如右下图 0 R 1 R 2 R 3A
2R 2R 2R 2R 2R R
A
UR
0 R R 1 R 2R 2 R A 2R 2R 3
d3
d2 d1 d0 +UR
9 10 11
8 7 6
12
14
AD7520
13
5 4
3
UDD UR
RF
15 16
2 1
GND IO2
IO1
– + +
UO
AD7520的外引线排列及连接电路
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23.1.3
DAC0832 D/A转换器
DAC0832是八位的D/A转换器,即在对其输入 八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获 得相应的模拟电压值。
R3 2R S3
0 I3
0 I2
R2 2R S2
1
R1 2R S1 I1
1
R0 2R S0
I0 I01
RF
+
A+
UO
d3
d2
d1
d0
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倒T型解码网络
+UR
IR
D R C R B R A 2R
R3 2R S3 R2 2R S2 R1 2R S1 I1 R0 2R S0 I0 I01 RF
将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换 器(简称A/D转换器或ADC)； 将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换 器(简称D/A转换器或DAC)
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23.1 D/A转换器
数–模转换（D/A转换器）的基本思想： 由于构成数字代码的每一位都有一定的 “权”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须 将每一位代码按其“权”转换成相应的模拟量，然 后再将代表各位的模拟量相加即可得到与该数字量 成正比的模拟量，这就是构成D/A转换器的基本思 想。
2) 芯片管脚
CS WR1
AGND D3 D2 D1 D0 UREF RF DGND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
UCC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7
Iout1
Iout2
DAC 0832 管脚分布图
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UCC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 Iout1
传送控制端 低电平有效，与
WR2 配合使用
电流输出端 单极性输出时。 Iout2接模拟地
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Iout2
DAC 0832 管脚分布图
23.2 A/D转换器
模–数(A/D)转换器的任务是将模拟量转换成数 字量,它是模拟信号和数字仪器的接口。根据其性 能不同，类型也比较多。 下面介绍逐次逼近式A/D转换电路的原理和一 种常用的集成电路组件。最后举例说明其应用。 输出数字量
片选信号， 低电平有效 CS WR1 AGND D3 D2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14 UCC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7
写入控制， 低电平有效
模拟地端
D1 D0
UREF RF DGND
数字量输入 参考电压 输入端
D0 ~ D7
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1) 内部简化电路框图
UCC D7
. . . . . .
八位 输入 寄存器
八位 DAC 寄存器
八位
D/A 转换器
UREF Iout1 Iout2 RF AGND DGND
D0 ILE CS WR1 WR2
≥ 1
&
≥1
XFER
DAC 0832 简化电路框图
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+UR
由数个相同的电路环节构成，每个电路环节 有两个电阻和一个模拟开关。
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23.1.1 T型电阻ຫໍສະໝຸດ Baidu络D/A转换器
1. 电路
R 2R 2R R 2R R A 2R 2R 2R 0 模拟 开关
RF
+
A+
+
UO
–
S0 S1 S2 S 3 1 0 1 0 1 0 1
d0 最低位 (LSB) Q0
13 12 11
Iout1
Iout2
DAC 0832 管脚分布图
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反馈电阻 外接端
CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0
UREF RF DGND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
20
19 18 17 16 15 14
UCC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 Iout1 Iout2
0 I3
0 I2
1
1
+
A+
UO
d3
d2
d1
d0
由于解码网络的电路结构 和参数匹配，则图中各点 (D、C、B、A) 电位逐位 减半。
即：UD UC UB UA
= UR = UR / 2 = UR /4 = UR /8
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+UR
IR
D R C R B R A 2R
R3 2R S3 R2 2R S2 R1 2R S1 I1 R0 2R S0 I0 I01 RF
输入电压 Ui
电压 比较器
顺序脉冲 发生器
逐次逼近 寄存器
DAC
UA
逐次逼近型模—数转换器原理框图
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23.2.1 逐次逼近式A/D转换器
其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。 若有四个砝码共重15克,每个重量分别为8、4、2、1 克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量：
0 I3
0 I2
1
1
+
A+
UO
d3
d2
d1
d0
1 因此，每个2R支路 即：I 0 I 1 2 中的电流也逐位减半。 1 I2 I3 2
IR UR / R
1 I1 I 2 2 1 I3 I R 2
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+UR
IR
D R C R B R A 2R
R3 2R S3 R2 2R S2 R1 2R S1 I1 R0 2R S0 I0 I01 RF
同理：对应二进制数 为0100时，有
同理：对应二进制数 为1000时，有
开路电压 UR UA 2 d2 2
开路电压 UR UA 1 d3 2
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2.转换原理 T型网络开路时的输出电压UA，即等效电源电压UE 。
UR UR UR UR U A U E 1 d 3 2 d 2 3 d1 4 d 0 2 2 2 2 UR 4 (d 3 23 d 2 22 d1 21 d 0 20 ) 2
13 12 11
数字地端
DAC 0832 管脚分布图
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CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0 UREF RF DGND
1 2
3 4 5 6 7 8 9 10
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
UCC ILE
芯片工作电压 输入端 输入锁存允许信 号，高电平有效
UR n 1 n 2 0 U o n ( d n 1 2 d n 2 2 d 0 2 ) 2
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倒T型电阻网络D A转换器
转换原理 分析输入数字量和输出模拟电压uo之间的关系 IR D R C R B R A 2R +UR
RFU R n 1 n 2 0 Uo ( d n 1 2 d n 2 2 d 0 2 ) n 3R 2
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2.转换原理
A
R + – 2R
RF
A +
+
+
UO
–
UE
若输入的是 n位二进制数，则
若取 RF = 3R，则
RFU R n 1 n 2 0 Uo ( d n 1 2 d n 2 2 d 0 2 ) n 3R 2
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23.1.2 D/A转换器的主要技术指标
1.分辨率 指最小输出电压和最大输出电压之比。
1 1 例:十位D/A转换器 0.001 10 的分辨率为 2 1 1023 有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。 2.线性度 通常用非线性误差的大小表示D/A转换器的线性 度。把偏离理想的输入－输出特性的偏差与满刻度 输出之比的百分数定义为非线性误差。 3.输出电压( 电流 )的建立时间
第23章 模拟量和数字量的转换
23.1 D/A转换器 23.2 A/D转换器
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第23章 模拟量和数字量的转换
本章要求 1. 了解D/A、A/D转换的基本概念和转换原理; 2. 了解D/A、A/D转换常用芯片的使用方法。
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模数与数模转换器是计算机与外部设备的 重要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部 件。 模 数 ADC 传感器 数字计算机 拟 字 信 信 DAC 模拟控制 数字控制 号 号
0 I3
0 I2
1
1
+
A+
UO
I 01 I 3 I 2 I1 I 0
d3
d2
d1
d0
UR UR UR UR d3 d2 d1 d0 2R 4R 8R 16 R UR (8d 3 4d 2 2d1 d 0 ) 16 R U R RF U O 4 (8d 3 4d 2 2d1 d 0 ) 2 R