第八章数模和模数转换器.剖析.ppt

第8章、模/数和数/模转换 8.1 概述 8.2 数/模（D/A）转换器 8.3 模/数（A/D）转换器 8.4 采样保持电路 8.5 多路转换模拟开关 8.1 概述 模拟量：连续变化的物理量。如温度、速度、流量、压力等。 模拟量I/O接口的作用： 实际工业生产环境——连续变化的模拟量 例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量 计算机内部——离散的数字量 二进制数、十进制数 工业生产过程的闭环控制 模拟量转化为数字量的步骤： ①利用光电元件、压敏元件、热敏元件等传感器可把模拟量变成模拟电流和模拟电压。 ②对模拟电流和模拟电压进行采样，得到对应的离散脉冲序列。 ③用模/数转换器将离散脉冲变为离散的数字信号。 数字量转换为模拟量为上述的反过程: 8.2 数/模（D/A）转换器 一、运算放大器的工作特点和原理 1、特点：①开环放大倍数高，则所需输入电压小。 ②输入阻抗非常大，则输入电流小。 ③输出阻抗很小，驱动能力非常大。 2、电路符号 3、运放的放大倍数足够大时，输出电压VO与输入电压Vin的关系为： 4、若输入端有n个支路, 则输出电压VO与输入电压Vi的关系为： 二、由T型电阻网络和运算放大器构成的D/A转换器 1、一个简单的D/A转换器 3、为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的D/A转换器采用R-2R梯形电阻网络(见下图)，它只用两种阻值的电阻(R和2R)。 D/A转换器的原理图（1）－T型电阻网络 D/A转换器的原理图（2） D/A转换器的原理图（3） Va＝VREF Vb＝VREF/2 Vc＝VREF/4 Vd＝VREF/8 D/A转换器的原理图（4） Iout1＝I0＋I1＋I2＋I3 ＝VREF/2R×（1/8＋1/4＋1/2＋1） Rfb＝R Vout＝－Iout1×Rfb ＝－VREF×[（20＋21＋22＋23）/24] 输出正向锯齿波 8.2 .2 数/模转换器件和有关电路 一、不带数据输入寄存器的D/A芯片的使用 要求在D/A转换器的前面增加一个数据锁存器，再与总线相连。 DAC0832的数字接口 组成：T型电阻网络＋电子开关 注意：不包含运放 8位数字输入端 DI0～DI7（DI0为最低位） 输入寄存器（第1级锁存）的控制端 ILE、CS*、WR1* DAC寄存器（第2级锁存）的控制端 XFER*、WR2* 直通锁存器的工作方式 两级缓冲寄存器都是直通锁存器 LE＝1，直通（输出等于输入） LE＝0，锁存（输出保持不变） DAC0832的工作方式：直通方式 LE1＝LE2＝1 输入的数字数据直接进入D/A转换器 DAC0832的工作方式：单缓冲方式 LE1＝1，或者LE2＝1 两个寄存器之一始终处于直通状态 另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态） DAC0832的工作方式：双缓冲方式 两个寄存器都处于受控（缓冲）状态 能够在对一个数据进行D/A转换的同时，输入另一个数据 DAC0832的模拟输出 Iout1、Iout2——电流输出端 Rfb——反馈电阻引出端（电阻在芯片内） VREF——参考电压输入端 ＋10V～－10V AGND——模拟信号地 VCC——电源电压输入端 ＋5V～＋15V DGND——数字信号地 单极性电压输出 Vout＝－Iout1×Rfb ＝－（D/28）×VREF 单极性电压输出：例子 设 VREF＝－5V D＝FFH＝255时，最大输出电压： Vmax＝（255/256）×5V＝4.98V D＝00H时，最小输出电压： Vmin＝（0/256）×5V＝0V D＝01H时，一个最低有效位（LSB）电压： VLSB＝（1/256）×5V＝0.02V 双极性电压输出：电路 双极性电压输出：公式 取 R2＝R3＝2R1 得 Vout2＝－（2Vout1＋VREF） 因 Vout1＝－（D/28）×VREF 故 Vout2＝[（D－27）/27）]×VREF 双极性电压输出：例子 设 VREF＝5V D＝FFH＝255时，最大输出电压： Vmax＝[（255－128）/128]×5V＝4.96V D＝00H时，最小输出电压： Vmin＝[（0－128）/128]×5V＝－5V D＝81H＝129时，一个最低有效位电压： VLSB＝[（129－128/128]×5V＝0.04V 8.3 模/数（A/D）转换器 8. 3. 1 A/D转换所涉及的参数 A/D转换是指通过一定的电路将模拟量转变为数字量。 1、转换精度 由于模拟量是连续的，而数字量是离散的，所以一般是某个范围的模拟量对应于某一个数字量。转换精度反映了A/D转换器的实际输出接近理想输出的精确程度，常用