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9 .1 A/D 转换器及应用 9. 2 D/A 转换器及应用 9.3 常用的 ADC、DAC 本章小结

项目九 A/D、D/A 转换器及应用. 9 .1 A/D 转换器及应用 9. 2 D/A 转换器及应用 9.3 常用的 ADC、DAC 本章小结. 显示器. 0. 1. 0. 1. 0. 1. 1. u. t/R. 设计项目. 数字温度计. 模数 转换 电路. 主要内容. 数模转换器和模数转换器作用、类型、工作原理,以及特点； 数模转换器和模数转换器的正确使用及应用。. 主要 技能. 数 数模转换器和模数转换器的正确使用及应用； 数模转换器和模数转换器电路的实现。. 基本概念. 数模转换; 模数转换;

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9 .1 A/D 转换器及应用 9. 2 D/A 转换器及应用 9.3 常用的 ADC、DAC 本章小结

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  1. 项目九 A/D、D/A转换器及应用 • 9.1A/D转换器及应用 • 9. 2 D/A转换器及应用 • 9.3常用的ADC、DAC • 本章小结

  2. 显示器 0 1 0 1 0 1 1 u t/R 设计项目 数字温度计 模数 转换 电路

  3. 主要内容 • 数模转换器和模数转换器作用、类型、工作原理,以及特点； • 数模转换器和模数转换器的正确使用及应用。 主要技能 • 数数模转换器和模数转换器的正确使用及应用； • 数模转换器和模数转换器电路的实现。

  4. 基本概念 • 数模转换; • 模数转换; • 转换精度; • 分辨率; • 量化阶梯.

  5. 典型的数字控制系统组成 采集模 拟信号 模拟量转换数字量 对数字信号处理 数字量转换量模拟 模拟量输出控制 传感器的作用：将非电量的模拟信号转换为电流或电压 信号。 常见的模拟量：话音、温度、压力、流量等

  6. 保持 量化 编码 9.1 A/D转换器及应用 A/D转换器（ADC）:将模拟量转换为数字量。 9. 1 . 1 ADC的基本原理 通常要经过四个步骤： 采样 一、采样与保持 采样:就是将一个时间上连续变化的模拟量转化为时间上离散变化 的模拟量。

  7. 保持:采样结果存储起来，直到下次采样。一般，采样 器 和保持电路一起总称为采样保持电路。 二、量化与编码 量化:将采样电平归化为与之接近的离散数字电平。 量化阶梯:零到最大值的模拟输入范围被划分的n个值。 编码:将量化阶梯的数值用二进制数表示出来。

  8. Umax=8V 111 13/14UREF=7.43 110 11/14UREF=6.29 101 9/14UREF=5.14 100 量化阶梯 7/14UREF=4 011 5/14UREF=2.86 010 3/14UREF=1.71 000 001 1/14UREF=0.57 0V 例：如采样电平Umax=8V，分析各电平对应的模数转换过程？ 解: （1）确定数字量的位数。数字量的位数越多，其转移精度越高； （2）将0到最大模拟输入量划分为2N个量化阶梯进; （3）编码：将每个阶梯赋于二进码。

  9. 9.1.2 ADC的主要技术参数 一、分辨率 分辨率是指A/D转换器输出数字量的最低位变化一个数码时，对应输入模拟量的变化量。 通常以ADC输出数字量的位数表示分辨率的高低，因为位数越多，量化单位就越小，对输入信号的分辨能力也就越高。 例：输入模拟电压满量程为10V，若用8位ADC转换时，其分辨率为10V/28＝39mV，10位的ADC是9.76mV，而12位的ADC为2.44mV。

  10. 二、转换误差 转换误差是表示A/D转换器实际输出的数字量与理论上的输出数字量之间的最大差别。 例：ADC的相对精度为±(1/2)LSB，这说明理论上应输出的数字量与实际输出的数字量之间的误差不大于最低位为１的一半。 三、转换速度 完成一次A/D转换所需要的时间叫做转换时间，转换时间越短，则转换速度越快。逐次比较型ADC约10～50μs之间；并行比较型ADC的转换时间可达10ns。

  11. 分压器 比较器 译码器 9.1. 3 A/D转换器的类型及原理分析 模数转换电路类型：直接比较型、间接比较型 一、直接比较型： 直接比较型是将模拟信号直接与标准的参考电压比较，从而得到数字量。有并行ADC和逐次比较型ADC。 1．直接ADC——并行ADC

  12. 三位并行ADC转换真值表 对于n位输出二进制码，并行ADC就需要2n-1个比较器。并行ADC适用于速度要求很高，而输出位数较少的场合。

  13. 10V 0 9.2V 0 7.7V 0 0 6.3V 0 1 4.9V 1 1 3.5V 1 2.1V 1 0.7V 0V 例：URFE=10V；模拟输入电压：4V，试计算数字输出量。 输出数字量： 011 4V

  14. 1 0 0 1 ADC转换时序波形 四位逐次比较型ADC原理框图 ２．逐次比较型ADC UREF=16V ui=9.5V 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 12V 9V 8V 10V

  15. UI UO 四位D/A转换器 d3 & d3 d1 d2 d0 Q Q Q Q 电压比较器 d2 & FF3 FF2 FF1 FF0 逐次逼近 寄存器 S R S R S R S R d1 & d0 ≥1 ≥1 ≥1 & 控制逻辑门 & & & & E CP Q0 Q4 Q3 Q2 Q1 时钟脉冲 五位顺序脉冲发生器 逐次逼近型ADC电路结构:

  16. 例: 8位A/D转换器，输入模拟量uI=6.84V，D/A转换器基准电压 UREF=10V。求：输出数字量？ uI>uO为1 否则为0 相对误差仅为0.06 % 。转换精度取决于位数。

  17. 1 0 0 0 9.1.4 集成A/D转换器及应用 一、ADC 0809 ADC 0809是8位8通道的逐次比较型号的AD转换器。 1．结构 EOC=1 数字量输出 八个模拟量输入通道 三位通道地址线

  18. I0 I1 ADC0809 I2 2-1 I3 I4 2-2 I5 2-3 I6 2-4 I7 2-5 ADDA ADDB 2-6 ADDC 2-7 START 2-8 ALE +UREF EOC -UREF OE CLK 2．引脚及功能说明 8路输入通道 8位数字信号输出输 8路输入通道地址线 转换结束信号， EOC=1转换结束 • 启动输入端 输出允许端， EO=1允许输出 通道地址锁存输入端 CLK：时钟信号

  19. （1）START(6脚)是启动输入端,输入启动脉冲的下降沿使ADC开始转换.脉冲宽度要求大于100ns。（1）START(6脚)是启动输入端,输入启动脉冲的下降沿使ADC开始转换.脉冲宽度要求大于100ns。 （2）ALE（22脚）是通道地址锁存输入端。当ALE上升沿来到时，地址锁存器可对ADDA、ADDB、ADDC锁定，ALE脉冲宽度应大于，下一个上长河升沿允许通道地址更新。实际使用时，要求ADC开始转换之前地址新应锁存，所以通常将ALE和START连在一起，使用同一个脉冲信号，上升沿锁存地址，下降沿启动转换。 （3）OE（9脚）为输出允许端，它控制ADC内部三态输出缓冲器，为0时，输出端为高阻态，为1时，输出端为数据输出。 （4）EOC（7脚）是转换结束信号，为0时，表示转换正在进行，为1时，转换已经结束。显然只有当EOC为1以后，才可以让OE为高电平，这时读出的数据才是正确的转换结果。

  20. MC14433是 的CMOS双积分型AD转换器。 所谓 是指输出数字量的4位十进制数，最高位仅有0和1两种状态。它将线性放大器和数字逻辑电路同时集成在一个块。采用动扫描方式。其输出是按位扫描的BCD码。它是数字面板表的通用器件。 二、MC14433（十进制）A/D转换器 （1）基准电压须外接。常用MC1403通过分压器提供2V~200mV基准电压； （2）被测模拟电压输入量程为1.999V或199.9mV; （3）外接振荡电阻RC典型值为470K； 1．工作特点：

  21. （4）采用字位动态扫描BCD码输出方式，即千、百、十、个（4）采用字位动态扫描BCD码输出方式，即千、百、十、个 各位BCD码轮流在Q0~Q3端输出，同时在DS1~DS4端出同步 字位选通信号，可实现LED动态显示； （5） A/D转换速率4~10次/S。

  22. 输出位选通信号 外接积分阻容元件端 外接失调补偿电容0.1uF 时钟振荡外接电阻端 2．引脚及功能说明 模拟地 转换的BCD码 被测电压 输入端 溢出信号输出端 转换结束信号 时实显示控制端 电源公共地 负电源 输入端

  23. （1）R1、C1、RC、C0为外接元件； （2）VAG：测电压V1和基准电压VREF的地电位； （3）VREF：外接基准电压输入端；当基准电压分别为2V或200mV时,电压量程分别为1.999V和199.9mV （4）V1：被测电压输入端； （5）R1、R1/C1、C1：外接积分阻容元件端、外接元件； 量程为2V时， C1=0.01uF、R1=470K； 量程为200mV时， C1=0.1 uF、 R1=27K （6）C01、C02：外接失调补偿电容端，典型值C0=0.1 uF； （7）DU：实时显示控制端，输入阻抗一正脉冲，输出端就输出A/D转换结果。若和本电路中的EDC端连接，则每次A/D转换结果均输出； （8）CP1、CP0：时钟振荡器外接电阻端，外接电阻值为300K时， 振荡频率为66KHZ，其中CP0为时钟信号的输出端，CP1为时钟信号输入端，使用外部时钟信号时由此输入；

  24. （9）VEE：电路的电源最负端，VAG-VEE>2.8V； （10）VSS：除CP0外所有的输出端的低电平基准， VDD-VEE>2.8V； （11）EOC：转换周期结果标志输出，每一A/D转换周期结束，其 输出一个正脉冲，宽度为时钟周期的1/2。 （12）OR：溢出信号输出，溢出时为0 ； （13）DS1、DS2、DS3、DS4：输出位选通信号。 DS1为千位， DS4为个位。选通信号的宽度为18个时钟周期，两个选通脉冲之间间隔2 人时钟周期；

  25. 1/2TCP 约16400TCP EOC 80TCP DS1千位 18TCP DS2百位 2TCP DS3十位 DS4个位 3．工作原理 当EOC为正脉冲后，位选通信号DS1~DS4按图中方式输出 正脉冲信号。当某位的DS为高电平时，相应位的BCD码输出， 因此，4位的BCD码按时间顺序从Q0~Q3分时输出。 从图中可见： 每位的显示频率f1=f1/80;f1是时钟频率。

  26. 位电压表 被测电压 1 1 1 1 9.1.5 集成ADC的应用 A/D转换 译码驱动 LED显示 基准电压源电路 位线驱动

  27. 工作原理分析： • MC1403：基准电压源电路；为MC14433提供高精度、高稳 定性的参考电源； • MC14433：A/D转换； • CD4511：译码驱动共阴型的LED数码管； • MC1413：反相驱动电路，接收MC14433的选通脉冲DS1~DS4， 使Q4~Q1轮流为低电平，控制4个数码管工作， 实现 扫描显示； • 电压的极性符号“-”由MC14433的Q2端控制。当输入阻抗负电压时，Q2=0，“-”通过RM点亮；当输入阻抗为正时，“-” 熄灭。小数点由R点亮。

  28. uo 应是与D按权展开式成比例的模拟量（X）。 D0 D1…. Dn io uo 9.2 D/A转换器及应用 1．D/A转换器（DAC）：将数字量转换为模拟量的电路。 2． D/A转换器的基本原理

  29. 9.2.1 D/A转换器的分类、结构与工作原理 一、D/A转换器的分类 权电阻网络DAC：精度难保证、集成度差； 倒T形电阻网络DAC：集成度高、速度快； 电流激励DAC：电子开关对精度的影响小。

  30. 双向模拟开关 D＝1时接运放 D＝0时接地 i R－2R倒T形电阻解码网络 二、常用DAC的结构、原理分析 1．倒T形电阻网络DAC 求和运算放大器,实现电流与电压的转换。 基准参考电压

  31. 工作原理分析： （1）若D0D1D2D3=1111，则模拟开关全接运放，如下所示： （2）各电流之间、电流与数字量之间的相互关系：

  32. （3）输出模拟电压与数字量之间的关系： （4）公式推广至N位数字量： 例：当 n=3、UREF=10V时，求各数字量对应的模板输出电压值。

  33. 9.2.2 集成DAC及应用 ——0830系列 一、集成DAC DAC0830、31、32是八位D/A转换器，转换时间1微秒。 1.结构

  34. 2. 引脚及功能说明 模拟电流输出端 转换基准电压 数字信号输出端 输入寄存器锁存信 输入寄存器选通信号 输入寄存器写信号 传送控制信号 DAC寄存器写信号

  35. 输入寄存器直通 3. DAC工作方式： （1）双缓冲方式 DAC0832包含两个数字寄存器——输入寄存器和DAC寄存器，因此称为双缓冲。在一个系统中，任何一个DAC都可以同时保留两组数据，其次，双缓冲允许在系统中使用任何数目的DAC。

  36. 输入寄存器锁存数字量 （2）直通方式 数据锁存，模拟输出不变的条件： 模拟输出更新的条件： （3）单缓冲方式

  37. 8位计数器 二、集成DAC的应用 8位D/A转换

  38. 00000000 00000001 00000010 00000011 数字量的状态 11111111 11111110 11111101 11111111 uo 11111110 2550/256 2540/256 11111101 2530/256 00000011 30//256 00000010 20/256 00000001 10/256 t 256个CP脉冲时间 工作原理分析： 0

  39. 9.3 常用的ADC、DAC例表 常用的ADC

  40. 常用的DAC

  41. 本章小结 • A/D和D/A转换器是现代数字系统中重要组成部分。 • A/D和D/A转换器按工作原理主要分为并行A/D 、逐次逼近A/D及双积分A/D等。在要求速度高的情况下以采用并行A/D；在要求精度高的情况下，可以采用双积分A/D；逐次逼近A/D在一定程度上兼顾了以上两种转换器的优点。 • D/A转换器根据工作原理分为权电阻网络D/A转换和T型电阻网络D/A转换，倒T型电阻转换电路只要求两种电阻，因此在集成集成集成转换器中得广泛应用。

  42. 作 业 9.1、9.2、9.4、9.5、9.6、9.7、9.9

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