模擬量和數字量的轉換23.1D/A轉換器23.2A/D轉換器

模數與數模轉換器是計算機與外部設備的重要接口，也是數字測量和數字控制系統的重要部件。

將模擬量轉換為數字量的裝置稱為模數轉換器(簡稱A/D轉換器或ADC)；傳感器模擬控制模擬信號數字計算機數字控制數字信號ADCDAC

將數字量轉換為模擬量的裝置稱為數模轉換器(簡稱D/A轉換器或DAC)。23.1

D/A轉換器數模轉換器(D/A轉換器)的基本思想：

由于構成數字代碼的每一位都有一定的“權”，因此為了將數字量轉換成模擬量，就必須將每一位代碼按其“權”轉換成相應的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加即可得到與該數字量成正比的模擬量，這就是構成D/A轉換器的基本思想。23.1.1倒T形電阻網絡D/A轉換器參考電壓1.電路模擬開關由數個相同的電路環節構成，每個電路環節有兩個電阻和一個模擬開關。23.1.1倒T形電阻網絡D/A轉換器參考電壓各位的數碼分別控制相應位的模擬開關，數碼為1時，開關接運放反相輸入端；為0時接“地”。1.電路模擬開關從基準電壓UR輸出的總電流固定不變2.轉換原理運算放大器輸出的模擬電壓流入運算放大器的總電流若輸入n

位二進制數若RF=R23.1.2D/A轉換器的主要技術指標指最小輸出電壓和最大輸出電壓之比。

1.分辨率

2.線性度通常用非線性誤差的大小表示D/A轉換器的線性度。把偏離理想的輸入?輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分數定義為非線性誤差。

3.輸出電壓(電流)的建立時間如:10位D/A轉換器的分辨率為從輸入數字信號起,到輸出電壓或電流到達穩定值所需時間。有時也用輸入數字量的有效位數來表示分辨率。通常D/A轉換器的建立時間不大于1s。

DAC0832是8位的D/A轉換器,即在對其輸入8位數字量后，通過外接的運算放大器，可以獲得相應的模擬電壓值。DAC0832(1)內部簡化電路框圖DAC0832

簡化電路框圖(2)芯片引腳DAC

0832

引腳排列圖片選信號端,低電平有效寫入控制端,低電平有效模擬地端D0~D7數字量輸入參考電壓輸入端DAC0832

引腳排列圖數字地端反饋電阻外接端DAC0832引腳排列圖輸入鎖存允許信號，高電平有效芯片工作電壓輸入端

寫入控制端低電平有效，與配合使用XFERDAC0832引腳排列圖電流輸出端單極性輸出時。Iout2接模擬地

傳送控制端低電平有效，與WR2配合使用DAC0832管腳排列圖(3)集成ADC芯片舉例ADC7520各引腳功能d0~d9：十位數字量的輸入端；IO1、IO2：電流輸出端；RF：反饋信號輸入端；UDD：電源接線端；GND：接地端。UR：參考電源，可正可負；ADC7520的外引腳排列及連接電路23.2A/D轉換器

模數(A/D)轉換器的任務是將模擬量轉換成數字量，它是模擬信號和數字儀器的接口。根據其性能不同，類型也比較多。

下面介紹逐次逼近式A/D轉換電路的原理和一種常用的集成電路組件。最后舉例說明其應用。逐次逼近型模數轉換器原理框圖23.2.1逐次逼近型A/D轉換器

其工作原理可用天平稱重過程作比喻來說明。若有四個砝碼共重15克,每個重量分別為8、4、2、1克。設待稱重量WX=13克，可以用下表步驟來秤量：4位逐次逼近型模數轉換器的原理電路1.轉換原理放哪一個砝碼砝碼是否保存2.轉換過程例：UR=8V，UI=5.52V。D/A轉換器輸出UO為正值轉換數字量10114+1+0.5V=5.5V轉換誤差為–0.02V。例：UR=8V，UI=5.52V。若輸出為8位數字量轉換數字量10110001

4+1+0.5+0.03125V=5.53125V轉換誤差為+0.01125V。位數越多誤差越小。逐次逼近轉換過程示意圖UO

>UIUO

<UI(轉換誤差

–0.02V)23.2.2

雙積分型A/D轉換器雙積分型A/D轉換器由積分電路、電壓比較器C、CP控制門G、n位二進制計數器、定時控制觸發器FFS、電子開關S1和S2以及它們的邏輯控制電路等組成。基本原理是將一段時間內的輸入模擬電壓

UI

和參考電壓UR通過兩次積分，變換成與輸入電壓平均值成正比的時間間隔,再變換成正比于輸入模擬信號的數字量。雙積分型A/D轉換器的電路圖1.電路圖2.轉換原理A/D轉換器的工作波形圖(1)轉換開始前轉換信號uL=0，各觸發器清零,并使S2閉合,讓積分電路的電容C完全放電。

使uL=1，由控制電路將S2斷開，并將S1接到輸入電壓端，積分電路開始對uI積分。積分輸出uA為負值，比較器輸出uC為1，開通CP控制門G，計數器開始計數。(2)對輸入模擬電壓積分A/D轉換器的工作波形圖2.轉換原理當計到2n個脈沖時,計數器輸出全0,同時輸出一進位信號,使FFS置1。對uI的積分結束，積分時間T1=2nTCP,TCP為CP的周期，即一個脈沖的時間。T1是一定的(定時)，不因uI而變。(2)對輸入模擬電壓的積分

A/D轉換器的工作波形圖如圖所示。23.2.3A/D轉換器的主要技術指標1.分辨率

以輸出二進制數的位數表示分辨率。位數越多，誤差越小，轉換精度越高。2.轉換速度

完成一次A/D轉換所需要的