【正文】 ???A1 2R1 D0 8位倒 T形電阻 網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器 D1 VREF 1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 i∑ + R=Rf VI + R1 VO NB R1 A2 9 001 010 011 100 101 110 111 VO/VREF 0 7/8 3/8 5/8 1/2 3/8 1/4 1/8 △ vo 理想 實(shí)際 (3) 非線性誤差 :是一種沒有一定變化規(guī)律的誤差，一般用在滿刻度范圍內(nèi)，偏移理想的轉(zhuǎn)移特性的最大值來表示。在時(shí)鐘脈沖作用下，輸出狀態(tài)為 0000～ 1001。即將輸出電壓表示為最小數(shù)量單位的整數(shù)倍，這一轉(zhuǎn)化過程稱為數(shù)值量化，簡稱量化。1 三、主要特點(diǎn) ? 轉(zhuǎn)換精度主要取決于量化電平的劃分，精度越高，所用的器件越多，電路越復(fù)雜 。 設(shè)待秤重量 Wx = 13克。 C + A + TC CP G vC vO +vI VREF A B C S2 S1 vS1 R CR Dn1 D1 D0 (MSB) (LSB) n級(jí)計(jì)數(shù)器 數(shù)字量輸出 vG 在某固定時(shí)間內(nèi)對(duì) vI求積分，將其平均值 變換為與之正比的時(shí)間間隔，通過計(jì)數(shù)得到數(shù)字量輸出。 n2Ic R E F2T VTV? ??IV??雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器要求 VI＜ VREF,如果 VREF=2nV, 則 雙積分型 ADC的特點(diǎn)： ? 性能穩(wěn)定，轉(zhuǎn)換精度高 ? 電路簡單，抗干擾能力強(qiáng) ? 工作速度低 ? 適用于要求精度高，速度要求不高的場(chǎng)合 常用的雙積分型 A/D轉(zhuǎn)換器有ADCEK8B, ADCEK10B, MC14433等。對(duì)于這樣慢速的的轉(zhuǎn)換時(shí)間，任何一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器都可達(dá)到。 當(dāng) OE=1時(shí)，三態(tài)輸出緩沖器的輸出數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線。 （ 1）試求輸出電壓的取值范圍。 ALE： 地址碼鎖存輸入端，當(dāng)輸入地址碼穩(wěn)定后，ALE的上升沿將地址信號(hào)鎖存于地址鎖存器內(nèi)。1℃ ，這相當(dāng)于 的分辨率。積分時(shí)間固定為 T1 ② S1合向基準(zhǔn)電壓，積分器對(duì)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行反向積分，積分時(shí)間與上次的積分輸出成正比。 CP + 5 V + 5 V Q5 QE QD QC QB QA S A B C D E F CP 移位寄存器 + 5 V ?C FF0 FF1 FF2 FF3 FF4 G2 1D C1 1D 1 D2 1 1 1 0 1 1 1 D1 D2 D3 0 REFV8/3?D3 REFV8/5? REFV8/1?2. 4位 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器電路 ＜ ＜ ＜ ＜ ＜ ＞ ?I ?O? D /A 轉(zhuǎn)換器 D1 VR E F + – D3 D2 D1 D0 (MS B ( L S B ) Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 R S C1 R S C1 1D R S C1 1D R S C1 1D R S C1 R 啟動(dòng)脈沖 1 amp。 如下圖電路。其最大量化誤差為： 最大量化誤差為 2L SBm a x ??（ 2）兩種量化方式圖象說明 V870 1V V86V85V84V83V82V81111 110 101 100 011 010 001 000 0Δ=0 v 7Δ=7/8 v 6Δ=6/8 v 5Δ=5/8 v 4Δ=4/8 v 3Δ=3/8 v 2Δ=2/8 v 1Δ=1/8 v 輸入信號(hào) 編碼 模擬電平 0 1V V1513V1511V159V157V155V153V151110 101 100 011 010 001 000 輸入信號(hào) 編碼 模擬電平 0Δ=0 v 1Δ=2/15 v 2Δ=4/15 v 3Δ=6/15 v 4Δ=8/15 v 5Δ=10/15 v 6Δ=12/15 v 7Δ=14/15 v 111 ■ A/D(模數(shù) )轉(zhuǎn)換器的種類 按工作原理可分為兩類 ： 直接 A/D轉(zhuǎn)換器和 間接 A/D轉(zhuǎn)換器 直接 A/D轉(zhuǎn)換器 :可將模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號(hào)，特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度較快，典型電路有并行 比較型 A/D轉(zhuǎn)換器和逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器。 AV2=1 因此 VO=VI,在 t0~t1時(shí)間 間隔內(nèi) 是取樣階段。6 D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用 前已介紹， AD7533D/A轉(zhuǎn)換器 是 10位 CMOS電流開關(guān)形 D/A轉(zhuǎn)換器。圖誤差如三位轉(zhuǎn)換器的比例系數(shù)數(shù)誤差。所以，若將單極性 8位 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓減去 VREF/2(80H所對(duì)應(yīng)的模擬量），就可得到極性正確的 偏移二進(jìn)制碼 輸出電壓 。采用單極性輸出方式時(shí)，輸入數(shù)字量采用自然二進(jìn)制碼。使用時(shí)外加運(yùn)放，反饋電阻可外加或用片內(nèi)電阻。 1. n位 D/A轉(zhuǎn)換器的 示意圖如下： D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理 D0 D1 ? ? ? vO D/A 轉(zhuǎn)換器 Dn2 Dn1 NB (iO) 2. 對(duì) D/A的基本要求 :輸出模擬量與輸入數(shù)字量值成正比。 D/A轉(zhuǎn)換、 A/D轉(zhuǎn)換的應(yīng)用 模 擬 傳感器 A/D 轉(zhuǎn)換器 數(shù)字控制 計(jì)算機(jī) D/A 轉(zhuǎn)換器 模擬 控制器 工業(yè)生產(chǎn)過程控制對(duì)象 ADC和 DAC已成為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中不可缺少的接口電路 。 常用的 CMOS開關(guān)倒 T形電阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器的集成電路有 AD7520（ 10位）、 AD7533（ 10位）及 AK7546（ 16位高精度）等。這樣，電路降低了對(duì) BJT參數(shù)及 R、 2R取值的要求，對(duì)于集成化十分有利。雙極性 D/A轉(zhuǎn)換器常用的編碼有： 2的補(bǔ)碼、偏移二進(jìn)制碼及符號(hào) 數(shù)值碼（符號(hào)位加數(shù)值碼）等。所以，實(shí)際應(yīng)用中， n位 D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸入數(shù)字量的位數(shù)來表示，也可以用級(jí)數(shù) 2n表示，還可以用分辨最小輸出電壓與最大輸出電壓之比表示，即 n位 D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率可表示為 121?n它表示 D/A轉(zhuǎn)換器在理論上可以達(dá)到的精度 。 建立時(shí)間（ tset)： 輸入的數(shù)字量發(fā)生變化時(shí) ,輸出電壓變化到相應(yīng)穩(wěn)定值 (達(dá)到誤差 177。 A/D轉(zhuǎn)換器概述 ADC Dn~D0 輸出數(shù)字量 I?輸入模擬電壓 能將模擬電壓成正比地轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的數(shù)字量 。 量化誤差 ： 量化過程中由于取樣電壓不一定能被 △整除而存在的量化前后的誤差。如不考慮各器件的延遲，可認(rèn)為三位數(shù)字量是與 ?I輸入時(shí)刻同時(shí)獲得的。 比較結(jié)果（ 1或 0）送至數(shù)據(jù)寄存器的 D4~D1。此階段稱為采樣階段 雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器 T1=2nTC S (2) 第一次積分 ???? t dt0 IO 1 ??? 11 TV I ??? ?工作原理 ＜ ＜ ＜ ＜ FF n 1 FF n 1 1 Q 1 Q n 1 Q n FF 1 1 FF 0 1 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R 1J C1 1K R CP C r D n 1 D 1 D 0 amp。 轉(zhuǎn)換時(shí)間 是指 A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換信號(hào)到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)所經(jīng)過的時(shí)間。有三態(tài)特性。 (4)正確接地。輸入與輸出的定量關(guān)系 。 ADC0809是 AD公司采用 CMOS工藝生產(chǎn)的一種 8位逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器。 【例】 某信號(hào)采集系統(tǒng)要求用一片 A/D轉(zhuǎn)換集成芯片 在 1秒內(nèi)對(duì) 16個(gè)熱電偶的輸出電壓分時(shí)進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。 C A B G ?G 定時(shí)信號(hào) (M S B ) ( L S B ) Tc (2) 第二次積分 1 1 0 0 1 1 0??VREF加到積分器的輸入端，積分器開始向相反方向進(jìn)行第二次積分 ； 當(dāng) t=t2時(shí)，積分器輸出電壓 ?O≥0， 比較器輸出 ?C=0， 時(shí)鐘脈沖控制門 G被關(guān)閉，計(jì)數(shù)停止。2 ?缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，如三位 ADC需比較器的個(gè)數(shù)目為 7個(gè)， n位轉(zhuǎn)換器需 2n1個(gè) 比較器。 量化誤差屬原理誤差，它是無法消除的。合理的采樣頻率 fs由采樣定理確定 。一般用全 0變到全 1需時(shí)表示 轉(zhuǎn)換速率（ SR)： 大信號(hào)工作狀態(tài)下模擬電壓的最大變化率。1 表 常用雙極性及輸出模擬量 十進(jìn) 制數(shù) 2的補(bǔ)碼 偏移二進(jìn)制碼 模擬量 D7 D6 D5 D4 D3 D2D1D0 D7 D6 D5 D4 D3 D2D1 D0 VO/ VLSB 127 126 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 ： 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 ： 127 126 ： 1 0 1 127 128 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 ： 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 ： 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 ： 127 128 256R E FL S B VV ?表中比較表 9 9 ② 倒 T型電阻網(wǎng)絡(luò)中 R和 2R電阻的精度要高。轉(zhuǎn)換精度和速度是衡量它們的重要技術(shù)指標(biāo)。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須將每 1位的代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字 —模擬轉(zhuǎn)換 。 ④ 運(yùn)放的零點(diǎn)漂移要小。如要實(shí)現(xiàn)電壓輸出，還須轉(zhuǎn)換。1 （ 1）比例系數(shù)誤差： 實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線的斜率與理想特性曲線斜率的偏差。 9 t t t 6 t 5 t 4 t 3 t 2 t 1 t 0 0 電路要求： AV1?AV2= 1 ,A1 的 Ri 高， A2 的 Ri 高、 Ro低。 以 3位 A/D轉(zhuǎn)換器為例，設(shè)輸入信號(hào) VI的變化范圍為 0~1V。即最大量化誤差為 。 ?單片集成并行比較型 A/D轉(zhuǎn)換器的產(chǎn)品很多，如 AD公司的AD9012 (TTL工藝 8位 )、 AD9002 (ECL工藝， 8位 )、 AD9020 (TTL工藝， 10位 )等。 ?I 啟動(dòng)脈沖 CP 時(shí)鐘 電壓 比較器 控制邏輯電路 移位寄位器 數(shù)據(jù)寄存器 模擬 量輸入 數(shù)字 量輸出 D /A 轉(zhuǎn)換器 ?O? VR E F D0 D1 Dn 2 Dn 1 1. 轉(zhuǎn)換原理 0 1 0 … 0 1 1 0 … 0 REFV4/3??I ≥3/4VREF 1 0 1 0 ?I 3/4VREF （ 2）第 2個(gè) CP到來 設(shè) VREF＝－ 10V, VI= 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 7 4位轉(zhuǎn)換器