数模转换与模数转换

第六章 数模转换与模数转换 授课题目： 6.1 D/A转换器 教学目标： 1、掌握数模、模数转换的概念。 2、理解数模转换的原理。 3、熟悉D/A转换器集成芯片的性能，学习其使用方法。 教学 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 （包括重点、难点）： 教学重点：1、数模转换的基本原理。 2、D/A转换器集成芯片的使用。 教学难点：1、转换电路的分析计算。 2、知识的综合复习应用。 教学过程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 · 复习并导入新课 问题：回忆二进制转换为十进制的加权和公式和电阻的串联、并联。 ●就新课内容提出问题 1、什么是模拟量？ 2、什么是电模拟量？ · 讲授新课 计算机对生产进行实时控制的过程如下： 模拟量：温度、压力、湿度、流量、速度等 电模拟量：电压、电流 6.1 D/A转换器 D/A转换—从数字信号到模拟信号的转换。 D/A转换器（简称DAC）—完成D/A转换的电路。 一、D/A转换电路原理图 数据锁存器：暂时存放输入的数字量； 模拟电子开关：这些数字量控制模拟电子开关，将参考电压源UREF按位切换到电阻译码网络中变成加权电流。 集成运放：加权电流经运放求和，输出相应的模拟电压，完成D/A转换过程。 二、倒 T形电阻网络DAC 1、电路图 2、工作原理—电流分流形成加权值。 3、转换公式 4、特点 电阻值一致。倒T形电阻网络支路电流恒定，电路转换速度高。 举例1：若UR=10V，求对应D3D2D1D0分别为1010、0110和1100时输出电压值。 三、主要性能指标 1、分辨率 分辨率：说明DAC输出最小电压的能力。它是指最小输出电压（对应的输入数字量仅最低位为1）与最大输出电压（对应的输入数字量各有效位全为1）之比： 分辨率= n：表示输入数字量的位数。n越大，分辨最小输出电压的能力也越强。  举例2：n=8, DAC的分辨率为 分辨率= =0.0039 2、转换精度 转换精度：实际输出模拟电压值与理论输出模拟电压值之差。显然，这个差值越小，电路的转换精度越高。  3、建立时间（转换速度） 建立时间是指, DAC从输入数字信号开始到输出模拟电压或电流达到稳定值时所用的时间。  四、集成芯片DAC0832 DAC0832是常用的集成DAC，它是用CMOS工艺制成的双列直插式单片八位DAC。 1、熟悉DAC0832各管脚功能 2、搭接测试电路 3、记录实验结果 · 讨论：D/A转换的最终目的是什么？ 授课题目： 6.2 A/D转换器 教学目标： 1、掌握ADC工作的一般步骤。 2、理解逐次逼近C的原理。 3、熟悉ADC的主要参数。 4、熟悉A/D转换器集成芯片ADC0809的性能，学习其使用方法。 教学内容（包括重点、难点）： 教学重点：1、ADC工作的一般步骤； 2、ADC0809的性能及使用方法。 教学难点：1、逐次逼近的原理。 2、实际综合应用。 教学过程设计 · 复习并导入新课 问题：1、D/A转换公式？ 2、位数与分辨率的关系？ · 讲授新课 6.2 A/D转换器 一、工作原理 1、 采样与保持 模拟电子开关S在采样脉冲CPS的控制下重复接通、断开的过程。S接通时，ui(t)对C充电，为采样过程；S断开时，C上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出 t0时刻S闭合，CH被迅速充电，电路处于采样阶段。由于两个放大器的增益都为1，因此这一阶段uo跟随ui变化，即uo＝ui。t1时刻采样阶段结束，S断开，电路处于保持阶段。若A2的输入阻抗为无穷大，S为理想开关，则CH没有放电回路，两端保持充电时的最终电压值不变，从而保证电路输出端的电压uo维持不变。 2、量化与编码 采样保持得到的信号在时间上是离散的，幅值可以有无穷多个，仍属模拟量范畴。任何一个数字量的大小只能是某个最小数量单位的整数倍，因此是不连续的。 量化的方法一般有两种：只舍不入法和有舍有入法（或称四舍五入法）。 编码：用二进制数码来表示各个量化电平的过程称为。 二、逐次逼近型ADC 转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为100…0。这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与ui进行比较。若ui＞uo，说明数字过大了，故将最高位的1清除；若ui＜uo，说明数字还不够大，应将这一位保留。然后，再按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。 举例1： 一个四位逐次逼近型ADC电路，输入满量程电压为 5 V, 现加入的模拟电压Ui=4.58 V。求：（1）ADC输出的数字是多少？ （2）误差是多少？ 解：（1）第一步：使寄存器的状态为1000，送入DAC, 由DAC转换为输出模拟电压 因为Uo＜Ui, 所以寄存器最高位的1保留。 第二步：寄存器的状态为1100，由DAC转换输出的电压 Uo= 因为Uo＜Ui, 所以寄存器次高位的1也保留。  第三步：寄存器的状态为1110，由DAC转换输出的电压 Uo= 因为Uo＜Ui, 所以寄存器第三位的1也保留。 第四步：寄存器的状态为1111，由DAC转换输出的电压  Uo= 因为Uo＞Ui，所以寄存器最低位的1去掉，只能为0。  所以，ADC输出数字量为1110。 三、主要技术指标 1、分辨率： A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟电压的变化范围为0～5V，输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－8＝20mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－12≈1.22mV。 2、转换速度： 转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。 3、相对精度 在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。 � EMBED Unknown ��� � EMBED Unknown ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Unknown ��� � EMBED Word.Document.8 \s ��� � EMBED Unknown ��� � EMBED Word.Picture.8 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� _1240689241.doc ADC的数字化编码电路 数字量输出 (n位) CPS S C ADC 采样-保持电路 dn-1 d1 d0 采样展宽信号 输入模拟电压 ui(t) us(t) … _1254920259.unknown _1254920800.unknown _1240691952.unknown _1240692065.unknown _1240692128.unknown _1240692021.unknown _1240689582.vsd _1240559397.vsd _1240687114.vsd _1240689134.unknown _1240560006.vsd _1172599276.doc 顺序脉冲发生器 逐次逼近寄存器 D/A 转换器 电压 比较器 输出数字量 输入模拟电压 uo ui _1195505261.vsd 13 14 15 16 7 4 5 6 Rf AGND CS ∞ WR2 WR1 IO1 IO1 1 10 DAC0832 2 + º Δ D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 18 +5V 逻辑开关 11 + 5 4 3 2 1 Rf 1kΩ 7 8 9 3 12 输出模拟电压（v） 0 0 0 0 0 0 0 0 实测值 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 -15V +15V 20 19 17 º 输入数字量 0 0 0 0 0 0 0 1 表 8-2 D/A转换器输出电压 uo 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 理论值 DGND UCC º UREF µA 741 ILE RP1 10kΩ XFER _1172599009.doc 采样定理： _1045645290.unknown