模拟量和数字量的转换

• 下面结合图2.3的具体电路来说明逐次逼 近的过程。
Ui
UA
电压 － ＋ 比较器 ＋
△
∞
逐次逼近 寄存器
d3
Q F3 SR
四位D/A转换器
d2
Q F2 SR
d1
Q F1 SR
d0
Q F0 SR
控制逻辑门
≥1
≥1
≥1
&
&
&
&
&
d3
&
d2
读出“与门”
&
d1
&
d0
E 读出控制端
C 时钟脉冲
Q4
Q3
Q2
1 8
IR
UR R 23
I0
1 16
IR
UR R 24
由此可得出电阻网络的输出电流
I01
UR R 24
(d3 23
d2 22
d1 21
d0 20)
• 运算放大器输出短的模拟电压 U 0则为
U0
RF I01
RFU R R 24
(d3 23
d2 22
d1 21
d0 20)
• 如果输入的是n位二进制数，则
输出数字量 输入电压U1
Fra Baidu bibliotek
CP 顺序脉冲发生器
逐次逼近型 寄存器
DAC
电压比较器
U0
图2.2逐次逼近型A/D转换器的原理方框图
原理解释
• 转换开始，顺序脉冲发生器输出的顺序脉冲首 先将寄存器的最高位置1，经D/A转换器转换为相 应的模拟电压U0送入比较器与待转换的输入电压 U1进行比较。
•
若U0>U1，说明数字量过大，将最高位的1除
二、A/D转换器
• 2.1逐次逼近型A/D转换器
• A/D转换器也有很多种，下面介绍目前
用的较多的逐次逼近型A/D转换器。
2.1逐次逼近型A/D转换器
• 其工作原理可用天平称重过程来比喻说明。好比 用4个分别重8g，4g，2g，1g的砝码去称重13g 物体，称重顺序见表2.1。
表2.1逐次逼近称物一例
RF
R
R
R A 2R
-
A+
+
2R
2R
2R
2R
2R
+
UO
S0
S1
S2
S3
1 01 01 01 0
模拟 开关
–
d0
d1
d2
d3
Q0
Q1
Q2
Q3
+UR
参考电压
数码寄存器
存放四位 二进制数
由数个相同的电路环节构成，每个电路环节
有两个电阻和一个模拟开关。
计算时注意事项
• （1）在图1.1中，00’，11’，22’，33’ 左边部分电路的等效电阻均为R。
数模转换器集成电路芯片种类很多，按输入的 二进制的位数分类有8位、10位、12位和16位等。
下面介绍CC7520输入数字量与输出模拟量的
关系，其中 2n 210 1024
1.3D/A转化器的主要技术指标
• 1.分辨率 • D/A转换器的分辨率是指最小输出电压与最大输出
电压之比。例如10位D/A转换器的分辨率为
Q1
Q0
五位顺序脉冲发生器
四位逐次逼近型模-数转换器的原理电路
2. 转换过程
例：UR= -8V，UI = 5.52V
顺序
d3 d2 d1 d0 U0(V)
比 较 判 断 “1”留否
1
1000
4V
U0 < UI
留
2
1100
6V
U0 > UI
去
3
1010
5V
U0 < UI
留
4
1011
5. 5V
U0 UI
去，而将次高位置1；若U0<U1，说明数字量还不
够大，应将这以为的1保留，还须将下一位高位置
1。
•
这样逐次比较下去，一直到最低位为止。
寄存器的逻辑状态就是对应于输入电压U1的输出
数字量。
补充说明
• 因为模拟电压在时间上一般是连续变化 量，而要输出的是数字量（二进制数）， 所以在进行转化时必须在一系列选定的时 间间隔对模拟电压采样（见第16章16.3 节）。经采样保持电路后，得出的每次采 样结束时的电压就是上述待转换的输入电 压U1。
1 1 0.001 210 -1 1023
• 2.精度
• 转化器的精度是指输出的模拟电压的实际 值与理想值之差，即最大静态转换误差。 该误差是由参考电压偏离标准值、运算放 大器的零点漂移、模拟开关的电压降以及 电阻阻值的偏差等原因所引起的。
• 3.线性度 • 4.输出电压（或电流）的建立时间 • 5电源抑制比
DAC是英文Digital-Analog Converter的缩写 ADC是英文Analog-Digital Converter的缩写
一、D/A转换器
• 1.1倒T形电阻网络D/A转换器
D/A转换器有很多种，目前生产的D/A转 换器中大多采用倒T形电阻网络这种结构。 其电路如下图所示。
1.电路
t0 t1
t2
t3
对应模拟电压 U 5.5 V
(转换误差: –0.02V)
1 11 1 1
d3 1时, 对应于 12UR
0 10 0 0
d2
1时, 对应于
1 4
U
R
0 00 1 1
d1
1时,
对应于
1 8
UR
0 00 0 1
d0 1时, 对应于 116UR
例：UR= -8V，UI = 5.52V 转换数字量1011 4+1+0.5 = 5.5V
• （4）从ADC芯片内部结构分
有单独的A/D转换器，如ADC0801、AD7581 型等。有功能更为强大的AD363转换器，其内部 有16路模拟多路开关，数据放大器，采样/保持器 及12位A/D转换器。
• （5）从A/D转换器数字输出端来分
8位分辨率则可直接连到微型机的数据总线， 十分方便，10位以上的分辨率ADC芯片须增加读 取控制逻辑分两次读入CPU。
差越小，分辨率越高。 • 2.转换速度
从它接到转换控制信号起，到输出端得到稳定的 数字量输出所需要的时间。其中有转换一次需 10ms以上的慢速ADC，需几十至几百μs的中速 ADC及只需几μs或小于1μs的高速及超高速ADC。 • 3.相对精度
实际转换值与理想值之间的最大偏差。 • 4其他
功率、电源电压、电压范围等。
0
1
2
3
R
R
RA
2R
2R
2R
2R
2R
UR
0
1
2
3
计算时注意事项
• （2）不论模拟开关接到运算放大器的反相 输入端（虚地）或接地（即数字信号是否 导通）各支路的电流时不变的。
参考电压输入的电流为
IR
UR R
而后根据分流公式得出各支流电路
I3
1 2
IR
UR R 21
I2
1 4
IR
UR R 22
I1
顺序
砝码重量
比较判断
该砝码是否保留或 除去
1
8g
8g<13g
留
2
8g+4g
12g<13g
留
3
8g+4g+2g
14g>13g
去
4
8g+4g+1g
13g=13g
留
2.2A/D转换器原理
• 逐次逼近型A/D转换器一般由顺序脉冲 发生器、逐次逼近寄存器、D/A转换器和电 压比较器等几部分组成，其原理方框图如 图2.2：
转换误差为 –0.02V
若输出为 8位数字量
U0
-
-8 28
(d7
27
d6 26
d0 20 )
转换数字量10110001
4+1+0.5+0.03125 = 5.53125V
转换误差为 +0.01125V
位数越多误差越小
2.3A/D转换器的主要技术指标
• 1.分辨率 以输出二进制的位数表示分辨率。位数越多，误
• （6）按输出接口分
有并行接口ADC和串行接口ADC。
谢谢
模拟量和数字量的转换
演讲者 组长 组员
耿福 陈贤杰 邓红波 董伟 凌承志
安全1001
演讲内容 • 一、D/A转换器转换原理 • 二、A/D转换器转换原理 • 三、A/D转换器分类及应用介绍
将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换
器(简称D/A转换器或DAC)
将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换
器(简称A/D转换器或ADC)
U0
RFU R R 2n
(d n1 2n1
dn2 2n2
......
d0 20)
• 当取RF R ,则上式为
U0
RFU R R 2n
(d n1 2n1
dn2 2n2
......
d0 20)
有上式可知： U 0 的最值为
最小值为 U R ； 2n
最大值为（2n 1）U R 。 2n
1.2数字量与模拟量的关系
留
D/A转换器输出U0为正值
U0
-
-8 24
(d3
23
d2
22
d1
21
d0
20)
U0 /V 6 5 4 3 2 1 0
d3
d2
d1
d0
逐次逼近转换过程示意图
设参考电压 UR -8 V,
输入电压UI 5.52 V。
U0> UI 转换完毕 , 输出数字量
d3d2d1d0 1011
U0 < UI
三、A/D转换器分类及应用介绍
• （1）从原理上分
•
双积分型ADC、逐次逼近型ADC、并行型
ADC以及 - 型。
• （2）从转换速度上分
• （3）从ADC输出的数字量最大位数（即分辨率） 来分
•
以二进制形式输出的有8、10、12、14、16、
24位等，以BCD码形式输出的有三位半，四位半 及更高分辨率的。