实验九数模(DA)和模数(AD)转换应用

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1、实验九数/模(D/A)和模/数(A/D)转换应用一、实验目的1、通过实验了解A/D和D/A转换特性。2、了解A/D和D/A转换器互相连接的工作情况。二、实验原理数/模转换器是有一个输出端、几个输入端的器件，其输出为模拟电压，它正比于加在n个输入端的n位二进制数。如8位的D/A转换器，它冇8个输入端，每个输入端是8位二进制数的一位，并有一个模拟输出端，输入可有2«=256个不同的二进制组态，输出为256个电圧之一。所以输出并非真正的模拟量，即输岀电压不是整个电压范I韦I内的任意值，而只能是256个可能值。图9・1是由R—2R梯形电阻网络构成的4位D/A转换器。其中B

2、3、B2、Bl、B0为四个数据输入端，各端均可通过开关接地或接电源Vcc。某输入端若接地，则该位为0,若接Vcc则该位为lo若输入二进制码为B3B2B1BO=1OOO,由戴维南定理可推导出输出模拟电压Vo二Vcc/2,同理可推导出输入为0100时，Vo=Vcc/4等等。RB3>2R:：2R::2R:：2R:B0、B1IB2RVccHIM图9-14位R-2R梯形网络D/A转换原理实验用的D/A转换器为DAC0801集成8位D/A转换器，它的二进制各位开关是由双极型品体管构成的电子开关。D/A转换器产生的输出电流为Io,它正比于输入的二进制数。n位模/数转换器输出n位

3、二进制数值，它止比于加在输入端的模拟电压。这里只介绍ADC0804A/D转换器原理，它是川逐次逼近原理构成的。具主要纽成部分有D/A转换器、逐次逼近寄存器、移位寄存器、比较器、时钟发工器和控制电路。它的工作过程是：转换开始时由时钟节拍控制动作，第一个时钟来时移位寄存器状态为10000000,并送给逐次逼近寄存器(SAR),由SAR将10000000传给D/A转换器输入端，使D/A转换器产生输出模拟电压Vst,Vst与A/D转换器输入的模拟量Vi进行比较。若VstVi,贝lj比较器输出V为低电平0。然后第二个时钟到來，使

4、移位寄存器变为01000000,送给SAR。但SAR最高位由Vc来确定,Vc为1,SAR最高位保持原来的1,Vc为0,SARM高位为0。比较一直进行到VswVi才结束。这时将SAR中存的二进制数输出，即为A/D二进制输出。为简单起见，以四位A/D转换器为例说明这一过程。当模拟输入从0至15V变化时，输出从0000到1111变化。A/D转换器的重耍指标Z—是转换时间TC,即A/D转换器从模拟量输入到转换为数字量输出所占用的时间。TC的倒数为每秒转换的次数。转换时间限制了完成一次转换而不产生严重的误差所允许的最大输入信号变化速率。逐次逼近A/D转换器的变换时间不因输入

5、电压的大小而变化。ADC0804的TC=100us,即每秒转换10000次。A/D转换器的另一个重要指标是分辨率，它是使输出二进制数产生相当最低位变化时所需的输入模拟量。例如有一10位A/D转换器，当输入从0至5V变化时，输出从0000000000到1111111111变化，所以输入变化5V/210=4.88mV,可使输出的变化量为()()()()()()()()()1,则该A/D转换器得分辨率为4.88mV。更多的是用A/D转换器的位数表示分辨率。也冇川百分率表示分辨率的，即丄X100%,其中n为A/D转换器的位数。上述A/D转换器的分辨率2“可表示为4.88m

6、V或10位或丄X100%=」一X100%二0.0976%。2101024图9-2和图9-3分别给出了DAC0801和ADC0804的引出线图。15«765Mr321IOUTToutv>compv-VLC£DAC0801DB0DB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7VI+VI-CLKRCLK00DAC0801MSB+10Vo13♦Adso。.>4.7K4.7KOvo6-10

7、V0.1uF0.1uF图94D/A转换器电路①调零：数字输入端全部接地，调1K欧电位器使V0=0。②静态测试D/A转换器输入二进制数据少输出直流电压的关系：数字输入端接+5V为高电平］,接地为低电平0。分别测出输入为0000000K01011000、111000000>00000111和11111111时的输出电压V。。③动态测试D/A转换：用两片74LS93型4位计数器串联成8位计数器，对幅度为0〜3V、频率为lOKHz的方波信号分频。计数器的各位输出依次接D/A转换器的各位(如图9-5所示)。用示波器观察D/A转换器的输出波形，测最并绘出输出波形幅度和周期以及

8、波形中每个