第11章-模数数模转换(南通大学)(陈继红).ppt

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1、第11章模数、数模转换11.1A/D转换器及其接口11.2D/A转换器及其应用11.1A/D变换器及其接口11.1.1A/D变换器的基本概念1.量化当以数量表示连续量的时候都会遇到量化问题。所谓量化就是以一定的量化阶距为单位，把数值上连续的模拟量转变为数值上离散量的过程。设输入为x(t)，量化阶距是q，量化后的输出为y(t)，那么量化可以表示为：y(t)=INT(x(t)/q)其中INT是取整函数，x(t)/q的小数部分被舍去。为了减小量化误差，通常以“4舍5入”的方法进行量化，量化可以表示为：y(t

2、)=INT((x(t)+0.5q)/q)2.输入极性与编码当输入信号为单极性信号时，以二进制数进行量化编码。输入范围为0～+5V的8位ADC，其输入、输出关系如图a所示。当输入为双极性信号时，对输入信号的编码通常有三种方式:①偏移二进制码：以最高位为符号位，以1表示正，以0表示负；后面的各位表示幅值。就相当于把单极性的ADC的输入输出特性曲线向左平移了一半。输入为-2.5V～+2.5V的8位ADC，其输入/输出之间的关系如图b所示。②原码：以原码来表示，当输入为正时，符号位为0；当输入为负时，符号位为

3、1。后面的各位表示其幅值。③补码：以补码来表示。其符号位刚好与偏移二进制码的符号位相反，后面的各位相同。3.A/D变换器的主要性能参数(1)量化误差A/D变换器将连续的模拟量转换为离散的数字量，对一定范围内的连续变化的模拟量只能量化成同一个数字量。从前面量化图中可见y(t)的量化误差是±0.5q；y(t)的最低位（LSB）的变化对应于输入变化一个量化阶距q，因此又以±0.5LSB表示量化误差。(2)分辨率A/D变换器的分辨率能表示A/D变换器对输入信号的分辨能力。A/D变换器的分辨率以输出二进制数的位

4、数表示。(3)转换误差转换误差说明A/D变换器实际的输出数字量与理论上的输出数字量之间的差别，通常以整个输入范围内的最大输出误差表示。一般用最低有效位的倍数来表示转换误差，例如转换误差≤±1LSB，就说明在整个输入范围内，输出数字量与理论上的输出数字量之间的误差小于最低位的一个数字。(4)转换时间转换时间是指A/D变换器开始一次转换到完成转换得到相应的数字量输出所需的时间。(5)量程量程是指A/D变换器能够实现转换的输入电压范围。4.A/D变换器的类型A/D变换器的类型较多，主要的有并行比较型、逐次比

5、较型、双积分型等。并行比较型的转换速度最高，但分辨率一般在8位以内。因为n位并行比较型A/D中需要2n-1个电压比较器，当n大于8以后，需要的电压比较器太多使得芯片的面积大、成本高。双积分型的分辨率高，抗干扰能力强，但转换速度低，一般为1～1000ms。通常用在对速度要求不高但需很高精度的场合。逐次比较型的分辨率高，转换时间在0.1～100us之间。转换速度比并行比较型要低，但远高于双积分型。随着集成电路工艺的提高，其转换速度也在提高。因此，逐次比较型的A/D适合既要求精度、又要求速度的场合。一般地，

6、我们将转换时间大于1ms的称为低速A/D，1us～1ms的称为中速A/D，小于1us的称为高速A/D。11.1.2典型A/D变换器介绍1.8位A/D变换器ADC0808/0809CMOS工艺的8位A/D变换器；8位逐次逼近型A/D变换器；包括一个8通路模拟开关；不需要外部调零，不需要满刻度调整；数据输出接口有三态功能；转换时间：100us，功耗：15mW，工作温度范围：-40℃～+85℃；ADC0808的误差为±1/2LSB，ADC0809的误差为±1LSB。ADC0808/0809的内部逻辑框(1)

7、引脚介绍IN0-IN7：模拟输入信号；ADDC、ADDB、ADDA：输入通路选择控制；ALE：上升沿将输入通路选择控制锁存；VCC和GND分别为电源（5V）和地；START：A/D启动信号，脉冲宽度应大于200ns；CLOCK：时钟脉冲，频率范围为10KHz～1MHz；EOC：转换结束信号，上升沿有效；OE：数据输出允许端；D7-D0：数字量输出端（三态）。REF(+)、REF(-)：基准电压输入，REF(+)不应大于VCC，REF(-)不应小于GND。DOUT=255*VIN/(REF(+)-REF

8、(-))(2)ADC0809的时序2.高速逐次逼近型A/D变换器AD747212位高速逐次逼近型A/D变换器；最高采样频率可达1.5MSPS(Mega-Sample/s)；低功耗，平均功耗仅为4mW；电源：2.7V～5.25V；标准的数字接口电路（具有三态）；具有跟踪/保持功能。(1)内部结构(2)引脚说明：转换开始信号(输入)，低电平有效CLOCKIN：主时钟(输入)，每14个时钟周期完成一次A/D转换CLOCKIN最高频率是26MHzBUSY：“忙”