文档介绍：第二节数---模转换集成芯片
模—数转换
■定义:模拟信号到数字信号的转换,称为模—数转换,或称为A/D(Analog to Digital)转换。
■把实现A/D转换的电路称为A/D转换器(Analog Digital Converter,简称ADC)。
数—模转换
■定义:数字信号到模拟信号的转换,称为数—模转换,或称为D/A( Digital to Analog )转换。
■把实现D/A转换的电路称为D/A转换器( Digital Analog Converter,简称DAC)。
模拟信号
数字信号
被控对象
模拟传感器
数字处理系统
执行元件
非电量
模拟电量
数字量
数字量
模拟电量
控制操作
A/D转换器
典型数字控制系统框图
D/A转换器
一、A/D转换器
(一)A/D转换器的基本原理
1、A/D转换器的基本原理
为了将时间连续、幅值也连续的模拟量转换为时间离散、幅值也离散的数字信号,A/D转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。
在实际电路中,这些过程有的是合并进行的,例如,取样和保持,量化和编码往往都是在转换过程中同时实现。
1、采样保持电路
电路由输入放大器A1、输出放大器A2、保持电容CH和开关驱动电路组成。
电路图中要求A1具有很高的输入阻抗,以减小对输入信号源的影响。
为使保持阶段CH上所存电荷不易泄放,A2也应具有较高输入阻抗,A2还应具有较低的输出阻抗,这样可以提高电路的带负载能力。一般还要求电路中
取样保持电路已有很多种型号的单片集成电路产品。如双极型工艺的有AD585、AD684;混合工艺的有AD1154、SHC76等。
2、量化与编码
量化为数值量化的简称,就是将取样—保持电路的输出电压,按某种近似方式规划到与之相应的离散电平上的转化过程。
量化后的数值最后还须通过编码过程用一个代码表示出来。经编码后得到的代码就是A/D转换器输出的数字量。
量化过程中所取最小数量单位称为量化单位,用D表示。它是数字信号最低位为1时所对应的模拟量,即1LSB。
在量化过程中,由于取样电压不一定能被D整除,所以量化前后不可避免的存在误差,此误差称之为量化误差,用e表示。
量化误差属原理误差,它是无法消除的。A/D转换器的位数越多,各离散电平之间的差值越小,量化误差越小。
3、A/D转换器的主要技术指标
(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:输入模拟电压的变换范围为0~5V,输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为;
输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为:
(2)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。即转换范围内,任一数字量所对应的模拟输入量实际值与理论值之间的差值。
(3)转换时间和转换率
转换时间:完成一次转换所需的时间。
即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。
4、常用A/D转换芯片的特性
(1)ADC的外特性
从使用的角度看,ADC的外特性包括以下4部分:
1)模拟信号输入端;
2)数字量的并行输出端;
3)起动转换的外部控制信号;
4)转换完毕由转换器发出的转换结束信号。
(2)A/D转换电路的输出方法:
1)若ADC的数据输出寄存器具有可控的三态门。
ADC的输出线允许与微型机系统的数据总线相连,并在转换结束后利用读信号RD控制三态门,将数据送上总线。
2)若ADC的数据输出寄存器不具备可控的三态门电路,而是直接与芯片管脚相连。
ADC芯片的数据输出线不允许与系统的数据总线直接相连,而必须通过I/O通道与CPU交换信息。