1、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（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 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6.1D/A 转
2、换器 ADC DAC 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 DAC1、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 11
3、00 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-D0D1Dn-1 - - - U )2.2(0101 DDnnnREF12n12n 分辨率= =0.00392、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
4、电压或电流达到稳定值时所用的时间。四、集成芯片 DAC0832DAC0832 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1 31 41 51 67456A G N DC SW R2W R111 0D A C0 8 3 22+D7D6D5D4D3D2D1D01 8+ 5 V逻辑开关1 15 432178931 2- 1 5 V+ 1 5 V2 01 91 7输入数字量表 8 - 2 D / A 转换器输出电压uoD G N DUC CUR E F A 7 4 1I L ER P 1 1 0 k
5、X F E RRfIO 1IO 1+Rf 1 k 输出模拟电压 （ v ）0 0 0 0 0 0 0 0实测值D7D6D5D4D3D2D1D00 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 1 1 10 0 0 0 1 1 1 10 0 0 1 1 1 1 10 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1理论值8.5D7D6D5D4D3D2D1D0D7 Q7 D78DACQ78DACLE1 LE1ILE(a)CSWR1WR2XFERUREFIOUT2IOUT1RfbAGNDVCCDGND1234567891011121
6、314151617181920DAC0832(b)CSWR1AGNDD3D2D1D0UREFRfbDGND IOUT2VCCILEWR2XFERD4D5D6D7IOUT11 31 41 51 67456A G N DC SW R2W R111 0D A C0 8 3 22+D7D6D5D4D3D2D1D01 8+ 5 V逻辑开关1 15 432178931 2- 1 5 V+ 1 5 V2 01 91 7输入数字量表 8 - 2 D / A 转换器输出电压uoD G N DUC CUR E F A 7 4 1I L ER P 1 1 0 k X F E RRfIO 1IO 1+Rf 1 k 输
7、出模拟电压 （ v ）0 0 0 0 0 0 0 0实测值D7D6D5D4D3D2D1D00 0 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 1 1 10 0 0 0 1 1 1 10 0 0 1 1 1 1 10 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1理论值 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
8、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6.2A/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，u i(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，C H 被迅速充电，电路处于采样阶段。由于两个放大器的增益都
9、为 1，因此这一阶段 uo 跟随 ui 变化，即 uou i。t 1 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。 dn-1 d1 0 数 字 量 输 出 (n位 ) ADC的 数 字化 编 码 电 路 CPS S C ADC 采 样 -保 持 电 路 采 样 展 宽 信 号 输 入 模 拟 电 压 ui(t) us(t) 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
10、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采 样 定 理 ： maxisf000000 00100010001111111010110101101101000101234567801234567输 出 数 字 量 输 入 模 拟 电 压 uo ui 顺 序 脉 冲发 生 器 逐 次 逼 近寄 存 器 D/A 转 换 器 电 压 比 较 器 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 1000。这个数码被 D/A 转换器转换成相
11、应的模拟电压 uo，送到比较器中与 ui 进行比较。若 uiuo，说明数字过大了，故将最高位的 1 清除；若 uiuo，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 UoUi,
12、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 UoUi, 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 UoUi , 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 UoUi，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 05V ，输出 8 位二进制数可以分辨的最小模拟电压为 5V2820mV；而输出 12 位二进制数可以分辨的最小模拟电压为 5V2121.22mV。vUm5.20vUm38.4)12(Vm69.4)8142(vm75.3)412(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。vUm5.20
