第10章 模数和数模转换.ppt

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1、第10章模/数和数/模转换10.1概述模拟量——连续变化的物理量数字量——时间和数值上都离散的量模拟/数字转换器ADCDAC数字/模拟转换器含有A/D与D/A转换的监控系统10.2模/数与数/模转换通道的组成10.2.1模/数转换通道的组成一般模/数转换通道由传感器、信号处理、多路转换开关、采样保持器以及A/D转换器组成传感器：能够把非电物理量转换成电量（电流或电压）的器件，一般传感器由电容、电阻、电感或敏感材料组成，在外加激励电流或电压的驱动下，不同类型的传感器会随不同非电物理量的变化，引起传感器的组成材料发生改变，使得输出连续变化的电流或电压与非电物理量的

2、变化成正比一、传感器（Transducer）由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或电压的变化十分微弱，容易受外界干扰，因此，在市场上能买到的各种变送器，已将传感器与放大电路制作在一起，输出统一标准的0～10mA或4～20mA电流，或0～5V电压，以便传输或直接送A/D转换器进行A/D转换，其中，4～20mA标准电流输出的传感器较为普遍，常说的流量变送器、压力变送器等一般输出4～20mA标准电流，内部处于恒流输出结构，显然电流型传感器比电压型传感器抗干扰能力强，易于远距离传输，因此，电流型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中二、信号放大处理信号放大处理电路，接

3、在A/D转换器与传感器之间，用于解决以下存在问题A/D转换器与传感器二者电压不匹配如果是电流型输出传感器，要进行Ⅰ～Ⅴ变换与放大处理，将电流信号对应变换成电压信号传感器工作在现场，可能存在复杂的强电磁波的干扰，通常采用RC低通滤波器，滤除叠加在传感器输出信号上的高频干扰信号，也可采用有源滤波技术，使得滤波特性更好三、多路转换开关（Multiplexer）一个数据采集系统（A/D转换）往往要采集多路模拟信号通常只用一片A/D转换芯片，轮流选择输入信号进行采集，既节省了硬件开销，又不影响对系统的监测与控制许多A/D转换芯片内部具备多路转换开关，一片A/D转换芯片可

4、以轮流采集多路模拟输入信号，如果A/D转换芯片不具有多路转换功能，则在A/D转换之前外加模拟多路转换开关四、采样保持器（SampleHolder）在A/D转换器进行采样期间，保持被转换输入信号不变的电路称为采样保持电路A/D转换器完成一次转换所需要的时间称为转换时间不同A/D转换芯片，其转换时间各异，对于连续变化较快的模拟信号如果不采取采样保持措施，将会引起转换误差慢速变化的模拟信号，在A/D转换系统中，完全可以不必采用采样保持电路，而且并不会影响A/D转换的精度1．采样/保持器的基本原理采样保持器是指在逻辑电平的控制下处于“采样”或“保持”两种工作状态的电路

5、,采样/保持示意图如图10-5所示，在采样状态下，电路的输出跟踪输入模拟信号，在保持状态下，电路的输出保持着前一次采样结束时刻的瞬时输入模拟信号，直到进入下一次采样状态为止。从图10-5中可以看出，经过对Vi的采样，V0的小平台电压值保持到下一次的采样开始，该稳定的“小平台”电压供A/D转换器进行A/D转换采样/保持示意图2．常用的集成采样/保持器按照集成型采样/保持器的性能可分为如下几类：①通用采样/保持器芯片：例如AD582、AD583、LF198、LF298以及LF398等②高速采样/保持器芯片：例如HTS-0025、THS-0060、THC-1500以

6、及ADSHM-5等③高分辨率采样/保持器芯片：例如SHA1144、AD389以及SHA6等④超高速采样/保持器芯片：例如THS-0010（压摆率300V/μs）及HTC-0300（压摆率250V/μs）等五、A/D转换器（AnalogtoDigit）A/D转换器是模/数转换通道的核心环节，其功能是将模拟输入电信号转换成数字量（二进制数或BCD码等），以便由计算机读取、分析处理，并依据它发出对生产过程的控制信号10.2.2数/模转换通道的组成必须要将计算机输出的数字量转换成模拟的电流或电压，这个任务主要由数/模转换器来完成数/模转换芯片一般内部设有输入锁存器，能

7、将计算机输入给它的数字量锁存下来需要有一级功率放大电路，将D/A输出的电流或电压放大到足以驱动执行机构10.3模/数与数/模转换器的主要技术指标10.3.1模/数转换器的主要技术指标分辨率（Resolution）精度（precision）量程（满刻度范围——FullScaleRange）转换时间（ConversionTime）线性度误差（LinearityError）一、分辨率（Resolution）分辨率是指转换器所能分辨的被测量的最小值。通常用输出二进制代码的位数来表示。例如称八位A/D转换器的分辨率称为8位，它把模拟电压的变化范围分成28-1级（255级

8、）。位数越多，分辨率越高二、精度（pr