第9章模数转换器与数模转换器ppt课件.ppt

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1、第9章数模转换器与模数转换器本章学习目标了解数模转换器的工作原理及性能指标掌握模数转换器的应用了解数模转换器的工作原理及性能指标掌握数模转换器的应用1随着数字电子技术及计算机技术的广泛普及与应用，数字信号的传输与处理日趋普遍。自然形态下的物理量多以模拟量的形式存在的，如温度、湿度、压力、流量、速度等，实际生产、生活和科学实验中还会遇到化学量、生物量（包括医学）等。从信号工程的角度来看，要进行信号的计算机处理，上述所有的物理量、化学量和生物量等都需要使用相应的传感器，将其转换成电信号（称之为模拟量）将模拟量转换为计算机能够识别处理的数字量，而后再进行信号的传输、处

2、理、存储、显示和控制。2同样，计算机控制外部设备时，如电动调节阀、调速系统等，需要将计算机输出的数字信号变换成外设能够接受的模拟信号。将模拟量转换成数字量的器件称为模数转换器（AnalogtoDigitalConverter，ADC），也称为A/D转换器或者ADC器件；将数字量转换成模拟量的器件称为数模转换器（DigitaltoAnalogConverter，DAC），也称为D/A转换器。3以单片机为核心，具有模拟量输入和输出的应用系统结构如图所示。图9-1具有模拟量输入输出的单片机系统4传感器和变送器的区别检测仪表在模拟电子技术条件下，一般是包括传感器、检测点

3、取样设备及放大器（进行抗干扰处理及信号传输），当然还有电源及现场显示部分（可选择）。传感器是一种把非电量转变成电信号的器件。电信号一般分为连续量、离散量两种，实际上还可分成模拟量、开关量、脉冲量等。5模拟信号一般采用4-20mADC的标准信号传输。数字化过程中，常常把传感器和微处理器及通信网络接口封装在一个器件（称为检测仪表）中，完成信息获取、处理、传输、存贮等功能。在自动化仪表中经常把检测仪表称为变送器，如温度变送器、压力变送器等。6本章内容安排本章首先介绍模数转换器的工作原理及性能指标；然后介绍模数转换器ADS7852与单片机的接口方法及编程应用，介绍STC

4、15F2K60S2单片机片内集成模数转换模块的使用；最后介绍数模转换器TLV5616与单片机的接口方法及编程应用。7§9.1模数转换器的工作原理及性能指标一、模数转换器的工作原理根据转换的工作原理不同，模数转换器可以分为计数-比较式、逐次逼近式和双斜率积分式。计数-比较式模数转换器结构简单，价格便宜，转换速度慢，较少采用。下面主要介绍逐次逼近式和双斜率积分式模数转换器的工作原理。81、逐次逼近式模数转换器的工作原理逐次逼近式模数转换器电路框图如图所示。图9-2逐次逼近式模数转换器的工作原理9逐次逼近式模数转换器主要由逐次逼近寄存器SAR、数字/电压转换器、比较器

5、、时序及控制逻辑等部分组成。10工作过程当模数转换器收到“转换命令”并清除SAR寄存器后，控制电路先设定SAR中的最高位为“1”，其余位为“0”，此预测数据被送至D/A转换器，转换成电压Vc。然后将Vc与输入模拟电压Vx在高增益的比较器中进行比较，比较器的的输出为逻辑0或逻辑1。如果Vx≥Vc，说明此位置“1”是对的，应予保留；如果Vx

6、是与输入的模拟电压对应的二进制数字代码。112、双积分式模数转换器的工作原理双积分式模数转换器转换方法的抗干扰能力比逐次逼近式模数转换器强。该方法的基础是测量两个时间：一个是模拟输入电压向电容充电的固定时间另一个是在已知参考电压下放电所需的时间模拟输入电压与参考电压的比值就等于上述两个时间值之比。12双积分模数转换器的组成框图如图所示。图9-3双积分式模数转换器的组成框图13双积分式模数转换器优点具有精度高、抗干扰能力强的特点，在实际工程中得到了使用。由于逐次逼近式模数转换技术能很好的兼顾速度和精度，故在16位以下的模数转换器中得到了广泛应用。14二、模数转换器

7、的性能指标A/D转换器是实现单片机数据采集的常用外围器件。A/D转换器的品种繁多，性能各异，在设计数据采集系统时，首先碰到的问题就是如何选择合适的A/D转换器以满足系统设计的要求。选择A/D转换器需要综合考虑多项因素，如系统技术指标、成本、功耗、安装等。151、分辨率分辨率是A/D转换器能够分辨最小信号的能力，表示数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。分辨率越高，转换时对输入模拟信号变化的反应就越灵敏。16例如，8位A/D转换器能够分辨出满刻度的1/256，若满刻度输入电压为5V，则该8位A/D转换器能够分辨出输入电压变化的最小值为19.5mV。分辨率

8、常用A/D转换器输出的二