电子技术基础与技能机工教案第十章教案AD转换器的基本概念.docx
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电子技术基础与技能机工教案第十章教案AD转换器的基本概念
第十章教案
授课班级
课程名称
电子技术基础与技能
教学内容
A/D转换器的基本概念
课堂类型
学时
学时
授课时间
教学目的
1、ADC有以下几个主要技术指标
2、A/D转换器的常见类型
教学重、难点
教学重、难点:
A/D转换器的常见类型
教学内容及步骤
备注
10.1.1A/D转换器的基本概念
电信号分为两种——模拟信号(或称模拟量)和数字信号(或称数字量)。
模拟量是随时间连续变化的量,而数字量是非连续变化的量,所以传递和处理电信号的电路也分为模拟电路和数字电路,他们分别处理模拟信号和数字信号,在实际应用中常常需要对模拟量和数字量进行相互转换。
将模拟量转换成数字量的装置称为模数转换器,简称A/D转换器或ADC,如图10-1所示。
一个完整的AD转换过程必须包括采样、保持、量化、编码四部分电路,在具体实施时,常把这四个步骤合并进行,例如:
采样和保持是利用同一电路连续完成的,量化和编码是在转换过程中同步实现的,而且所用的时间又是保持的一部份。
图10-2A/D转换器的工作原理示意图
如图10-2所示,模拟电子开关S在采样脉冲CP的控制下重复接通、断开。
S接通时,ui(t)对电容C充电,这是采样过程,S断开时,电容C上的电压保持不变,称为保持过程,在保持过程中,采样的模拟电压经过A/D转换器的数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。
随着S的不断接通、断开,输入的模拟电压将不断转换成n位二进制数输出。
ADC有以下几个主要技术指标:
【分辨率】
通常用ADC输出的二进制码的位数N来表示。
它表明该转换器可以用2N个二进制数对输入模拟量进行量化,ADC位数越多,分辨率就越高。
【相对转换精度】
表示ADC实际输出的数字量与理想的输出数字量之间的差别,常用相对误差的形式给出,ADC的位数越多,量化单位便越小,分辨率越高,转换精度越高。
【转换速度】
ADC从接收到转换控制信号开始,到输出端得到稳定的数字量为止所需要的时间,即完成一次A/D转换所需要的时间,称为转换速度。
采用不同的转换电路,其转换速度是不同的,低速的为1ms~3ms,中速ADC的转换时间在50µs左右,ADC0809的转换时间为100µs。
【电源电压抑制比】
指在输入模拟电压不变的前提下,当转换电路的电源电压发生变化时,对输出产生的影响,一般用输出数字量的绝对变化量来表示。
数字系统的精度和速度最终取决于A/D转换器的转换精度和转换速度,因此转换精度和转换速度是衡量A/D转换器性能的两个重要指标。
【A/D转换器的常见类型】
通常分为并联比较型和逐次逼近型,如图10-3所示。
并联比较型A/D转换器转换速度快,但使用的比较器和触发器较多;逐次逼近型A/D转换器的分辨率高,误差较低,转换速度较快,是应用非常广泛的一种A/D转换器。
(a)三位并联比较型ADC电路框图
(b)逐次逼近ADC原理框图
图10-3ADC常见的类型
第十章教案
授课班级
课程名称
电子技术基础与技能
教学内容
集成A/D转换器ADC0809的应用
课堂类型
学时
学时
授课时间
教学目的
1、引脚排列图及各引脚功能说明
2、模拟量输入通道选择说明
教学重、难点
教学重、难点:
集成A/D转换器ADC0809的应用
教学内容及步骤
备注
10.1.2A/D转换器的典型应用
【集成A/D转换器ADC0809的应用】
ADC0809是一种常用的集成A/D转换器,采用逐次逼近型A/D转换原理,采用CMOS单片28个引脚双列直插式封装,能实现8位A/D转换。
1.引脚排列图及各引脚功能说明
IN0~IN7:
8路模拟信号输入端。
A2、A1、A0:
模拟通道选择器地址输入端,根据其值选择8路模拟信号中的一路进行A/D转换。
ALE:
地址锁存信号,此端施加正脉冲时,选通A2、A1、A0中的一路模拟信号通过,进行A/D转换。
START:
启动A/D转换,应在此脚施加正脉冲,在下降沿到达后,开始A/D转换过程。
EOC:
转换结束输出信号,高电平有效。
OE:
输入允许信号,高电平有效。
CLOCK(CP):
时钟信号输入端,外接时钟频率10~1280kHz。
其数值的大小决定A/D转换的速度。
Vcc:
+5V单电源供电。
VREF(+)、VREF(-):
基准电压的正、负极。
一般VREF(+)接+5V电源,VREF(-)接地。
D7~D0:
8位数据输出端。
图10-4ADC0809转换器引脚图
2.模拟量输入通道选择说明
ADC0809芯片中23、24、25的三个引脚为(A2、A1、A0)3位地址输入端。
当A2、A1、A0三地址输入端进行000~111的8种不同变量组合时,则对应有8路模拟信号中的任何一路被选通进行A/D转换,地址译码与模拟输入通道的选通关系见表10-1。
第十章教案
授课班级
课程名称
电子技术基础与技能
教学内容
技能训练一用ADC0809构成A/D转换器
课堂类型
学时
学时
授课时间
教学目的
1、了解集成A/D转换器ADC0809的性能及工作原理
2、掌握A/D转换器ADC0809的正确使用方法
教学重、难点
教学重、难点:
掌握A/D转换器ADC0809的正确使用方法
教学内容及步骤
备注
【训练内容及步骤】
1.电路制作
按图10-5连接电路,图10-6是ADC0809实现A/D转换实物图。
在CP端接信号发生器脉冲信号(f=100kHz),8路输入模拟信号为1~4.5V,由+5V电源经电阻R(R=1KΩ)分压组成;A/D转换结果D0~D7接逻辑电平显示器输入插口。
A0、A1、A2地址端接逻辑电平输出插口。
图10-5运用ADC0809实现A/D转换
2.电路调试
(1)连好电路检查无误后接通电源,在启动端(START)加一个正脉冲下降沿,即开始A/D转换。
(2)控制A0、A1、A2地址端每组变量输入逻辑开关,观察记录IN0~IN78路模拟信号的转换结果,并将结果填入表11-2中
(3)如将启动端(START)与转换结束端(ECO)直接相连,转换将是连续的,在用这种转换方式时,开始在外部必须加启动脉冲。
第十章教案
授课班级
课程名称
电子技术基础与技能
教学内容
D/A转换器
课堂类型
学时
学时
授课时间
教学目的
1、D/A转换器的基本概念
2、D/A转换器有以下几个重要指标
教学重、难点
教学重、难点:
D/A转换器的基本概念
教学内容及步骤
备注
10.2D/A转换器
10.2.1D/A转换器的基本概念
D/A转换器是将数字量转换成模拟量的装置。
因为数字量是使用二进制代码按数位组合起来表示的,对于有权码,每位代码都有一定的权,所以为了将数字量转换成模拟量必须将每一位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量,然后将代表各位的模拟量相加,所得的总模拟量就与数字量成正比,这样就实现了从数字量到模拟量的转换,这就是D/A转换器的基本原理。
D/A转换器有以下几个重要指标:
【分辨率】
指D/A转换器分辨最小输出电压的能力,通常用最小输出电压与最大输出电压的比值表示。
D/A转换器位数越多分辨输出最小电压的能力越强。
因此,有些器件也用输入数字量的有效位数表示分辨率。
【转换精度】
指输出模拟电压的实际值与理想值之差,即最大静态转换误差,该误差是由于参考电压偏离标准值、运算放大器的零点漂移,模拟开关的压降以及电阻阻值的偏差等原因所引起的。
【比例系数误差】
指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线斜率的偏差。
【输出建立时间】
从输入数字信号起到输出电压或电流达到稳定值时所需要的时间,称输出建立时间。
目前,在不包含参考电压源和运算放大器的单片集成D/A转换器中,建立时间一般不超过1µs。
输出建立时间是描述D/A转换器转换速度的重要性能指标。
10.2.2D/A转换器的典型应用
D/A转换器的种类很多,按输入二进制数的位数分类有8位、10位、12位和16位等,按器件内部的电路组成部分又可分为两大类:
一类器件的内部只包含电阻网络和模拟开关,另一类器件内部还包含了参考电压源发生器和运算放大器。
D/A转换器在日常生活中应用非常广泛,主要用于手机、有线数字电视、网络信息传输等。
第十章教案
授课班级
课程名称
电子技术基础与技能
教学内容
技能训练一用ADC0809构成A/D转换器
课堂类型
学时
学时
授课时间
教学目的
1、了解集成A/D转换器ADC0809的性能及工作原理
2、掌握A/D转换器ADC0809的正确使用方法
教学重、难点
教学重、难点:
掌握A/D转换器ADC0809的正确使用方法
教学内容及步骤
备注
【训练内容及步骤】
1.电路制作
按图10-5连接电路,图10-6是ADC0809实现A/D转换实物图。
在CP端接信号发生器脉冲信号(f=100kHz),8路输入模拟信号为1~4.5V,由+5V电源经电阻R(R=1KΩ)分压组成;A/D转换结果D0~D7接逻辑电平显示器输入插口。
A0、A1、A2地址端接逻辑电平输出插口。
图10-5运用ADC0809实现A/D转换
2.电路调试
(1)连好电路检查无误后接通电源,在启动端(START)加一个正脉冲下降沿,即开始A/D转换。
(2)控制A0、A1、A2地址端每组变量输入逻辑开关,观察记录IN0~IN78路模拟信号的转换结果,并将结果填入表11-2中
(3)如将启动端(START)与转换结束端(ECO)直接相连,转换将是连续的,在用这种转换方式时,开始在外部必须加启动脉冲。
第十章教案
授课班级
课程名称
电子技术基础与技能
教学内容
集成D/A转换器DAC0832
课堂类型
学时
学时
授课时间
教学目的
1、集成D/A转换器DAC0832介绍
2、集成D/A转换器DAC0832应用电路
教学重、难点
教学重、难点:
集成D/A转换器DAC0832应用
教学内容及步骤
备注
【集成D/A转换器DAC0832介绍】
1引脚排列及各引脚功能
DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。
与微处理器完全兼容。
这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点,在单片机应用系统中得到广泛的应用。
其引脚排列如图10-9(a)所示:
图10-9集成电路DAC0832
引脚功能:
D0~D7:
数字信号的输入端。
:
片选信号,低电平有效。
:
传送控制信号,低电平有效。
IOUT1、IOUT2:
DAC电流输出端。
VREF:
基准参考电压输入端,其电压范围为-10~+10V。
ILE:
输入寄存器使能端,高电平有效。
:
写信号1,低电平有效。
:
写信号2,低电平有效。
RfB:
为外接运放提供的反馈电阻引出端,在构成电压输出时,此端可接运放的输出端。
VCC:
电源电压+5~+15V。
AGND、DGND:
分别为模拟地端和数字地端。
二者可接在一起。
2.应用电路
DAC0832应用电路见图10-9所示
图10-10D/A转换电路
第十章教案
授课班级
课程名称
电子技术基础与技能
教学内容
技能训练一用ADC0809构成A/D转换器
课堂类型
学时
学时
授课时间
教学目的
1、了解集成A/D转换器ADC0809的性能及工作原理
2、掌握A/D转换器ADC0809的正确使用方法
教学重、难点
教学重、难点:
掌握A/D转换器ADC0809的正确使用方法
教学内容及步骤
备注
【训练内容及步骤】
1.电路制作
按图10-5连接电路,图10-6是ADC0809实现A/D转换实物图。
在CP端接信号发生器脉冲信号(f=100kHz),8路输入模拟信号为1~4.5V,由+5V电源经电阻R(R=1KΩ)分压组成;A/D转换结果D0~D7接逻辑电平显示器输入插口。
A0、A1、A2地址端接逻辑电平输出插口。
图10-5运用ADC0809实现A/D转换
2.电路调试
(1)连好电路检查无误后接通电源,在启动端(START)加一个正脉冲下降沿,即开始A/D转换。
(2)控制A0、A1、A2地址端每组变量输入逻辑开关,观察记录IN0~IN78路模拟信号的转换结果,并将结果填入表11-2中
(3)如将启动端(START)与转换结束端(ECO)直接相连,转换将是连续的,在用这种转换方式时,开始在外部必须加启动脉冲。
第十章教案
授课班级
课程名称
电子技术基础与技能
教学内容
拓展训练DAC0832及μA741组成D/A转换器
课堂类型
学时
学时
授课时间
教学目的
1、了解D/A转换器的基本工作原理和基本结构。
2、掌握集成D/A转换器DAC0832实现数/模转换的方法。
教学重、难点
教学重、难点:
教学内容及步骤
备注
【训练材料】电子元器件及仪器仪表清单见表10-3。
【训练内容及步骤】
1.按图10-10连好电路,图10-11是连接好的实物图。
其中
、
、
、
接地,ILE、VCC、VREF接+5V电源,运
放电源接
15V,D0~D7接逻辑开关的输出插口,输出端U0接数字万用表,
检查无误后接通电源。
2.调零,令D0~D7全置零,调节运放的电位器使µA741输出为零。
3.通过逻辑开关改变输入数据D7~D0,用万用表测相应的模拟输出电压,将结果填入表10-3中。
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- 电子技术 基础 技能 机工 教案 第十 AD 转换器 基本概念