《物联网理论与技术》第10章：DA与AD转换器及其应用

本章内容主要讲物联网的DA与AD转换器及其应用。

第10章D/A与A/D转换器及其应用

本章内容主要讲物联网的DA与AD转换器及其应用。

10.1 概述

各种物理量

电信号 传感器 模拟量 A/D转换器

数字信号

生 产 过 程

模拟 驱动器 物理量

模拟信号 D/A转换器

数字信号

计 算 机

图10-1 计算机检测与控制系统示意图

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10.2 D/A转换器10.2.1 D/A转换原理与结构1. DAC转换器的基本原理

D(dn 1 2n 1 dn 2 2n 2 d1 21 d0 20 )

D dn 1 2n 1 dn 2 2n 2 d1 21 d0 20uo Ku Dio Ki D

(10-1)

uo Ku (dn 1 2n 1 dn 2 2n 2 d1 21 d0 20 )

(10-2)

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10.2.1 D/A转换原理与结构

2. DAC转换器的组成

基准电压

n位数字量 输入输入寄存器 n位电子开关 解码网络 求和电路

模拟量 输出

图10-2 DAC转换器的电路结构框图

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10.2.2 二进制权电阻网络D/A转换器

1. 电路结构VREF I

8R S0

I0

4R S1

I1

2RS2

I2

R S3

I3

iF

RF

i∑A d0 d1 d2 d3 VO

图10-3 二进制权电阻网络D/A转换器

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10.2.2 二进制权电阻网络D/A转换器2.工作原理

VREF V I 3 REF 2R R V V V V i I 0 I1 I 2 I 3 REF D0 REF D1 REF D2 REF D3 8R 4R 2R R V REF (23 D3 22 D2 21 D1 20 D0 ) 23 R I0 I1 I2 RF=R/2

VREF 8R

VREF 4R

(10-3)

Vo RF iF 0~

V R i REF (23 D3 22 D2 21 D1 20 D0 ) (10-4) 2 24 2n 1 2n

V REF

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10.2.3 倒T型电阻网络D/A转换器1.电路结构

A VREF IREF

I3 ’ R

B

I2 ’ R I2

C

I1 ’ R

D

I0 ’

2R S0

I3

2R S1

2R S2

I1

2R S3

I0

2RiF i∑ A VO RF

d3

d2

d1

d0

图10-4 R-2R倒T形电阻网络D/A转换器

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10.2.3 倒T型电阻网络D/A转换器2.工作原理

I REF

V 1 I REF REF 2 2R V 1 I 1 I REF REF 8 8R I3

V REF R

V 1 I REF REF 4 4R V 1 I 0 I REF REF 16 16R I2

Vo RF iF RF i RF=R

VREF RF 3 (2 d 3 22 d 2 21 d1 20 d 0 ) (10-5) 24 R

VREF 3 Vo 4 (2 d3 22 d 2 21 d1 20 d0 ) 2

(10-6)

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【例10-1】 4位R-2R倒T形电阻网络DAC如图10-4所示，设基准 电压 VREF = - 8V,RF= R,试求其最大输出电压值。 解：将d3 d2 d1 d0=1111代入式(10-6)得

Vo

VREF 3 8V (2 d3 22 d 2 21 d1 20 d 0 ) 4 (23 1 22 1 21 1 20 1) 7.5V 24 2

故其最大输出电压值为7.5V。

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10.2.4 DAC转换器的主要技术参数

1.分辨率

分辨率

1 2n 1

(10-7)

2.转换精度 3.转换速度 4. 非线性误差 5. 温度系数

VLSB/2

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10.2.5 DAC专用器件及应用举例1. AD7520基本结构与性能参数

图10-5 AD7520内部逻辑结构图

图10-6 AD7520外引脚图

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10.2.5 DAC专用器件及应用举例2. AD7520应用举例

图10-7 AD7520组成的锯齿波发生器

图10-8输出的锯齿波波形

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10.2.5 DAC专用器件及应用举

例3. 串行DAC转换器TLC5615

DIN SCLK

1 2 3 4

8

VCC OUT REFIN AGND

76 5

/CSDOUT

图10-9串行D/A转换器TLC5615

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10.2.6 DAC0832及其应用

(a) 逻辑符号

(b) 引脚图

图10-10 DAC0832的逻辑符号和引脚图

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10.2.6 DAC0832及其应用

VREF ( D)10 IOUT 1 R 256VREF 255 ( D)10 R 256

IOUT 2

VO (IOUT1 Rfb )

图10-11 DAC0832的典型应用电路

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10.3 A/D转换器10.3.1 A/D工作原理1.采样--保持x(t) s(t) x(t) t输入模拟信号 s(t) 0 y(t) 0 t 取样信号 图10-12 采样过程操作示意图 t 取样脉冲 y(t) 采样开关