淺談D/A與A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理及分類

一、D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理及分類

T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 ：

二：輸出電壓與數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系

三：D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)

1、分辨率

分辨率是指輸入數(shù)字量的最低有效位(LSB)發(fā)生變化時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸出模擬量(電壓或電流)的變化量。它反映了輸出模擬量的最小變化值。

分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有確定的關(guān)系，可以表示成FS / 2^n 。FS表示滿量程輸入值，n為二進(jìn)制位數(shù)。對(duì)于5V的滿量程，采用8位的DAC時(shí)，分辨率為5V/256=19.5mV;當(dāng)采用12位的DAC時(shí)，分辨率則為5V/4096=1.22mV。顯然，位數(shù)越多分辨率就越高。

2、線性度

線性度(也稱非線性誤差)是實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想直線特性之間的最大偏差。常以相對(duì)于滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。如±1%是指實(shí)際輸出值與理論值之差在滿刻度的±1%以內(nèi)

3、絕對(duì)精度和相對(duì)精度

絕對(duì)精度(簡(jiǎn)稱精度)是指在整個(gè)刻度范圍內(nèi)，任一輸入數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的模擬量實(shí)際輸出值與理論值之間的最大誤差。絕對(duì)精度是由DAC的增益誤差(當(dāng)輸入數(shù)碼為全1時(shí)，實(shí)際輸出值與理想輸出值之差)、零點(diǎn)誤差(數(shù)碼輸入為全0時(shí)，DAC的非零輸出值)、非線性誤差和噪聲等引起的。絕對(duì)精度(即最大誤差)應(yīng)小于1個(gè)LSB。

相對(duì)精度與絕對(duì)精度表示同一含義，用最大誤差相對(duì)于滿刻度的百分比表示。

4、建立時(shí)間

建立時(shí)間是指輸入的數(shù)字量發(fā)生滿刻度變化時(shí)，輸出模擬信號(hào)達(dá)到滿刻度值的±1/2LSB所需的時(shí)間。是描述D/A轉(zhuǎn)換速率的一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)。

電流輸出型DAC的建立時(shí)間短。電壓輸出型DAC的建立時(shí)間主要決定于運(yùn)算放大器的響應(yīng)時(shí)間。根據(jù)建立時(shí)間的長(zhǎng)短，可以將DAC分成超高速(<1μS)、高速(10～1μS)、中速(100～10μS)、低速(≥100μS)幾檔。

應(yīng)當(dāng)注意，精度和分辨率具有一定的聯(lián)系，但概念不同。DAC的位數(shù)多時(shí)，分辨率會(huì)提高，對(duì)應(yīng)于影響精度的量化誤差會(huì)減小。但其它誤差(如溫度漂移、線性不良等)的影響仍會(huì)使DAC的精度變差。

四：芯片實(shí)例

1：DAC0832

DAC0832是使用非常普遍的8位D/A轉(zhuǎn)換器，由于其片內(nèi)有輸入數(shù)據(jù)寄存器，故可以直接與單片機(jī)接口。DAC0832以電流形式輸出，當(dāng)需要轉(zhuǎn)換為電壓輸出時(shí)，可外接運(yùn)算放大器。屬于該系列的芯片還有DAC0830、DAC0831，它們可以相互代換。DAC0832主要特性：

分辨率8位;

電流建立時(shí)間1μS;

數(shù)據(jù)輸入可采用雙緩沖、單緩沖或直通方式;

輸出電流線性度可在滿量程下調(diào)節(jié);

邏輯電平輸入與TTL電平兼容;

單一電源供電(+5V～+15V);

低功耗，20mW。

pin description:

2:DAC0832三種工作方式

1、單緩沖工作方式

此方式適用于只有一路模擬量輸出，或有幾路模擬量輸出但并不要求同步的系統(tǒng)。

即：默認(rèn) CS = XFER = 0， ILE = 1; WR單獨(dú)控制。 緩沖僅由WR單獨(dú)控制。

1.1 單極性模擬輸出

1.2：雙極性模擬輸出電壓

雙極性輸出時(shí)的分辨率比單極性輸出時(shí)降低1/2，這是由于對(duì)雙極性輸出而言，最高位作為符號(hào)位，只有7位數(shù)值位

2、雙緩沖工作方式

多路D/A轉(zhuǎn)換輸出，如果要求同步進(jìn)行，就應(yīng)該采用雙緩沖器同步方式 。

即：默認(rèn) CS = 0 ILE = 1 ; WR 和 XFER都單獨(dú)控制， 緩沖由WR和XFER兩個(gè)控制。

3、直通工作方式

當(dāng)DAC0832芯片的片選信號(hào)CS、寫信號(hào)WR、及傳送控制信號(hào)XFER 的引腳全部接地，允許輸入鎖存信號(hào)ILE引腳接+5V時(shí)，DAC0832芯片就處于直通工作方式，數(shù)字量一旦輸入，就直接進(jìn)入DAC寄存器，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。

即： CS = WR = XFER = 0， ILE = 1;

A/D轉(zhuǎn)換器

一、逐次逼近式ADC的轉(zhuǎn)換原理

二、雙積分式ADC的轉(zhuǎn)換原理

三、A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

1、分辨率

ADC的分辨率是指使輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。常用二進(jìn)制的位數(shù)表示。例如12位ADC的分辨率就是12位，或者說分辨率為滿刻度FS的1/ 2^n 。一個(gè)10V滿刻度的12位ADC能分辨輸入電壓變化最小值是10V×1/ 2^12 =2.4mV。

2、量化誤差

ADC把模擬量變?yōu)閿?shù)字量，用數(shù)字量近似表示模擬量，這個(gè)過程稱為量化。量化誤差是ADC的有限位數(shù)對(duì)模擬量進(jìn)行量化而引起的誤差。實(shí)際上，要準(zhǔn)確表示模擬量，ADC的位數(shù)需很大甚至無(wú)窮大。一個(gè)分辨率有限的ADC的階梯狀轉(zhuǎn)換特性曲線與具有無(wú)限分辨率的ADC轉(zhuǎn)換特性曲線(直線)之間的最大偏差即是量化誤差。

3、偏移誤差

偏移誤差是指輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出信號(hào)不為零的值，所以有時(shí)又稱為零值誤差。假定ADC沒有非線性誤差，則其轉(zhuǎn)換特性曲線各階梯中點(diǎn)的連線必定是直線，這條直線與橫軸相交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值就是偏移誤差。

4、滿刻度誤差

滿刻度誤差又稱為增益誤差。ADC的滿刻度誤差是指滿刻度輸出數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的實(shí)際輸入電壓與理想輸入電壓之差。

5、線性度

線性度有時(shí)又稱為非線性度，它是指轉(zhuǎn)換器實(shí)際的轉(zhuǎn)換特性與理想直線的最大偏差。

6、絕對(duì)精度

在一個(gè)轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的實(shí)際模擬量輸入與理論模擬輸入之差的最大值，稱為絕對(duì)精度。對(duì)于ADC而言，可以在每一個(gè)階梯的水平中點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，它包括了所有的誤差。

7、轉(zhuǎn)換速率

ADC的轉(zhuǎn)換速率是能夠重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。而完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間(包括穩(wěn)定時(shí)間)，則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。

四：AD080X demo

PIN5 如果采用中斷方式通知CPU，則接外部中斷， 否則 5可懸空，延時(shí)直接讀取即可。

啟動(dòng)時(shí)序圖如下：

code demo:

[cpp] view plain copy print?

void Launch()

{

CS = 0;

WR = 1; WR = 0; WR = 1;

/*Waiting for INTR goto 0*/

}

讀取時(shí)序圖：

code demo:

[cpp] view plain copy print?

void ReadAD()

{

/* INTR had goto 0*/

CS = 0;

RD = 1; RD = 0; /*delay*/ RD = 1;

/* READ */

}