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    模数转换(A/D)与数模转换(D/A)

    时间:2020-12-13 13:54:28 阅读量: 数模转换,模数转换,

    单片机是一个典型的数字系统,数字系统只能呢个对输入的数字信号进行处理,其输出信号也是数字的。但工业或者生活中的很多量都是模拟量,这些模拟量可以通过传感器变成与之对应的电压、电流等模拟量。为了实现数字系统对这些电模拟量的测量,运算和控制,就需要一个模拟量和数字量之间的相互转化的过程。

    一个包含A/D和D/A转换器的典型计算机自动控制系统

    下图显示了一个包括模数和数模转换器的计算机闭环自动控制系统。

    模数转换(A/D)与数模转换(D/A)

    典型计算机自动控制系统

    在上图中,A/D转换器和D/A转换器是模拟量输入和模拟量输出通路中的核心部件。在实际控制系统中,各种非电物理量需要由各种传感器把它们转换成模拟电流或电压信号后,才能加到A/D转换器转换成数字量。

    一般来说,传感器的输出信号只有微伏或毫伏级,需要采用高输入阻抗的运算放大器将这些微弱的信号放大到一定的幅度,有时候还要进行信号滤波,去掉各种干扰和噪声,保留所需要的有用信号。送入A/D转换器的信号大小与A/D转换器的输入范围不一致时,还需进行信号预处理。

    在计算机控制系统中,若测量的模拟信号有几路或几十路,考虑到控制系统的成本,可采用多路开关对被测信号进行切换,使各种信号共用一个A/D转换器。多路切换的方法有两种:一种是外加多路模拟开关,如多路输入一路输出的多路开关有:AD7501,AD7503,CD4097,CD4052等。另一种是选用内部带多路转换开关的A/D转换器,如ADC0809等。

    若模拟信号变化较快,为了保证模数转换的正确性,还需要使用采样保持器。在输出通道,对那些需要用模拟信号驱动的执行机构,由计算机将经过运算决策后确定的控制量(数字量)送D/A转换器,转换成模拟量以驱动执行机构动作,完成控制过程。

    A/D和D/A的基本概念

    A/D是模拟量到数字量的转换,依靠的是模数转换器(AnalogtoDigitalConverter),简称ADC。D/A是数字量到模拟量的转换,依靠的是数模转换器(DigitaltoAnalogConverter),简称DAC。它们的道理是完全一样的,只是转换方向不同,因此我们讲解过程主要以A/D为例来讲解。

    什么是模拟量?

    模数转换(A/D)技术指标

    1)分辨率(ResoluTIon)

    指数字量变化最小量时模拟信号的变化量,定义为满量程与2 n之比,分辨率也称为精度,通常用数字信号的位数表示。

    2)转换速率(ConversionRate)

    是完成从模拟到数字的AD转换所需时间的倒数。

    模数转换(A/D)与数模转换(D/A)

    3)量化误差(QuanTIzingError)

    由于AD的有限空间分辨率而引起的误差,即有限时间分辨率AD的阶梯状逐渐转移相关特性进行曲线与无限提高分辨率AD(理想AD)的转移工作特性分析曲线(直线)之间的最大程度偏差。通常是1个或半个社会最小数字量的模拟环境变化量,表示为1LSB、1/2LSB。

    4)偏移误差(OffsetError)

    输入信号为零时输出信号不为零的值,可外接电位器调至最小。

    5)满刻度误差(FullScaleError)

    与理想输入信号相应的输入信号与全输出信号之间的差值。

    6)线性度(Linearity)

    实际数据转换器的转移相关函数与理想水平直线的最大目标偏移,不包括针对以上分析三种方法误差。其他重要指标体系还有:绝对控制精度(AbsoluteAccuracy),相对位置精度(RelaTIveAccuracy),微分进行非线性,单调性和无错码,总谐波信息失真(TotalHarmonicDistotorTIon缩写THD)和积分系统非线性。

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