第16章数模和模数转换讲课教案课件.ppt

1、数模/模数转换器的组成数模/模数转换器的工作原理能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。多路开关数字控制计算机DACADC功率放大功率放大执行机构执行机构加热炉加热炉温度传感器温度传感器信号放大信号放大多路开关16.2 D/A转换器转换器将输入的每一位二进制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，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。uo或io输出D/Ad0d1dn1输入

2、)2222(00112211oddddKunnnnu基本原理基本原理)2222(2248001122333321033221100ddddRUdRUdRUdRUdRUdIdIdIdIiREFREFREFREFREF)2222(22001122334oddddUiRiRuREFFF设RF=R/2R2R4R8RRFI1I0I2I3IREFiFiS3S0S1S2d0d3d2d1+UREFuo +S0S3S2S11 0 1 0 1 0 1 0RRFd3d0d1d2URuo +RR2R2R2R2R2RIRABCD2 2、倒、倒T T型电阻网络数模转换器型电阻网络数模转换器分别从虚线A、B、C、D处向左看

3、的二端网络等效电阻都是R。不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变。从参考电压UR处输入的电流IR为：RUIRRS0S3S2S11 0 1 0 1 0 1 0RRFd3d0d1d2URuo +RR2R2R2R2R2RIRABCDI3I2I1I0IRUIIRUIIRUIIRUIIRRRFRRRR403122132161 281241 221各支路电流IR为：S0S3S2S11 0 1 0 1 0 1 0RRFd3d0d1d2URuo +RR2R2R2R2R2RIRABCDI3I2I1I0I)2222(20011223343322

4、1100ddddRUdIdIdIdIIREF)2222(2001122334oddddRRUIRuFRF3 D/A 转 换 器 的 主 要 技 术 指 标（1）分辨率分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为：（2）转换精度D/A转换器的转换精度是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。（3）输出建立时间从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为输出建立时

5、间。001.0102311211016.3 A/D转换器转换器1 逐 次 逼 近 型 A/D 转 换 器输出数字量输入模拟电压uoui顺序脉冲发生器逐次逼近寄存器D/A转换器电压比较器转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为1000。这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与ui进行比较。若uiuo，说明数字过大了，故将最高位的1清除；若uiuo，说明数字还不够大，应将这一位保留。然后，再按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要

6、求的数字量输出。Q1 Q2 Q3 Q4 Q5uiD CD CD CD CD C&11&uoCPucd2(22)d1(21)d0(20)G1 G2 G3G4 G5G6G7G8=1(ui uo)=0(uiuo)uc=S C RS C RS C R3 位 D/A 转换器FA Q FB Q FC QF1 F2 F3 F4 F5 +C转换开始前，先使Q1=Q2=Q3=Q4=0，Q5=1，第一个CP到来后，Q1=1，Q2=Q3=Q4=Q5=0，于是FA被置1，FB和FC被置0。这时加到D/A转换器输入端的代码为100，并在D/A转换器的输出端得到相应的模拟电压输出uo。uo和ui在比较器中比较，当若uiu

7、o时，比较器输出uc=1；当uiuo时，uc=0。第二个CP到来后，环形计数器右移一位，变成Q2=1，Q1=Q3=Q4=Q5=0，这时门G1打开，若原来uc=1，则FA被置0，若原来uc=0，则FA的1状态保留。与此同时，Q2的高电平将FB置1。第三个CP到来后，环形计数器又右移一位，一方面将FC置1，同时将门G2打开，并根据比较器的输出决定FB的1状态是否应该保留。第四个CP到来后，环形计数器Q4=1，Q1=Q2=Q3=Q5=0，门G3打开，根据比较器的输出决定FC的1状态是否应该保留。第五个CP到来后，环形计数器Q5=1，Q1=Q2=Q3=Q4=0，FA、FB、FC的状态作为转换结果，通过门G6、G7、G8送出。2 A/D 转 换 器 的 主 要 技 术 指 标（1）分辨率A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟电压的变化范围为05V，输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V2820mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V2121.22mV。（2）相对精度在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。（3）转换速度转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。