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1、医用电子学基础,第八章数/模（D/A）与模/数（A/D）转换器,在过程控制和信息处理中，经常会遇到一些连续变化的物理量，如温度（体温）、压力（血压）、流量（血流）等，它们都是随时间连续变化的模拟信号。为了能使用计算机处理模拟信号，必须把模拟信号转换成相应的数字信号，方能送入数字系统进行处理。同时，还往往要求将处理后得到的数字信号再转换为相应的模拟信号作为最后的输出。 将模拟量转换为数字量的过程称为模/数转换，简称A/D转换。实现A/D转换的电路被称之为模/数转换器，简称ADC（Analog to Digital Converter）。,将数字量转换为模拟量的过程称作数/模转换，简称D/A转换。
2、实现D/A转换的电路被称之为数/模转换器，简称DAC（Digital to Analog Converter）。 如所示为典型的数字控制系统框图： 典型的数字控制系统 DAC和ADC架起了数字电路与模拟电路之间的桥梁。,第二节 D/A转换器,一、 D/A转换器的基本原理,基本原理,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。,二、D/A转换器的组成与分类,D/A转换器组成,基准电压,数码输入,电子模拟开关,解码电路,求和电路,并行输入,三、,权电阻网络D/A转换器,电阻网络,参考电压,反
3、相加法运算放大器,电子开关,代码di为1时，开关接到UR上，该支路电流Ii流向加法运算放大器;,代码di为0时，开关接地，该支路电流Ii为0。,由反相比例运算放大器的“虚断”和“虚地”，有,而,且,n位输入的权电阻网络D/A转换器，输出电压与输入数字代码之间的关系表达式,实现了数字量到模拟量转换,例10-1 权电阻网络DAC中，设UR8V，RfR/2,求 (1）当输入数字D3D2D1D00001时，输出电压值。（2）当输入数字D3D2D1D01000时，输出电压值。（3）当输入数字D3D2D1D01111时，输出电压值。,解：将输入数字量的各位数值代入公式即可求得:,（1）,（2）,（3）,图
4、3 D和uA的关系图,1111,1110,1101,1100,1011,1010,1001,0001,0010,0011,0100,0101,0111,0110,2,4,6,-6,-4,-2,D,uA,四、倒T形电阻网络D/A转换器,反相加法运算放大器,电子开关,参考电压,倒T形电阻网络,当代码di为1时，开关接反相输入端（虚地），该支路电流Ii流向运算放大器；,当代码di为0时，开关接地，该支路电流Ii流向接地端。,无论开关接反相端还是接地，各支路电流不变。,且,由图可得,若,则有,对n位输入的倒T形电阻网络D/A转换器，输出电压与输入数字代码之间的关系表达式,实现了数字量到模拟量转换,五、
5、D/A转换器的主要技术指标,1. 分辨率,2. 转换误差,3. 转换时间,指从输入数字信号到输出稳定的模拟电压或电流所需的时间。通常DAC的转换时间不大于1S。,指DAC能分辨的最小输出模拟变化量,常用输入数字量的有效位数表示，如8位、16位等。,指D/A实际转换特性与理想转换特性之间的最大误差。一般DAC的转换误差不会超过,最低有效位,第三节 A/D转换器,一、A/D转换器的工作原理,1.作用：A/D转换器是将输入模拟电压转换成数字信号的电路。,2.转换过程：为了将模拟量转换成数字量,A/D转换器要经过采样、保持、量化及编码4个过程。,uI,输入模拟量,可见，输出数字量 D 正比于输入模拟量
6、 uI 。,采样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。保持：保持采样信号，使有充分时间转换为数字信号。量化：把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的 整数倍表示。编码：把量化的结果用二进制代码表示。,O,t,u1(t),(a)模拟输入信号,O,t,( b)采样信号,O,t,(b)采样输出信号,图5 模拟信号的采样保持,O,t,uO(t),（c）采样保持信号,采样信号是否会丢失原信号的信息呢？,量化误差大小与 ADC 的位数、基准电压 VREF 和量化方法有关。,采样定理：当采样频率不小于输入模拟信号频谱 中最高频率的两倍时，采样信号可以 不失真地恢复为原模拟信号。,量化误差：因模拟电压不
7、一定能被 ULSB 整除， 量化时舍去余数而引起的误差。,fS 2 fimax,三、逐次渐近型A/D转换器,逐次渐近型A/D转换器是一种反馈比较型的直接A/D转换器。,电路组成如图10-3：时钟脉冲源、逐次渐近寄存器、D/A转换器、控制逻辑和电压比较器等。,10-3 逐次比较型ADC原理框图, CP信号将寄存器最高位置1；,DAC, 经DAC转换为模拟电压uO；, uO送入A与uI比较：若uO uI ，将寄存器最高位置0，次高位置1，若uO uI ，将这一位的1保留，次高位置1；, 逐次DA转换、比较到最低位为止。,寄存器的逻辑状态就是对应于输入模拟电压的输出数字量。,uL高电平开始转换,寄存
8、器,电压比较,第三节 A/D转换器,四、A/D 变换器的主要技术指标,1. 分辨率,2. 转换误差,3. 转换时间,通常以输出二进制的位数表示分辨率，位数越多，分辨率越高。,指实际输出数字量与理论输出数字量之间的差别。,指从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所需要的时间。,第三节 A/D转换器,五、集成A/D转换器,ADC0801的应用接线图,片选输入端，输出允许端接地,输入控制端，输出控制端接地,时钟脉冲输入端,模拟信号输入端,数字信号输出端,发光二极管显示输出状态,第三节 A/D转换器,本课程结束，非常感谢同学们的支持与肯定！祝大家接下来的考试全部都过过过过过过！,复习 重点：PN结的单向导电性；含有二极管、稳压管电路的分析。三极管工作状态的判断。2. 单管共射级放大电路输入输出特性曲线、工作状态的判断；各类放大电路的特点和分析方法，即:求静态值的估算法; 求动态值的微变电路法。3.运放分析依据；用运放组成的各类闭环电路的分析方法。电压比较器的原理和应用。4. 正弦波振荡器的工作原理。5.各类单相整流、滤波、稳压电路的工作原理、指标计算及元件选择。6. 基本门电路的逻辑功能、逻辑符号和逻辑表达式；布尔代数化简逻辑函数；复杂逻辑电路的分析与设计。加法器、编码器、译码器等常用组合逻辑电路的原理和功能。7.各类触发器的功能及动作特点。8.数模、模数转换的基本原理。,