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1、第十一章 数-模（D/A）和模-数（A/D）转换第1页/共37页11.1 概述一、用途及要求传感器放大器A/D转换微型计算机控制对象D/A转换温度时间！精度！精度！速度！速度电加热炉热电偶执行机构第2页/共37页三、分类第3页/共37页11.2 D/A转换器D111101D/AA(电压 或 电流)？第4页/共37页11.2.1 权电阻网络D/A转换器一、电路结构和工作原理第5页/共37页第6页/共37页 优缺点：优缺点：1.1.优点：简单优点：简单 2.2.缺点：电阻值相差大，缺点：电阻值相差大，难于保证精度，且大电阻难于保证精度，且大电阻不宜于集成在不宜于集成在ICIC内部内部第7页/共37
2、页11.2.2 倒T形电阻网络DAC希望用较少类型的电阻，仍然能得到一系列权电流第8页/共37页RRRR第9页/共37页第10页/共37页第11页/共37页第12页/共37页11.2.6 具有双极性输出的DAC当输入数字量有极性时，希望输出的模拟电压也对应为。一、原理例：输入为3位二进制补码。最高位为符号位，正数为0，负数为1补码输入补码输入补码输入补码输入对应的对应的对应的对应的十进制十进制十进制十进制要求的要求的要求的要求的输出输出输出输出D2 D1 D0D2 D1 D00 01 11 1+3+3+3V+3V0 01 10 0+2+2+2V+2V0 00 01 1+1+1+1V+1V0 0
3、0 00 00 00V0V1 11 11 1-1-1-1V-1V1 11 10 0-2-2-2V-2V1 10 01 1-3-3-3V-3V1 10 00 0-4-4-4V-4V第13页/共37页原码输入原码输入原码输入原码输入对应的对应的对应的对应的输出输出输出输出偏移后偏移后偏移后偏移后的输出的输出的输出的输出D2 D1 D0D2 D1 D01 11 11 1+7V+7V+3V+3V1 11 10 0+6V+6V+2V+2V1 10 01 1+5V+5V+1V+1V1 10 00 0+4V+4V0V0V0 01 11 1+3V+3V-1V-1V0 01 10 0+2V+2V-2V-2V0
4、00 01 1+1V+1V-3V-3V0 00 00 00V0V-4V-4V补码输入补码输入补码输入补码输入对应的对应的对应的对应的十进制十进制十进制十进制要求的要求的要求的要求的输出输出输出输出D2 D1 D0D2 D1 D00 01 11 1+3+3+3V+3V0 01 10 0+2+2+2V+2V0 00 01 1+1+1+1V+1V0 00 00 00 00V0V1 11 11 1-1-1-1V-1V1 11 10 0-2-2-2V-2V1 10 01 1-3-3-3V-3V1 10 00 0-4-4-4V-4VD/A*将符号位反相后接至高位输入*将输出偏移使输入为100时，输出为01
5、第14页/共37页二、电路实现*将符号位反相后接至高位输入*将输出偏移使输入为100时，输出为0第15页/共37页11.2.7 DAC的转换精度与速度一、转换精度1.分辨率（理论精度）用输入数字量的二进制数码位数给出 n位DAC,应能输出0 2n-1个不同的等级电压，区分出输入的000到111，2n-1个不同状态2.转换误差（实际精度）用最低有效位的倍数来表示有时也用绝对误差与输出电压满刻度的百分数来表示第16页/共37页二、误差分析第17页/共37页第18页/共37页第19页/共37页第20页/共37页D111101A/DA(电压 或 电流)？11.3 A/D11.3 A/D转换器转换器11
6、.3.1 A/D11.3.1 A/D转换的基本原理转换的基本原理输入连续变化电压，输出为不连输入连续变化电压，输出为不连续的数字量续的数字量第21页/共37页二、量化和编码1.量化：将采样电压表示为最小数量单位（）的整数倍2.编码：将量化的结果用代码表示出来（二进制，二-十进制）3.量化误差：当采样电压不能被整除时，将引入量化误差第22页/共37页11.3.2 抽样保持电路！加大输入电阻！减小输出电阻！Av=1第23页/共37页第24页/共37页11.3.3 并联比较型A/D转换器并联比较型量化第25页/共37页输入量化 编码111110101100011010001000第26页/共37页2
7、、特点*快，CLK触发信号到达到输出稳定建立只需几十纳秒*精度，受参考电压、分压网络等因素影响*有存储器，不需要S/H电路*电路规模，n位需要2n-1比较器，触发器第27页/共37页11.3.4 反馈比较型A/D转换器1.计数型基本原理：取一个“D”加到DAC上，得到模拟输出电压，将该值与输入电压比较，如两者不等，则调整D的大小，到相等为止，则D为所求值！简单！慢第28页/共37页2、逐次渐近型！电路不太复杂！较快第29页/共37页1 0 0 0 03位：5个CLKN位:(n+2)个CLK第30页/共37页11.3.5 双积分型A/D转换器双积分型（V-T变换型）先将V转换成与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间内用固定频率脉冲计数第31页/共37页第32页/共37页第33页/共37页电路实现第34页/共37页11.3.6 V-F变换型A/D转换器第35页/共37页11.3.7 ADC的转换速度与转换精度一、速度取决于电路结构类型并联比较型：1微秒逐次渐近型：10100微秒/次双积分型：几十毫秒/次二、转换精度1.分辨率：以输出二进制或十进制的位数表示，说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。2.转换误差：通常以输出误差最大值的形式给出，表示实际输出的数字量和理论上应有的输出数字量之间的差别。第36页/共37页感谢您的观看！第37页/共37页