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1、关于数模和模数转换(4)第1页，讲稿共29张，创作于星期二第第第第8 8章章章章 数模和模数转换数模和模数转换数模和模数转换数模和模数转换8.1 8.1 概述概述概述概述8.2 D/A8.2 D/A转换器转换器转换器转换器8.3 A/D8.3 A/D转换器转换器转换器转换器第2页，讲稿共29张，创作于星期二8.1 概述概述 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。第3页，讲稿共29张，创作于星期二8.2 D/A转换器转换器8
2、.2.1 D/A8.2.1 D/A转换器的基本原理转换器的基本原理转换器的基本原理转换器的基本原理8.2.2 D/A8.2.2 D/A转换器的构成转换器的构成转换器的构成转换器的构成8.2.3 8.2.3 集成集成集成集成D/AD/A转换器及其应用转换器及其应用转换器及其应用转换器及其应用第4页，讲稿共29张，创作于星期二8.2.1 D/A转换器的基本原理转换器的基本原理将输入的每一位二进制代码将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换按其权的大小转换成成相应的模拟量，然后将代表各位的相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加模拟量相加，所，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从得的总模拟
3、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。数字量到模拟量的转换。基基基基本本本本原原原原理理理理第5页，讲稿共29张，创作于星期二转转转转换换换换特特特特性性性性D/A转转换换器器的的转转换换特特性性，是是指指其其输输出出模模拟拟量量和和输输入入数数字字量量之之间间的的转转换换关关系系。图图示示是是输输入入为为3位位二二进进制制数数时时的的D/A转转换换器器的的转转换换特特性性。理理想想的的D/A转转换换器器的的转转换换特特性性，应应是是输输出出模模拟拟量量与与输输入入数数字字量量成成正正比比。即即：输输出出模模拟拟电电压压 uo=KuD或或输输出出模模拟拟电电流流io=KiD。
4、其其中中Ku或或Ki为为电电压压或或电电流流转转换换比比例例系系数数，D为为输输入入二二进进制制数数所所代代表表的的十十进进制制数数。如如果果输输入入为为n位位二二进进制制数数dn-1dn-2d1d0，则则输输出出模模拟拟电电压为：压为：第6页，讲稿共29张，创作于星期二（1）分辨率）分辨率分分辨辨率率用用输输入入二二进进制制数数的的有有效效位位数数表表示示。在在分分辨辨率率为为n位位的的D/A转转换换器器中中，输输出出电电压压能能区区分分2n个个不不同同的的输输入入二二进进制制代代码码状状态，态，能给出能给出2n个不同等级的输出模拟电压个不同等级的输出模拟电压。分分辨辨率率也也可可以以用用D
5、/A转转换换器器的的最最小小输输出出电电压压与与最最大大输输出出电电压压的比值来表示。的比值来表示。10位位D/A转换器的分辨率为：转换器的分辨率为：（2）转换精度）转换精度D/A转转换换器器的的转转换换精精度度是是指指输输出出模模拟拟电电压压的的实实际际值值与与理理想想值值之差之差，即最大静态转换误差。，即最大静态转换误差。（3）输出建立时间）输出建立时间从从输输入入数数字字信信号号起起，到到输输出出电电压压或或电电流流到到达达稳稳定定值值时时所所需需要要的的时间时间，称为输出建立时间。，称为输出建立时间。第7页，讲稿共29张，创作于星期二8.2.2 D/A转换器的构成转换器的构成不论模拟开
6、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，各支路的电流不变的。第8页，讲稿共29张，创作于星期二设RF=R/2第9页，讲稿共29张，创作于星期二分别从虚线A、B、C、D处向右看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。第10页，讲稿共29张，创作于星期二第11页，讲稿共29张，创作于星期二第12页，讲稿共29张，创作于星期二1DAC0832（1）DAC0832的逻辑结构DAC0832是美国国家半导体公司生产的8位D/A芯片。P209 8.2.3 集成集成D/A转
7、换器及其应用转换器及其应用第13页，讲稿共29张，创作于星期二第14页，讲稿共29张，创作于星期二本节小结：D/A转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出。成相对应的模拟信号输出。D/A转换器根据工作原理基本转换器根据工作原理基本上可分为二进制权电阻网络上可分为二进制权电阻网络D/A转换器和转换器和T型电阻网络型电阻网络D/A转换器两大类。由于转换器两大类。由于T型电阻网络型电阻网络D/A转换器只要求转换器只要求两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成D/A转换转换器普遍采用这种电路结构。
8、器普遍采用这种电路结构。如如果果输输入入的的是是n位位二二进进制制数数，则则D/A转转换换器器的的输输出电压为：出电压为：第15页，讲稿共29张，创作于星期二8.3 A/D转换器转换器8.3.1 A/D8.3.1 A/D转换器的基本原理转换器的基本原理转换器的基本原理转换器的基本原理8.3.2 A/D8.3.2 A/D转换器的构成转换器的构成转换器的构成转换器的构成8.3.3 8.3.3 集成集成集成集成A/DA/D转换器及其应用转换器及其应用转换器及其应用转换器及其应用第16页，讲稿共29张，创作于星期二8.3.1 A/D转换器的基本原理转换器的基本原理模拟电子开关S在采样脉冲CPS的控制下
9、重复接通、断开的过程。S接通时，ui(t)对C充电，为采样过程；S断开时，C上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。第17页，讲稿共29张，创作于星期二t0时刻时刻S闭合，闭合，CH被迅速充电，被迅速充电，电路处于电路处于采样阶段采样阶段。由于两个放大器的。由于两个放大器的增益都为增益都为1，因此这一阶段，因此这一阶段uo跟随跟随ui变化，变化，即即uoui。t1时刻采样阶段结束，时刻采样阶段结束，S断开断开，电路处于，电路处于保持阶段保持阶段。若。若A2的输入阻抗为无的输入阻抗为无穷大，穷大，S为理想开关，则为理想开关，则CH没
10、有放电回路没有放电回路，两端保持充电时的最终电，两端保持充电时的最终电压值不变，从而保证电路输出端的电压压值不变，从而保证电路输出端的电压uo维持不变。维持不变。场效应管 TV第18页，讲稿共29张，创作于星期二（1）分辨率）分辨率A/D转转换换器器的的分分辨辨率率用用输输出出二二进进制制数数的的位位数数表表示示，位位数数越越多多，误误差差越越小小，转转换换精精度度越越高高。例例如如，输输入入模模拟拟电电压压的的变变化化范范围围为为05V，输输出出8位位二二进进制制数数可可以以分分辨辨的的最最小小模模拟拟电电压压为为5V2820mV；而而输出输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为位二进制数
11、可以分辨的最小模拟电压为5V2121.22mV。（2）相对精度）相对精度在在理理想想情情况况下下，所所有有的的转转换换点点应应当当在在一一条条直直线线上上。相相对对精精度度是是指指实际的各个转换点偏离理想特性的误差实际的各个转换点偏离理想特性的误差。（3）转换速度）转换速度转转换换速速度度是是指指完完成成一一次次转转换换所所需需的的时时间间。转转换换时时间间是是指指从从接接到到转转换换控控制制信信号号开开始始，到到输输出出端端得得到到稳稳定定的的数数字字输输出出信信号号所所经经过过的这段时间。的这段时间。第19页，讲稿共29张，创作于星期二0uiVREF/14时，7个比较器输出全为0，CP到来
12、后，7个触发器都置0。经编码器编码后输出的二进制代码为d2d1d0000。VREF/14ui3VREF/14时，7个比较器中只有C1输出为1，CP到来后，只有触发器FF1置1，其余触发器仍为0。经编码器编码后输出的二进制代码为d2d1d0=001。8.3.2 A/D转换器的构成转换器的构成第20页，讲稿共29张，创作于星期二3VREF/14 ui5VREF/14时，比较器C1、C2输出为1，CP到来后，触发器FF1、FF2置1。经编码器编码后输 出 的 二 进 制 代 码 为d2d1d0010。5VREF/14ui7VREF/14时，比较器C1、C2、C3输出为1，CP到来后，触发器FF1、F
13、F2、FF3置1。经编码器编码后输出的二进制代码为d2d1d0=011。依此类推，可以列出ui为不同等级时寄存器的状态及相应的输出二进制数。第21页，讲稿共29张，创作于星期二第22页，讲稿共29张，创作于星期二转转换换开开始始前前先先将将所所有有寄寄存存器器清清零零。开开始始转转换换以以后后，时时钟钟脉脉冲冲首首先先将将寄寄存存器器最最高高位位置置成成1，使使输输出出数数字字为为1000。这这个个数数码码被被D/A转转换换器器转转换换成成相相应应的的模模拟拟电电压压uo，送送到到比比较较器器中中与与ui进进行行比比较较。若若uiuo，说说明明数数字字过过大大了了，故故将将最最高高位位的的1清
14、清除除；若若uiuo，说说明明数数字字还还不不够够大大，应应将将这这一一位位保保留留。然然后后，再再按按同同样样的的方方式式将将次次高高位位置置成成1，并并且且经经过过比比较较以以后后确确定定这这个个1是是否否应应该该保保留留。这这样样逐逐位位比比较较下下去去，一一直直到到最最低低位位为为止止。比比较较完完毕毕后后，寄寄存存器器中中的的状状态态就就是是所所要求的数字量输出。要求的数字量输出。原原原原理理理理框框框框图图图图基基基基本本本本原原原原理理理理第23页，讲稿共29张，创作于星期二3 3位逐次逼近型位逐次逼近型位逐次逼近型位逐次逼近型A/DA/D转换器转换器转换器转换器 （略）（略）（
15、略）（略）第24页，讲稿共29张，创作于星期二转换开始前，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FFA被置1，FFB和FFC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uiuo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FFA被置0，若原来uc=0，则FFA的1状态保留。与此同时，Q2的高电平将FFB置
16、1。第三个CP到来后，环形计数器又右移一位，一方面将FFC置1，同时将门G2打开，并根据比较器的输出决定FFB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FFC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，FFA、FFB、FFC的状态作为转换结果，通过门G6、G7、G8送出。工作原理工作原理工作原理工作原理第25页，讲稿共29张，创作于星期二基本原理基本原理基本原理基本原理：对输入模拟电压和基准电压进行两次积分，先对输入模拟电压进行积分，将其变换成与输入模拟电压成正比的时间间隔T1，再利用计数器测出此时间间隔，则计数器所计的数字量就正比于输入的模拟电压；接着对基准电压进行同样的处理。原理电路原理电路原理电路原理电路（略）（略）（略）（略）第26页，讲稿共29张，创作于星期二第27页，讲稿共29张，创作于星期二8.3.3 集成集成A/D转换器及应用转换器及应用（略）（略）第28页，讲稿共29张，创作于星期二感谢大家观看第29页，讲稿共29张，创作于星期二