第十章数模与模数变换器ppt课件

1、第十章第十章 数数/模与模模与模/数变换器数变换器10.1 数数/模转换器模转换器DAC10.2 模模/数转换器数转换器ADC教教 学学 要要 求求 掌握掌握R/2R梯形网络或倒置梯形网络或倒置R/2R梯形网络梯形网络D/A转换器电路构造转换器电路构造和任务原理。和任务原理。 了解典型集成了解典型集成D/A转换器的电路构造。转换器的电路构造。 重点、难点：重点、难点： D/A转换器的电路构造和任务原理。转换器的电路构造和任务原理。 作业：作业：P422 10.1.2 D/A变换器也称为数变换器也称为数/模变换器，作用模变换器，作用是将数字量转换为模拟量是将数字量转换为模拟量A/D变换器也称为模

2、变换器也称为模/数变换器，作用是数变换器，作用是将模拟量转换为数字量的安装将模拟量转换为数字量的安装 由于构成数字代码的每一位都有一定的由于构成数字代码的每一位都有一定的“权，因此为了将数字量转换成模拟量，权，因此为了将数字量转换成模拟量，就必需将每一位代码按其就必需将每一位代码按其“权转换成相应权转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加即可得到与该数字量成正比的模拟量，加即可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成这就是构成D/A变换器的根本思想。变换器的根本思想。10.1 数数/模转换器模转换器DAC111111111/256VCC0V1/2VC

3、C1/16VCC1/32VCC1/64VCC1/128VCC1/8VCC1/4VCC+-A）（21UURRUfOfRR0221121ifOfifIRUIRUIRUIIIIIuo URS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011+-A5 kR = 80 k 这种变换器由这种变换器由“电子模拟开关、电子模拟开关、“权电阻求和网络、权电阻求和网络、“运算放大器运算放大器和和“基准电源等部分组成。基准电源等部分组成。+-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR5 kR = 80 kT1 T2SDa 当当 D = 0

4、 时，时，T1 管管饱和导通，饱和导通，T2 管截止，管截止，那么那么 S 被接地被接地 。 前者相当于开关前者相当于开关S 接到接到 “ 1 端端 ，后者，后者那么那么 相当于开关相当于开关S 接接到到“ 0 端端 。+-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR5 kR = 80 kUo = - UR RFRD3D0D1D223202122根据求和电路的结论可得：根据求和电路的结论可得： 显然，输出模拟电压的大小直接与输入显然，输出模拟电压的大小直接与输入 二进制数的大小成正比，从而实现了数字量二进制数的大小成正比，从而实现了数字量 到模拟

5、量的转换到模拟量的转换 。uo URAB+-AS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D000112RRRRI3I2I1I0ICDuo+-AS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0IABCD 结论：每个结论：每个 2R支路中的电流是支路中的电流是逐位减半的，而逐位减半的，而且大小与开关位且大小与开关位置无关。置无关。+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0IABCDI = I3 + I2 + I1 + I0UR2R=D3UR1

6、6RD0UR8RD1UR4RD2+=UR16R( 8D3 + 4D2 + 2D1 + 1D0 )=UR RF16R( 8D3 + 4D2 + 2D1 + 1D0 )uo -2 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形状，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践值与理想值之差，即最大静态转换误差。3输出建立时间从输入数字信号起

7、，到输出电压或电流到达稳定值时所需求的时间，称为输出建立时间。001. 01023112110DAC产生误差的主要缘由：产生误差的主要缘由：参考电压参考电压Vref的动摇，运算放大器的零点漂移，电阻的动摇，运算放大器的零点漂移，电阻网络中电阻值的偏向等。网络中电阻值的偏向等。 D/A变换器集成电路有多种型号。常见的变换器集成电路有多种型号。常见的有：有：DAC1132、AD7520、DAC0832等。下等。下面以面以DAC0832为例来引见集成电路为例来引见集成电路D/A变换变换器。器。 它是八位的它是八位的D/A变换器变换器,即在对其输入八即在对其输入八位数字量后，经过外接的运算放大器，可位

8、数字量后，经过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。以获得相应的模拟电压值。 以下图是它的内部简化电路框图以下图是它的内部简化电路框图 和管脚和管脚图：图：DAC 0832 简化电路框图简化电路框图八位八位存放器存放器(1)输入输入八位八位存放器存放器(2)输入输入八位八位变换器变换器URRfbIout1Iout2AGNDVCCuoDGND&ILECSWR1WR2XFERD/AD7D0.11ADC 0832 管脚分布图管脚分布图CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCURRfbDGNDLCEXFERIout1Iout212345678910191817161

9、51413121120教学要求教学要求 掌握掌握A/D转换器的电路构造和任务原理。转换器的电路构造和任务原理。 了解典型集成了解典型集成A/D转换器的电路构造。转换器的电路构造。 重点、难点：重点、难点： A/D转换器的电路构造和任务原理。转换器的电路构造和任务原理。 作业：作业：P425 10.2.2目的：目的： A/D变换器的目的是将模拟量转换变换器的目的是将模拟量转换成与之成正比的数字量。它是模拟信号和成与之成正比的数字量。它是模拟信号和数字仪器的接口。根据其性能不同，类型数字仪器的接口。根据其性能不同，类型也比较多。也比较多。10.2 模模/数转换器数转换器ADC/25q3q4q2qq

10、6q001100011010101110uxUsRRRRRRRR/2D2D1D0数字输出数字输出-+-+-+-+-+-+-+AGFECDB编编码码器器5US/153US/15US/15 电路如左图电路如左图所示。它由三所示。它由三部分组成部分组成: 分分压器、比较器压器、比较器和编码器。和编码器。精度取决于电平的划分精度取决于电平的划分输入电压输入电压ux比较器输入比较器输入A B C D E F G D2D0D1编码器输出编码器输出1 1 1 1 1 1 11111 1 1 1 1 1 0000111110 0 0 0 0 0 00000000 0 0 0 0 0000 0 00000 0

11、000 01111111111111111111000逻辑形状关系表逻辑形状关系表 10.2.3 反响比较式反响比较式ADC二二. 逐次逼近逐次逼近ADC 其任务原理可用天平秤重过程作比喻来其任务原理可用天平秤重过程作比喻来阐明。假设有四个砝码共重阐明。假设有四个砝码共重15克，每个分量克，每个分量分别为分别为8、4、2、1克。设待秤分量克。设待秤分量Wx = 13克，克，可以用下表步骤来秤量：可以用下表步骤来秤量：砝码重砝码重第一次第一次第二次第二次第三次第三次第四次第四次加加4克克加加2克克加加1克克8 克克砝码总重砝码总重 待测分量待测分量Wx ，故保管，故保管砝码总重仍砝码总重仍 待测

12、分量待测分量Wx ，故撤除，故撤除砝码总重砝码总重 待测分量待测分量Wx ，故保管，故保管暂时结果暂时结果8 克克12 克克12 克克13 克克 结结 论论10001000D / Aux(待转换的模拟电压待转换的模拟电压)uouc控控制制逻逻辑辑数码存放器数码存放器移位存放器移位存放器时钟时钟清清 0、置数、置数清清 0、置数、置数CP、(移位命令移位命令)“1形状能否保形状能否保管管控制端控制端100D / AUx=6.84Vuouc控控制制逻逻辑辑数码存放器数码存放器移位存放器移位存放器时钟时钟清清 0、置数、置数清清 0、置数、置数CP、(移位命令移位命令)“1形状能否保形状能否保管管控

13、制端控制端011111111111000000000000000000-10V 10.2.5 ADC 的主要技术目的的主要技术目的 一、转换时间：完成一次一、转换时间：完成一次A/D转换所需时转换所需时间，间， 也可定义为每秒转换的次数，即转换速度。也可定义为每秒转换的次数，即转换速度。 二、分解度：是指输出数字量最低有效位二、分解度：是指输出数字量最低有效位为为 1所需的模拟输入电压。所需的模拟输入电压。 三、量化误差：指量化产生的误差。有舍有三、量化误差：指量化产生的误差。有舍有 入：入：+ 1/2LSB 四、精度：总误差四、精度：总误差 10.2.4 双积分双积分ADC 10.2.6 集成集成ADC举例举例 ADC0809 是分辨率为八位的模数转换是分辨率为八位的模数转换组件组件,采用逐次逼近型任务原理。输入可有采用逐次逼近型任务原理。输入可有8个通道切换，输出带三态锁存缓冲器，逻个通道切换，输出带三态锁存缓冲器，逻辑电平与辑电平与TTL、CMOS电路兼容。单电源电路兼容。单电源+5V任务。任务。 A/D变换组件也有多种型号可供选择，如：变换组件也有多种型号可供选择，如：高速的，高分辨率的，高速且高精度的等等。高速的，高分辨率的，高速且高精度