数字电子技术基础8模数数模转换

1、数字电子技术之数字电子技术之模数模数数模转换数模转换逻辑代数基础逻辑代数基础（第一章）（第一章）集成逻辑门电路集成逻辑门电路（第三章）（第三章）记忆单元：触发器记忆单元：触发器（第五章）（第五章）时序逻辑电路时序逻辑电路（第七章）（第七章）组合逻辑电路组合逻辑电路（第四章）（第四章）脉冲产生和整形脉冲产生和整形（第六章）（第六章）存储器，可编程器件存储器，可编程器件（第八章）（第八章）D/AD/A，A/DA/D转换器转换器（第九章）（第九章）CP电子电路中的信号电子电路中的信号 模拟信号模拟信号（Analog）A/D，D/A转换器什么是模数，数模转换，有什么用处？什么是模数，数模转换，有什么用

2、处？ 数字信号数字信号（Digital）A/DD/A概概 述述一般的工业测控系统一般的工业测控系统传感器传感器温度、流量，温度、流量，压力、应力等压力、应力等放大器放大器采样采样/ /保持器保持器A/DA/D转换器转换器微处理器微处理器显示器显示器打印机打印机D/AD/A转换器转换器功率放大功率放大执行机构执行机构进行各种数据处理进行各种数据处理（如滤波，计算，（如滤波，计算，数据保存，打印）数据保存，打印）显示各种字符，曲线，显示各种字符，曲线，图形，图像等图形，图像等概概 述述A/D，D/A转换器例：自动温控系统例：自动温控系统Sensor放大器A/DMicrocomputer控制对象D/

3、A电加热炉热电偶概概 述述A/D，D/A转换器A/D,D/AA/D,D/A转换器转换器D/A倒倒T电阻电阻网络网络D/A权电权电流网流网络络D/A集成集成D/A应用应用A/D并行并行比较比较A/D逐次逐次逼近逼近A/D双积双积分分A/D概概 述述A/D，D/A转换器second：求和求和数字量是如何转换成模拟量的？数字量是如何转换成模拟量的？D111101DAA？1481632 D)61( First：按权展开按权展开 B)111101(解码网络解码网络集成运放集成运放1、 D/A转换器转换器A/D，D/A转换器一、概述一、概述数码寄存器数码寄存器模拟开关模拟开关解码网络解码网络求和电路求和电

4、路是划分是划分D/A类型的依据类型的依据D/AD/A转换器结构框图转换器结构框图A/D，D/A转换器1、 D/A转换器转换器一、概述一、概述D/AD/A转换器转换器倒倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器权电流型权电流型D/AD/A转转换器换器集成集成D/AD/A转换转换器的应用器的应用1、如何实现数模转换？、如何实现数模转换？2、转换出来的模拟量大小是多少？、转换出来的模拟量大小是多少？A/D，D/A转换器1、 D/A转换器转换器一、概述一、概述 R S3d02RuOVREF+A 2R2RR2RR2RRd1d2d3S2S1S0数字量输入数字量输入模拟开关模拟开关:d=0接地接地

5、d=1接反相端接反相端R-2R倒倒T电阻解码网络电阻解码网络求和电路求和电路模拟量输出模拟量输出二、倒二、倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器1、 D/A转换器转换器A/D，D/A转换器参考电压参考电压 S3d02RuOVREFV-V+A 2R2R2R2RIREFd1d2d3S2S1S0RRRI每个节点向上看和向每个节点向上看和向左看的等效电阻相同左看的等效电阻相同IREF /2IREF /4IREF /8IREF /16不论不论S开关在何开关在何位置，位置，2R电阻电阻上端总是虚地上端总是虚地1、 D/A转换器转换器二、倒二、倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换

6、器A/D，D/A转换器R RS3d02RIREFuOVREFV-V+A 2R2R2R2Rd1d2d3S2S1S0RRRIIREF /2IREF /4IREF /8IREF /16RIuO 32(dIREF 24dIREF 18dIREF )160dIREF R 42REFI38( dR RDRUREF 42REFUD 4224d 12d )0d A/D，D/A转换器1、 D/A转换器转换器二、倒二、倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器1、 D/A转换器转换器REFOUDu 42d3 d2 d1 d0uo0 0 0 00V0 0 0 1-0.625V0 0 1 0-1.25V0

7、0 1 1-1.875V0 1 0 0-2.5V0 1 0 1-3.125V0 1 1 0-3.75V0 1 1 1-4.375V1 0 0 0-5V1 0 0 1-5.625V1 0 1 0-6.25V1 0 1 1-6.875V1 1 0 0-7.5V1 1 0 1-8.125V1 1 1 0-8.75V1 1 1 1-9.375V4位倒位倒T型网络型网络D/A输入输出对照表（输入输出对照表（UREF=10V）分辨率分辨率0.625V,欲提高分辨率怎么办？欲提高分辨率怎么办？特点：工作速度高，只有特点：工作速度高，只有R，2R两种阻两种阻值的电阻，分散性小，便于集成，是目值的电阻，分散性小

8、，便于集成，是目前广泛采用的一种前广泛采用的一种D/A结构。结构。A/D，D/A转换器二、倒二、倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器D/AD/A转换器转换器倒倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器权电流型权电流型D/AD/A转转换器换器集成集成D/AD/A转换转换器的应用器的应用本节课的主要内容本节课的主要内容A/D，D/A转换器RF S3d0uO-VEE+Ad1d2d3S2S1S0I16I8I4I2FORIu FRdIdIdIdI)24816(3210 FIRD 42A/D，D/A转换器：一、D/A转换器1、 D/A转换器转换器三、权电流型三、权电流型D/AD/

9、A转换器转换器D/AD/A转换器转换器倒倒T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器权电流型权电流型D/AD/A转转换器换器集成集成D/AD/A转换转换器的应用器的应用本节课的主要内容本节课的主要内容A/D，D/A转换器：一、D/A转换器1、 D/A转换器转换器1(IOUT1)2(IOUT2)16(RF)d0S0S1S2S310k+Auo20k20k10k20k20k10kd1d8d920k10kUREF15(UREF)使用时需要使用时需要外接外接参考电压和集成运放参考电压和集成运放AD7520A/D，D/A转换器：一、D/A转换器1、 D/A转换器转换器四、集成四、集成DACDAC的

10、应用的应用uotQ0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9CPd0d1d2d3d4d5d6d7d8d9IOUT1IOUT2AD7520UREFRFV1010241 V1010241023 CPt- -+ +uO+10V 改变送入改变送入D/A的数字量，可以改的数字量，可以改变输出波形变输出波形想在输出端得到三角波，计数器想在输出端得到三角波，计数器应该如何计数？应该如何计数？A/D，D/A转换器1、 D/A转换器转换器四、集成四、集成DACDAC的应用的应用1 1、转换精度、转换精度2 2、转换速度：输入数码由全、转换速度：输入数码由全0 0变成全变成全1 1时，时，D/AD/A输出的模拟输出的

11、模拟量达到稳定时，且在规定误差范围内，需要的时间。量达到稳定时，且在规定误差范围内，需要的时间。（1 1）分辨率：）分辨率：D/AD/A在在理论上理论上能够达到的精度，由位数决定。能够达到的精度，由位数决定。（2 2）转换误差：实际输出的模拟量和理论值之间的差距。）转换误差：实际输出的模拟量和理论值之间的差距。理论精度理论精度实际精度实际精度A/D，D/A转换器1、 D/A转换器转换器五、五、D/AD/A转换器的指标转换器的指标A/D,D/AA/D,D/A转换器转换器D/A倒倒T电阻电阻网络网络D/A权电权电流网流网络络D/A集成集成D/A应用应用A/D并行并行比较比较A/D逐次逐次逼近逼近A

12、/D双积双积分分A/D概概 述述A/D，D/A转换器D111101ADA输入连续变化电压，输出为不连续的数字量输入连续变化电压，输出为不连续的数字量A/D，D/A转换器2、 A/DA/D转换器转换器一、概述一、概述t/nsu/v增加数字序列的位增加数字序列的位数可以提高精度数可以提高精度(max)53(max),2:iSiSffff 一一般般取取采采样样定定理理A/DA/D转换的步骤转换的步骤采样，保持，量化，编码采样，保持，量化，编码采样保持：采样保持：A/D，D/A转换器2、 A/DA/D转换器转换器一、概述一、概述A/DA/D转换的步骤转换的步骤采样保持：采样保持：量化编码量化编码将取样

13、得到的模拟电压将取样得到的模拟电压表示为最小数量单位表示为最小数量单位( () )的整数倍。的整数倍。将量化结果用代码表示将量化结果用代码表示(0) 000(1) 001(2) 010(3) 011(4) 100(5) 101(6) 110(7) 1110V1/8V2/8V3/8V4/8V5/8V6/8V7/8V1V输入电压输入电压 输出代码输出代码( 1) 1111( 2) 1111( 0) 1111( 3) 1111( 4) 1111( 5) 1111( 6) 1111( 7) 1111( 8) 1111( 9) 1111(10) 1111(11) 1111(12) 1111(13) 11

14、11(14) 1111(15) 11111/16V0V2/16V3/16V4/16V5/16V6/16V7/16V8/16V9/16V10/16V11/16V12/16V15/16V13/16V14/16V1V输入电压输入电压 输出代码输出代码A/D，D/A转换器：二、A/D转换器2、 A/DA/D转换器转换器一、概述一、概述一、一、A/DA/D转换的概念转换的概念二、二、A/DA/D转换的步骤转换的步骤三、典型的三、典型的A/DA/D转换器类型转换器类型1 1、并行比较型、并行比较型A/DA/D转换器转换器2 2、逐位逼近型、逐位逼近型A/DA/D转换器转换器3 3、双积分型、双积分型A/D

15、A/D转换器转换器速度速度A/D，D/A转换器：二、A/D转换器2、 A/DA/D转换器转换器1 1、并行比较型、并行比较型A/DA/D转换器转换器+-+-+-+-+-+-+-VREFuI编编码码器器d2d1d01/8VREF2/8VREF3/8VREF4/8VREF5/8VREF6/8VREF7/8VREFX7X6X5X4X3X2X1uIX7 X6 X5 X4 X3 X2 X1 d2 d1 d0REFV8100 0 0 0 0 0 0 0 0 0REFREFVV82810 0 0 0 0 0 1 REFREFVV83820 0 0 0 0 1 1 REFREFVV84830 0 0 0 1

16、1 1 REFREFVV85840 0 0 1 1 1 1 REFREFVV86850 0 1 1 1 1 1 REFREFVV87860 1 1 1 1 1 1 REFREFVV871 1 1 1 1 1 1 0 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1速度高，欲提高分辨率时，速度高，欲提高分辨率时，制作成本迅速增高制作成本迅速增高,抗干扰能力差。抗干扰能力差。A/D，D/A转换器：二、A/D转换器2、 A/DA/D转换器转换器三、典型的三、典型的A/DA/D转换器类型转换器类型 其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝

17、码共重1515克，每个重量分别为克，每个重量分别为8 8、4 4、2 2、1 1克。设待秤重量克。设待秤重量Wx = 13Wx = 13克，克，可以用下表步骤来秤量：可以用下表步骤来秤量：称量次数称量次数法码重量法码重量取取 舍舍暂时结果暂时结果18g保留保留8g28+4=12g保留保留12g38+4+2=14g舍去舍去12g48+4+1=13g保留保留13g2 2、逐次逼近、逐次逼近A/DA/D转换器转换器（二）、常见的（二）、常见的A/D转换器类型转换器类型A/D，D/A转换器：二、A/D转换器2 2、逐次逼近、逐次逼近A/DA/D转换器转换器（二）、常见的（二）、常见的A/D转换器类型转

18、换器类型控制电路控制电路寄存器寄存器DACDAC控制信号控制信号u uI ICPCP+ -uD输出数字量输出数字量12456780uCt3例：设电路为例：设电路为8 8位位A/DA/D转转换器，输入模拟量为换器，输入模拟量为6.84V,D/A6.84V,D/A转换器的基转换器的基准电压准电压V VREFREF=-10V=-10V，分析，分析电路工作过程电路工作过程CPD7D6D5D4D3D2D1D0000000001000000011000000101000000V5V6.25V7.5V6.875V6.718756.7968756.56256.8359375101100001010100010

19、1011001010111010101111速度较高，电路简单，速度较高，电路简单，抗干扰能力差。抗干扰能力差。A/D，D/A转换器：二、A/D转换器-+-+CP&RQN-1 . Q1 Q0 dN-1 . d1 d0 DQR1CR+uI-VREFABS1S2uOuC积分器积分器过零比较器过零比较器计数器计数器定时器定时器模拟量输入模拟量输入数字量输出数字量输出3 3、双积分、双积分A/DA/D转换器转换器（二）、常见的（二）、常见的A/D转换器类型转换器类型A/D，D/A转换器：二、A/D转换器3 3、双积分、双积分A/DA/D转换器转换器-+-+CP&RQN-1 . Q1 Q

20、0 dN-1 . d1 d0 DQR1CR+uI-VREFABS1S20 . .0 0 0+ - uOuC10 . .0 1 0 . .1 0 0 . .1 1 1 . .1 1 0 . .0 0 1第一次积分结束！第一次积分结束！0 . .0 1 0 . .1 0 0 . .1 1 1 . .0 0 00封锁封锁计数停止计数停止1 . .0 1 第二次积分结束！第二次积分结束！计数器停止计数时，输出的数字量计数器停止计数时，输出的数字量和输入的模拟量具有什么关系？和输入的模拟量具有什么关系？计数器停止时计数器停止时输出的数字量输出的数字量第二次积分时间第二次积分时间第一次积分结束时，积分第一

21、次积分结束时，积分器输出负电压的大小器输出负电压的大小输入模拟正电压的大小输入模拟正电压的大小（二）、常见的（二）、常见的A/D转换器类型转换器类型A/D，D/A转换器：二、A/D转换器-+-+CP&RQN-1 . Q1 Q0 dN-1 . d1 d0 DQR1CR+uI-VREFABS1S20 . .0 0 0+ - uOuC10 . .0 1 0 . .1 0 0 . .1 1 1 . .1 1 0 . .0 0 1第一次积分结束！第一次积分结束！dtiCUTCO 1011第一次积分结束，积分器输出电压第一次积分结束，积分器输出电压：dtRuCTI 101dtuRCTI 101OutCPNT21OU1TRCUI CPNITRCU2 第二次积分计数器的计数值第二次积分计数器的计数值D：0 . .0 1 0 . .1 0 0 . .1 1 1