数字电路基础模数与数模转换器详解演示文稿

数字电路基础模数与数模转换器详解演示文稿目前一页\总数三十九页\编于七点（优选）数字电路基础模数与数模转换器目前二页\总数三十九页\编于七点A/D

转换器

D/A

转换器

模拟

控制器

工业生产过程控制对象

模

拟

传感器

ADC和DAC已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。将温度、压力、流量、应力等物理量转换为模拟电量计算机进行数字处理（如计算、滤波）、保存等用模拟量作为控制信号数字控制

计算机概述目前三页\总数三十九页\编于七点目前四页\总数三十九页\编于七点9.1D/A转换器9.1.1D/A转换的基本原理9.1.2倒T形电阻网络D/A转换器9.1.4D/A转换器的输出方式9.1.3权电流D/A转换器9.1.5D/A转换器的技术指标9.1.6D/A转换器的应用目前五页\总数三十九页\编于七点将数字量转换为与之成正比模拟量。n位数字量1.概述DAC9.1D/A转换器模拟量1、数

/

模转换器:A

=KDO=–KNB

目前六页\总数三十九页\编于七点

数字量是用代码按数位组合而成的，对于有权码，每位代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后，将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟量，从而实现数字量--模拟量的转换。①实现D/A转换的基本思想

ND＝b4×24＋b3×23＋b2×22＋b1×21＋b0×20

＝1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×20将二进制数ND＝(11001)B转换为十进制数。9.1.1D/A转换的基本原理目前七页\总数三十九页\编于七点②

D/A转换器的组成:DAC的数字数据可以并行输入也可串行输入

用存放在数字寄存器中的数字量的各位数码

由输入数字量控制

产生权电流

将权电流相加产生与输入成正比的模拟电压目前八页\总数三十九页\编于七点③实现D/A转换的原理电路

，，,

目前九页\总数三十九页\编于七点④D/A转换器的分类:按解码网络结构分类

T型电阻网络DAC倒T形电阻网络DAC权电流DAC

权电阻网络DAC

按模拟电子开关电路分类

CMOS开关型DAC双极型开关型DAC

电流开关型DAC

ECL电流开关型DAC

D/A转

换

器目前十页\总数三十九页\编于七点9.1.2倒T形电阻网络D/A转换器Di=0,Si则将电阻2R接地Di=1,Si接运算放大器反相端，电流Ii流入求和电路

电阻网络模拟电子开关求和运算放大器输出模拟电压输入4位二进制数根据运放线性运用时虚地的概念可知，无论模拟开关Si处于何种位置，与Si相连的2R电阻将接“地”或虚地。1、4位倒T形电阻网络D/A转换器基准电压目前十一页\总数三十九页\编于七点D/A转换器的倒T形电阻网络基准电源VREF提供的总电流为：I=？流过各开关支路的电流：I3=？I2=？I1=？I0=？I/4I/8I/16RRRRI/2I/4I/8I/16I/2I3I2I1I0流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。I3=VREF/2RI2=VREF/4RI1=VREF/8RI0=VREF/16R目前十二页\总数三十九页\编于七点流入运放的总电流：

i＝I0+I1+I2+I3输出模拟电压：目前十三页\总数三十九页\编于七点4位倒T形电阻网络DAC的输出模拟电压：

n位倒T形电阻网络DAC有：

令：则O=–KNB

在电路中输入的每一个二进制数NB，均能得到与之成正比的模拟电压输出。目前十四页\总数三十九页\编于七点AD7533D/A转换器使用:1)要外接运放，2)运放的反馈电阻可使用内部电阻，也可采用外接电阻）2.集成D/A转换器10位CMOS电流开关型D/A转换器目前十五页\总数三十九页\编于七点关于D/A转换器精度的讨论(1)基准电压稳定性好；(2)倒T形电阻网络中R和2R电阻比值的精度要高；(4)为实现电流从高位到低位按2的整数倍递减，模拟开关的导通电阻也相应地按2的整数倍递增。为进一步提高D/A转换器的精度，可采用权电流型D/A转换器。

为提高D/A转换器的精度，对电路参数的要求：

(3)每个模拟开关的开关电压降要相等目前十六页\总数三十九页\编于七点Di=1时，开关Si接运放的反相端;

Di=0时，开关Si接地。9.1.3权电流D/A转换器1.4位权电流D/A转换器目前十七页\总数三十九页\编于七点在恒流源电路中，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压降的影响，这样降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。目前十八页\总数三十九页\编于七点实际的权电流D/A转换器电路电压恒定各BJT的发射结电压相等基准电流产生电路++-目前十九页\总数三十九页\编于七点9.1.4D/A转换器的输出方式8位D/A转换器在双极性输出时的输入/输出关系0000000010000000……111111100000000110000001……11111111模拟量数字量MSB

LSB目前二十页\总数三十九页\编于七点

目前二十一页\总数三十九页\编于七点9.1.5D/A转换器的主要技术指标分辨率：其定义为D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。n位DAC最多有2n个模拟输出电压。位数越多D/A转换器的分辨率越高。分辨率也可以用能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比给出。n位D/A转换器的分辨率可表示为1、分辨率目前二十二页\总数三十九页\编于七点2、转换精度：转换精度是指对给定的数字量，D/A转换器实际值与理论值之间的最大偏差。产生原因：由于D/A转换器中各元件参数值存在误差，如基准电压不够稳定或运算放大器的零漂等各种因素的影响。几种转换误差：有如比例系数误差、失调误差和非线性误差等3、转换速度：4、温度系数：目前二十三页\总数三十九页\编于七点9.1.6集成D/A转换器的应用(1)数字式可编程增益控制电路

D2

D7

uO

D0

D1

2R

2R

2R

2R

R

R

R

D8

D9

R

R

R

uI

2R

2R

2R

-

+

RF

IOUT1

IOUT2

VREF

目前二十四页\总数三十九页\编于七点

D2

D7

uOD0

D1

2R

2R

2R

2R

R

R

R

D8

D9

R

R

R

uI2R

2R

2R

-

+

RF

IOUT1

IOUT2

VREF

uO

-

+

R

uIOUT2I

IOUT1

倒T形电阻网络OVIAuu=Iout1＝

I0+I1+I2+…I9根据虚断有:目前二十五页\总数三十九页\编于七点(2)

脉冲波产生电路74163具同步清零功能74163和与非门构成十进制计数器：0000~1001目前二十六页\总数三十九页\编于七点9.3A/D转换器9.3.1A/D转换器的基本原理9.3.2A/D转换器的构成9.3.3集成A/D转换器及其应用目前二十七页\总数三十九页\编于七点9.3.1A/D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。目前二十八页\总数三十九页\编于七点t0时刻S闭合，CH被迅速充电，电路处于采样阶段。由于两个放大器的增益都为1，因此这一阶段uo跟随ui变化，即uo＝ui。t1时刻采样阶段结束，S断开，电路处于保持阶段。若A2的输入阻抗为无穷大，S为理想开关，则CH没有放电回路，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uo维持不变。目前二十九页\总数三十九页\编于七点3.量化与编码

要实现A/D转换,还必须将取样-保持电路的输出表示为最小数单位的整数倍。将数字连续的模拟量转换为数字量的过程称为量化。量化的方法，一般有舍尾取整法和四舍五入法。A/D转换一般要经过取样、保持和量化、编码几个过程。目前三十页\总数三十九页\编于七点（1）分辨率A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟电压的变化范围为0～5V，输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－8＝20mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－12≈1.22mV。（2）相对精度在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。（3）转换速度转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。目前三十一页\总数三十九页\编于七点0≤ui＜VREF/15时，7个比较器输出全为0，CP到来后，7个触发器都置0。经编码器编码后输出的二进制代码为d2d1d0＝000。VREF/15≤ui＜3VREF/15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。9.3.2A/D转换器的构成目前三十二页\总数三十九页\编于七点3VREF/15≤ui＜5VREF/15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d2d1d0＝010。5VREF/15≤ui＜7VREF/15时，比较器C1、C2、C3输出为1，CP到来后，触发器FF1、FF2、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。目前三十三页\总数三十九页\编于七点目前三十四页\总数三十九页\编于七点转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为100…0。这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与ui进行比较。若ui＞uo，说明数字过大了，故将最高位的1清除；若ui＜uo，说明数字还不够大，应将这一位保留。然后，再按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。原理框图基本原理目前三十五页\总数三十九页\编于七点3位逐次逼近型A/D转换器目前三十六页\总数三十九页\编于七点转换开始前，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ui＜uo时，比较器输出uc=1；当u