(精品)第7章数模转换和

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,7,章,机械工业出版社同名教材,配套电子教案,数字电子技术基础,第,7,章 数模转换和模数转换电路,7.1,数模转换和模数转换基本概念,D/A,和,A/D,转换的必要性,数字电路和计算机只能处理数字信号，不能处理模拟信号。若要对它们处理，必须将它们转换为相应的模拟信号，才能处理。,处理完毕，有的需要恢复它们的模拟特性，有的需要转换为模拟信号后控制执行元件。, 定义, 数模转换,将数字信号转换为相应的模拟信号称为数模转换, 模数转换,将模拟信号转换为相应的数字信号称为模数转换, 数字信号与相应模拟信号之间的量化关系,【,例,7-1】,已知,U,REF,=10V,，,8,位数字量,D,=10100000B,，试求其相应模拟电压,U,A,。,D,=10100000B=160,，,2,8,=100000000B=256,解：,【,例,7-2】,已知,U,REF,=5V,，模拟电压,U,A,=3V,，试求其相应的,10,位数字电压,D,。,解：,7.2,数模转换电路,7.2.1,数模转换的主要技术指标, 分辨率, 定义,：,D/A,转换器的最小输出电压与最大输出电压之比。, 计算公式,：,1/(2,n,-1),例如,，对于一个,8,位,D/A,转换器，其分辨率为：,1/(2,8,-1)=1/2550.00392=0.392%, 转换精度, 定义,：,D/A,转换器的输出实际值与理论值之差。, 与转换精度有关的参数,转换精度是一种综合误差，反映了,D/A,转换器的整体最大误差，一般较难准确衡量。,与,D/A,转换器的分辨率、非线性转换误差、比例系数误差和温度系数等参数有关。,而这些参数与基准电压,U,REF,的稳定、运放的零漂、模拟电子开关的导通压降、导通电阻和电阻网络中电阻的误差等因素有关。, 温度系数,满刻度输出条件下，温度每变化一度，输出变化的百分比。, 建立时间,完成一次,D/A,转换所需时间。,一般小于,1s,。,7.2.2,数模转换器的工作原理, 数模转换的基本原理,图,7-2,数模转换示意图, 数模转换器的分类,按转换方式可分为权电阻网络型、,T,型电阻网络、倒,T,型电阻网络、权电流型网络和权电容型网络等；,按数字量输入位数可分为,8,位、,10,位、,12,位等。, 倒,T,型电阻网络,D/A,转换器, 电路结构,图,7-5 4,位倒,T,型电阻网络,DAC,原理图,因同相输入端接地，则反相输入端为“虚地”，无论模拟电子开关,S,i,接反相输入端或同相输入端，均相当于接地。,因此，,A,、,B,、,C,、,D,四个节点，向左看等效电阻均为,2,R,，且对地等效电阻均为,R,。,工作原理,因,D,点对地等效电阻为,R,，从,U,REF,流出的电流：,I,=,U,REF,/,R,每经过一个节点，电流被分流一半，即：,I,3=,I,/2,，,I,2=,I,/4,，,I,1=,I,/8,，,I,0=,I,/16, 特点, 电阻网络取值品种少，易提高精度，便于集成。, 各支路电流始终存在，且恒定不变，不会产生暂态过程，不会引起输出端动态误差。, 正因为不会产生暂态过程，因此可提高,D/A,转换速度。,7.2.3,集成数模转换器,典型,D/A,芯片,DAC0832,a) b),图,7-6 DAC 0832,引脚和逻辑框图,a),引脚图,b),逻辑框图,7.3,模数转换电路,7.3.1,模数转换的基本概念, 模数转换器的组成,图,7-9 A/D,转换器的组成,采样,图,7-10,采样示意图,根据采样定理，需满足,f,S,2,f,I,max,。一般取,f,S,=,（,3,5,）,f,Imax,。,其中,f,S,是采样脉冲频率，,f,Imax,是输入模拟信号频率中的最高频率。, 保持,A/D,转换期间应保持不变，否则,A/D,转换将出错。,图,7-11,采样保持电路, 量化,把采样信号表示为最小基准单位量整数倍的过程，称为,量化,。,最小基准单位量用,表示，或,LSB,表示。, 编码,量化后的信号数值用二进制代码表示，称为,编码,。即,A/D,转换器的输出信号。,A/D,转换器的主要参数, 分辨率,使输出数字量变化,1LSB,所需要输入模拟量的变化量，称为,分辨率,。,通常仍用位数表示，位数越多，分辨率越高。, 量化误差,量化误差因,A/D,转换器位数有限而引起，若位数无限多，则量化误差,0,。,量化误差与分辨率有相应关系，分辨率高的,A/D,转换器具有较小的量化误差。, 转换精度,是一种综合性误差，与,A/D,转换器的分辨率、量化误差、非线性误差等有关。主要因素是分辨率，因此位数越多，转换精度越高。, 转换时间,完成一次,A/D,所需的时间称为转换时间。,各类,A/D,转换器的转换时间有很大差别，取决于,A/D,转换的类型和转换位数。速度最快的达到,ns,级，慢的约几百,ms,。,直接,A/D,型快，间接,A/D,型慢。,并联比较型,A/D,最快，约几十,ns,；,逐次渐近式,A/D,其次，约几十,s,；,双积分型,A/D,最慢，约几十,ms,几百,ms,。,A/D,转换器的分类,近年来，在微机控制系统中，串行,A/D,逐渐占据主导地位。,按信号转换形式可分为直接,A/D,型和间接,A/D,型。,间接,A/D,型是先将模拟信号转换为其他形式信号，然后再转换为数字信号。,直接,A/D,有并联比较型、反馈比较型、逐次渐近比较型，其中逐次渐近比较型应用较广泛。,间接,A/D,有单积分型、双积分型和,V,-,F,变换型，其中以双积分型应用较为广泛。,A/D,转换后数字信号的输出形式，可分为并行,A/D,和串行,A/D,。,7.3.2,模数转换器的工作原理, 逐次渐近比较型,A/D,转换器, 电路组成,图,7-12,逐次比较型,A/D,逻辑框图, 工作原理,比较过程相当于用天平去称量一个未知量，每次使用的法码一个比一个重量少一半。多了，最轻的法码换一个重量少一半的法码；少了，再加一个重量比最轻的法码少一半的法码。逐次渐近比较，最后得到一个最接近未知量的近似值。, 特点, 转换速度快；, 转换精度高。, 双积分型,A/D,转换器, 电路组成,图,7-13,双积分型,A/D,转换器逻辑框图, 工作原理,图,7-14 A/D,积分示意图, 因需要二次积分，转换速度较慢；, 特点, 不需要,D/A,转换器，电路结构简单；, 转换不受,RC,参数精度影响，抗干扰能力强，精度高；,V,-,F,变换型,A/D,转换器, 电路组成,图,7-15,V,-,F,变换型,A/D,转换器逻辑框图,抗干扰能力强，且易于传输和检出，适用于遥测、遥感系统。, 工作原理, 特点,7.3.3,集成模拟转换器,典型芯片,8,通道,8,位,CMOS,逐次渐近比较型,A/D,转换器,ADC 0809,a) b),图,7-16 ADC 0809,引脚图和逻辑框图,a),引脚图,b),逻辑框图,ADC0809,一般用于有单片机控制的,A/D,转换。,