数字电子技术第八章的[可修改版]课件

,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,*,数字电子技术第八章的,PPT,8.1,概述,感官和器件接触和接收的是模拟信号，在存储在传送中使用的是数字信号。,把数字信号转变为相应的模拟信号的电路称为数模（,D/A,）转换器，简称为,DAC,。,把模拟信号转变为相应的数字信号的电路称为模数（,A/D,）转换器，简称为,ADC,。,利用,D/A,转换、,A/D,转换的系统,想一想：你身边有哪些电子产品内需要,A/D,转换器和,D/A,转换器？,检测电路,模拟电信号,A/D,转换,数字电路或计算机系统,D/A,转换,喇叭、显像管等,声音、图像等,利用,D/A,转换、,A/D,转换的系统,模拟信号,模拟信号,数字信号,数字信号,8,.,2,数,/,模（,D/A,）转换器,8,.,2.1 D/A,转换器的基本原理,对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现数字,/,模拟转换。,1,R-2R,倒,T,型电阻网络,D/A,转换器,所以，无论,S,i,处于何种位置，与,S,i,相连的,2,R,电阻均接“地”（地或虚地）。,当,D,i,=1,时，,S,i,接运算放大器反相输入端（虚地），电流,I,i,流入求和电路；当,D,i,=0,时，,S,i,将电阻,2,R,接地。,8,2,2,电阻网络,D/A,转换器,模拟开关,数码,从任一端口左边往右看，对地电阻都为,R,，每一端口都可以看作两路分流，所以，越往右后电流越小。,节点对地等效电阻,基准电流,:,I,=,V,REF,/,R,，,流过各开关支路（从右到左）的电流分别为,I,/2,、,I,/4,、,I,/8,、,I,/16,。,分析计算：,流入运算放大器反相端的总电流,I,为,:,运算放大器的输出电压为,:,上式括号内为,n,位二进制数的十进制数值，可用,N,B,表示。如果使式中,R,f,=R,，则上式可以改写为,:,将数码推广到,n,位的情况，可得出输入数字量与输出模拟量之间的一般表达式,:,分析计算：,2,D/A,转换器的输出方式,按输出方式分有：数字电流型和数字电压型。,数字电流型要加一个电压放大器。,按输出极性分有：单极性（只有负电压或只有正电压）和双极性（从负电压变化正到正电压）。,1.,转换精度,3,DAC,的主要性能指标,（,2,）转换误差,比例系数误差、失调误差、非线性误差。,此外，也可用,D/A,转换器的最小输出电压,(,数字量：,00000001),与最大输出电压,(,数字量：全,1,）之比来表示分辨率，,N,位,D/A,转换器的分辨率可表示为,1/,（,2,n,-1,）。,（,1,）分辨率,D/A,转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。,输入数字量位数越多，分辨率越高。所以，在实际应用中，常用数字量的位数表示,D/A,转换器的分辨率。,最小,v,O,=-,KN,B,=-,K,1,最大,v,O,=-,KN,B,=-,K,(2,n,-1),v,O,=,-,KN,B,2.,转换速度,在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般用满刻度输出条件下温度每升高,1,，输出电压变化的百分数作为温度系数。,（,2,）转换速率（,SR,）,在大信号工作状态下模拟电压的变化率。,（,1,）建立时间（,t,set,）,当输入的数字量发生变化时，输出电压变化到相应稳定电压值所需时间。最短可达,0.1,S,。,3.,温度系数,4,集成电阻网络,D/A,转换器的应用,DAC0832,带有两个输入数据缓冲寄存器，是一种单电源（,+5+15V,）的,CMOS,型器件。其参考电压,VREF,可在,-9V+9V,范围内选择，转换速度约为,1,s,。,D/A,转换器在实际电路中应用很广，它不仅常作为接口电路用于微机系统，而且还可利用其电路结构特征和输入、输出电量之间的关系构成数控电流源、电压源、数字式可编程增益控制电路和波形产生电路等。,DAC0832,的功能示意图和外引线图,下图是一个单极性电压输出的电路原理图，根据数字量转换，得到的输出电流,Iout1,通过运算放大器的反馈电阻 流向放大器的输出端，其输出电压为 。,数字输入,下图是一个双极性电压输出电路原理图，其输出电压,数字输入,DAC0832,的应用电路,想一想：要求输出电压的最大值为,10V,，分辨率为,10mV,，则最少应选用多少位的,DAC,？,8.2.2,一位,D/A,转换器,一位,D/A,转换器：把数字量的大小转换成不同脉冲宽度或不同脉冲频率的一种转换器。,一位（,bit,）数模转换器由于电路简单、失真小、内置数字滤波器，可以提高输出模拟信号的信噪比等原因，在音频,DAC,中应用得非常多。,一位,D/A,转换波形图,由于,输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般的,A/D,转换过程为：,取样、保持、量化和编码。,如图所示。,8,3,模,/,数（,A/D,）转换器,8.3.1 A/D,转换的基本原理,1,A/D,转换原理,模拟信号,数字信号,采样,保持,量化,编码,D/A,转换的信号处理过程,（,1,）采样和保持,采样：把在时间上是连续的输入模拟信号,u,i,转换成在时间上是断续的信号，输出脉冲波的包络仍反映输入信号幅度的大小。,取样定理，采样信号的频率,f,s,和输入模拟信号的最高频率,f,imax,之间必须满足下述条件,:,f,s,2f,imax,因为每次把取样电压转换为相应的数字量都需要一定的时间，所以在每次取样以后，必须把取样电压保持一段时间。,（,2,）量化和编码,在用数字量表示取样电压时，也必须把它化成这个最小数量单位的整倍数，这个转化过程就叫做量化。所规定的最小数量单位叫做量化单位，用,S,表示。,编码是把量化的数值用二进制代码表示。把编码后的二进制代码输出就得到,A/D,转换的输出信号，,对同一正弦波，若,S,越小，误差将越小，编码时所需二进制代码的位数就越多，对器件要求也越高。,2,A/D,转换器的主要技术指标,分辨率,说明,A/D,转换器对输入信号的分辨能力。,一般以输出二进制（或十进制）数的位数表示。因为，在最大输入电压一定时，输出位数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高。,（,1,）分辨率,例如，相对误差,LSB/2,，就表明实际输出的数字量和理论上应得到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字。,转换误差,它表示,A/D,转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。常用最低有效位的倍数表示。,（,2,）转换速度,可用转换时间表示,指从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。,并行比较,A/D,转换器转换速度最高；逐次比较型,A/D,转换器次之；间接,A/D,转换器的速度最慢。,（,2,）转换速度,3,A/D,转换器的分类、特点及应用,可分成并行比较型、逐次逼近型和积分型,A/D,转换器的分类、特点及应用,分类,特点,应用,并行比较型,速度最快，但设备成本较高，精度也不易做高,数字通信技术和高速数据采集技术,逐次逼近型,工作速度中等，精度也较高，成本较低,中高速数据采集系统、在线自动检测系统、动态测控系统,积分型,精度可以做得很高，抗干扰性能很强，速度很慢,数字仪表（数字万用表、高精度电压表）和低速数据采集系统,8,3,2,逐次逼近型,A/D,转换器,1,逐次逼近型,A/D,转换器原理,：,Gd,3,g,3,+d,2,g,2,+d,1,g,1,+d,0,g,0,d,i,1,有效,0,无效,有效砝码的总重量逐次逼近重物的重量：,原理框图,（,1,）清零,（,2,）触发转换过程,（,3,）等待转换过程的结束,（,4,）读取数字信号结果,脉冲,u,i,u,A,EOC,启动脉冲,数字量输出,待转换电压输入,顺序脉冲发生器,逐次逼近寄存器,数,/,模转换,电压比较器,逐次逼近型,A/D,转换器的原理框图,电压值和过程分析,假设该,A/D,转换器所用,D/A,转换最大输出电压为,1.0V,，设输入电压为,0.625V,。,3,位数码从左到右排列分别为高位、次高位、低位，若为,1,时所对应的电压值如表,:,二进制代码“,1,”,所在位置,高位,次高位,低位,相对应电压值（,V,）,0,5,0.25,0.125,逐次逼近过程发析如表,:,即当,0.625V,电压输入该,D/A,转换器，相应输出的数字信号从最高位到最低位排列是,101,。,顺序,顺序脉冲发生器数码,逐次逼近寄存器数码,uA,（,V,）,与输入电压比较结果,比较后逐次逼近寄存器锁存结果,（启动脉冲）,000,000,时钟脉冲,1,100,100,0,5,0,6250.5,100,时钟脉冲,2,110,110,0.75,0.6250.75,100,时钟脉冲,3,111,101,0.625,0.625=0.625,101,时钟脉冲,4,输出,EOC,输出锁存结果,101,2,集成,A/D,转换器的应用,（,1,）,ADC0804,引脚及使用说明,ADC0804,引脚图,ADC0804,控制信号的时序图,(2).ADC0804,的典型应用,在现代过程控制及各种智能仪器和仪表中，为采集被控（被测）对象数据以达到由计算机进行实时检测、控制的目的，常用微处理器和,A/D,转换器组成数据采集系统。单通道微机化数据采集系统的示意图如图,:,8,.,4 V/F,转换和,F/V,转换,8,.,4.1 V/F,转换,下面，介绍用专用,V/F,、,F/V,转换芯片,LM331,来实现,V/F,转换。,LM331,的内部结构和电路典型接法如图,:,LM331,构成的,V/F,转换器,8,.,4.2 F/V,转换,想一想：如果要你做一个数码录音放音器，你要参考如何选用器件？选定,ADC,器件后，请你计算一下采集,1,秒钟音频信号后得到的数据量大小。想一想,MP3,机是如何工作？,LM331,构成的,F/V,转换器,本单元,学习,指,导,把数字信号转换成模拟信号的电路称为数,/,模（,D/A,）转换。它的主要指标有：分辨率、转换精度和转换时间。,数,/,模转换器有电阻网络和一位,D/A,转换器。电阻网络,D/A,转换器是把输入数据量转换成与之相对应十进制大小成正比的电压或电流输出。一位,D/A,转换器则把是输入数据量的大小转换成脉宽的宽窄，然后通过低通滤波器取出与脉宽成正比的平均直流成分，得到模拟信号。,本单元,学习,指,导,把模拟信号转换成数字信号的电路称为模,/,数（,A/D,）转换。它的主要指标有：分辨率和转换时间。模,/,数转换器的转换步骤是：采样、保持、量化、编码。在采样时，采样频率,f,S,和输入信号最大频率,f,imax,之间的关系是：,f,S,2f,imax,。模,/,数转换器主要有并行比较型、逐次逼近型和双积分型。,电压,/,频率转换和频率,/,电压转换在某种意义上也是一种特殊的,A/D,和,D/A,转换。本章以专用,V/F,、,F/V,芯片,LM331,为例，说明如何进行进行,V/F,和,F/V,转换。,实验八,D/A,、,A/D,转换,一、实验目的,1,进一步理解,D/A,、,A/D,转换的原理，转换的方式及各自的特点。,2,了解,D/A,、,A/D,集成芯片的结构、功能测试及应用。,二、实验仪器及材料,1,仪器：,示波器,2,数字电子实验箱,3,材料：,DAC0832 8bit D/A,转换,1,片,ADC0809 8bit,逐次渐进式,A/D,转换器,1,片,LM324,通用运算放大器,1,片,74LS74,双,D,触发器,1,片,74LS02,四或非门,一片,电阻：,10k,(2,个,),按钮开关,三实验内容,1,D/A,转换器实验,LM324,工作时，,V,CC,接,+12V,，,GND,接,-12V,。按图接好线，检查电路准确无误后接通电源。按表在,DAC0832,的信号输入端,D,0,D,7,利用电平输出器输入相应的电路状态，分别用电压表测量各输入情况下对应下的模拟输出电压,V,0,，并将测试结果输入填入