模／數(shù)轉(zhuǎn)換器與數(shù)／模轉(zhuǎn)換器.ppt

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1、第十四章模／數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)／模轉(zhuǎn)換器第一節(jié)A/D轉(zhuǎn)換器第二節(jié)D/A轉(zhuǎn)換器小結(jié)習(xí)題十四返回總目錄*第一節(jié)A／D轉(zhuǎn)換器A／D轉(zhuǎn)換(模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換)和D／A轉(zhuǎn)換(數(shù)字／模擬轉(zhuǎn)換)是現(xiàn)代數(shù)字化設(shè)備中不可缺少的部分，它是數(shù)字電路和模擬電路的中間接口電路。典型的數(shù)字控制系統(tǒng)框圖一、A／D轉(zhuǎn)換的基本原理A／D轉(zhuǎn)換器：是一種將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的轉(zhuǎn)換器，簡稱ADC。要將連續(xù)變化的模擬量變?yōu)殡x散的數(shù)字量，通常要經(jīng)過四個(gè)步驟：采樣、保持、量化和編碼。前兩步由取樣保持電路完成，量化和編碼由A／D轉(zhuǎn)換電路來完成。1采樣與保持（1）采樣：就是將模擬信號按一定時(shí)間間隔抽取樣值的過程。其過程的實(shí)質(zhì)：將連續(xù)

2、變化的模擬信號變成一連串等距不等幅的脈沖。模擬信號的取樣過程（2）保持：信號的取樣過程往往是非常短暫的，為了使后續(xù)電路能很好的對取樣結(jié)果進(jìn)行處理，通常要將結(jié)果存儲(chǔ)起來，直到下次取樣，這個(gè)過程稱作保持。取樣-保持電路圖取樣-保持電路波形圖2量化和編碼量化：用數(shù)字量表示模擬量時(shí)，需要先將取樣電平歸一化為與之接近的基準(zhǔn)值，這個(gè)過程稱為量化。編碼：把量化的數(shù)值用二進(jìn)制數(shù)碼來表示稱作編碼。把變化范圍在0～7V間的模擬電壓轉(zhuǎn)換為3位二進(jìn)制代碼的數(shù)字信號量化與編碼方法示意圖1）概念：取樣后得到的樣值不可能剛好是某個(gè)量化基準(zhǔn)值，總會(huì)有一定的誤差。2）相關(guān)量：量化級越細(xì)，量化誤差就越小，但是，所用的二

3、進(jìn)制代碼的位數(shù)就越多，電路也將越復(fù)雜。量化誤差。二、并行比較型A/D轉(zhuǎn)換電路1電路組成3位并行比較型A/D轉(zhuǎn)換電路由電阻分壓器、電壓比較器及編碼電路組成。電阻分壓器用以確定量化電壓，電壓比較器(C1～C7)用來確定取樣電壓的量化，編碼器對比較器的輸出進(jìn)行編碼，然后輸出二進(jìn)制代碼Q2Q1Q0。電路組成及各部分作用：2工作原理參考電壓UREF經(jīng)過電阻分壓器分壓，形成七個(gè)比較電平：（7／8）UREF、（6／8）UREF、…、（1／8）UREF。它們分別接到電壓比較器C7～C1的反相輸入端。當(dāng)輸入電壓ui大于比較器的某一比較電平時(shí)，該比較器輸出高電平1，反之則輸出低電平0。當(dāng)輸入的模擬電壓

4、ui在0～UREF之間變化時(shí)，并行A/D轉(zhuǎn)換電路將按不同的值轉(zhuǎn)換出對應(yīng)的3位二進(jìn)制代碼，從而實(shí)現(xiàn)了A／D間信號的轉(zhuǎn)換。三、逐位比較型A/D轉(zhuǎn)換電路簡介1轉(zhuǎn)換原理逐位比較型A/D電路的轉(zhuǎn)換原理與天平稱物的原理十分相似。用已知砝碼重量逐次與未知物重進(jìn)行比較，使天平上累加砝碼的總重量逐次逼近被稱物重的方法也稱為逐次逼近法。逐次逼近法2電路框圖與工作原理逐位比較型A/D轉(zhuǎn)換電路框圖由控制電路、數(shù)碼寄存器、D／A轉(zhuǎn)換器及電壓比較器C等四部分電路組成。（1）電路組成3位A/D轉(zhuǎn)換為例（2）工作過程首先，控制電路使數(shù)碼寄存器的輸出為100，經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換器變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓uf，送入比較器C與取樣電壓

5、ui比較。若ui>uf，則將最高位的1保留；反之就清除，使最高位為0。接著控制器將次高位置1，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變?yōu)橄鄳?yīng)電壓uf，送到比較器C與取樣電壓ui再比較，同樣方法來決定該位為1還是為0。最后比較到最低位為止。這樣，數(shù)碼寄存器中保存的數(shù)碼就是A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)碼了。返回*第二節(jié)D／A轉(zhuǎn)換器D／A轉(zhuǎn)換器：是一種將離散的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為連續(xù)變化的模擬量的電路,簡稱DAC（DigitaltoAnalogConverter）。數(shù)字量:是用按數(shù)位組合起來的二進(jìn)制代碼表示的，每位代碼都有一定的權(quán)。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，必須將每一位的代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表每位的模擬量相加

6、，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比。D/A轉(zhuǎn)換器的基本組成：電阻譯碼網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、基準(zhǔn)電源和求和運(yùn)算放大器。一、D/A轉(zhuǎn)換的基本原理1.D/A轉(zhuǎn)換的示意圖將輸入的二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓，經(jīng)運(yùn)算放大器C的緩沖，輸出模擬電壓uo。2.D/A轉(zhuǎn)換器作用：二、權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器4位二進(jìn)制權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換電路原理圖1.權(quán)電阻為譯碼網(wǎng)絡(luò)，S0～S3為模擬開關(guān)，C為運(yùn)算放大器，UREF為基準(zhǔn)電源。2.電阻網(wǎng)絡(luò)的各電阻的值呈二進(jìn)制權(quán)的關(guān)系，并與輸入二進(jìn)制數(shù)字量對應(yīng)的位權(quán)成比例關(guān)系。3.D3、D2、D1和D0分別控制模擬電子開關(guān)S3、S2、S1和S0的工作狀態(tài)。當(dāng)Di為“1”時(shí)，開關(guān)Si接通參

7、考電壓UREF，反之當(dāng)Di為“0”時(shí)，開關(guān)Si接地。電路說明：若運(yùn)算放大器的反饋電阻則：對于n位的權(quán)電阻D／A轉(zhuǎn)換器，其輸出電壓為優(yōu)點(diǎn)：電路結(jié)構(gòu)簡單，適用于各種權(quán)碼；主要缺點(diǎn)：構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)電阻的阻值范圍較寬，品種較多。在集成電路中很少采用這種D/A轉(zhuǎn)換器。4.權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D／A轉(zhuǎn)換器的優(yōu)缺點(diǎn)：三、倒T型D/A轉(zhuǎn)換器4位R—2R倒T型D/A轉(zhuǎn)換器當(dāng)Di為“1”時(shí)，開關(guān)Si接通右邊，相應(yīng)的支路電流流入運(yùn)算放大器；當(dāng)Di為“0”時(shí)，開關(guān)Si接通左邊，相應(yīng)的