模拟量和数字量的转换.ppt

第二十三章 数模变换器(DAC)、模 数变换器(ADC),23.1 D/A变换器,23.2 A/D变换器,引 言,模拟信号数字信号： A/D转换器 (ADCAnalog Digital Converter),数字信号模拟信号： D/A转换器 (DAC Digital Analog Converter),引言(续): A/D转换器、D/A转换器的应用,计算机进行各种数字处理（如滤波、计算）、数据保存、打印等,显示器显示字符、曲线、图形、图象等,23.1 D/A转换器,(1) D/A功能: 将数字量成正比地转换成模拟量,一、 D/A转换器原理,D/A 功能(续),(2) D/A的组成 由三部分电路组成,电阻网络 模拟电子开关 求和运算放大器,D/A的组成(续),输出模拟电压,S0S3: 模拟电子开关 D=0, S倒向地 D=1, S倒向VREF,电阻网络,求和运算放大器,当D3D2D1D0=0000时, S3S2S1S0都倒向地,UO=0V,(3) D/A转换原理,当D3D2D1D0=0000时,D/A转换原理(续),当D3D2D1D0=1000时, S2S1S0都倒向地， S3倒向VREF,UO=-VREF/2,当D3D2D1D0=1000时,D/A转换原理(续),当D3D2D1D0=0100 时, S3S1S0都倒向地 S2倒向VREF,当D3D2D1D0=0100时,UO=-VREF/4,D/A转换原理(续),同理可推导，当D3D2D1D0=0010时， UO= VREF/8 当D3D2D1D0=0001时， UO= VREF/16,D/A转换原理(续),根据叠加原理: UO= (D3VREF/21+ D2VREF/22 + D1VREF/23 + D0VREF/24 ) = (D3/21+ D2/22 + D1/23 + D0/24 ) VREF = (VREF /24) (23 D3 + 22 D2+ 21 D1 + 20 D0),UO = (VREF /24) (23 D3 + 22 D2+ 21 D1 + 20 D0),D/A转换原理(续),此式表明: D/A电路输出模拟电压UO与输入的 数字量D3D2D1D0成正比,（1）分辨率 分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。 分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为： （2）转换精度 D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。 （3）输出建立时间 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为输出建立时间。,三、 D/A转换器主要技术参数,23.2 A/D转换器,(1)A/D功能: 将模拟电压成正比地转换成数字量,0 5V,00000000 11111111,分辨率:5V/255=0.0196V/ 每1个最低有效位,一、 A/D功能及分类,(2)A/D转换器分类, 并联比较型 特点: 转换速度快,转换时间 10ns 1s 逐次逼近型 特点: 转换速度中,转换时间 几s 100 s 双积分型 特点: 转换速度慢,转换时间 几百s 几ms,根据内部电路不同,分为以下三类:,(3)A/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。,二、并联比较型A/D转换器（三位）原理,7VR/8,6VR/8,5VR/8,4VR/8,3VR/8,2VR/8,VR/8,UI 6VR/8时，输出=1,UI 7VR/8时，输出=1,UI 7VR/8时，输出=0,UI 6VR/8时，输出=0,UI VR/8时，输出=1,UI VR/8时，输出=0,并联比较型A/D转换器中的编码器真值表,6VR/8 UI 5VR/8 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1,5VR/8 UI 4VR/8 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0,7VR/8 UI 6VR/8 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0,VR UI 7VR/8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,4VR/8 UI 3VR/8 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1,3VR/8 UI 2VR/8 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0,2VR/8 UI VR/8 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1,VR/8 UI 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,特点：输入电压UI每增加VR/8 ，输出数字量增加1,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1000。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uiuo，说明数字过大了，故将最高位的1清除；若uiuo，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,3位逐次逼近型A/D转换器,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uiuo时，比较器输出uc=1；当uiuo时，uc=0。 第二个CP到来后，环形计数器右移一位，变成Q2=1，Q1=Q3=Q4=Q5=0，这时门G1打开，若原来uc=1，则FFA被置0，若原来uc=0，则FFA的1状态保留。与此同时，Q2的高电平将FFB置1。 第三个CP到来后，环形计数器又右移一位，一方面将FFC置1，同时将门G2打开，并根据比较器的输出决定FFB的1状态是否应该保留。 第四个CP到来后，环形计数器Q4=1，Q1=Q2=Q3=Q5=0，门G3打开，根据比较器的输出决定FFC的1状态是否应该保留。 第五个CP到来后，环形计数器Q5=1，Q1=Q2=Q3=Q4=0，FFA、FFB、FFC的状态作为转换结果，通过门G6、G7、G8送出。,工作原理,（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05V，输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V/(281)20mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V/(2121)1.22mV。 （