西北工大电子技术第24章模拟量和数字量的转换

1、(7-1)第第2424章章 模拟量和数字量的转换模拟量和数字量的转换(7-2) 数数/模与模模与模/数变换器是计算机与外部数变换器是计算机与外部设备的重要接口设备的重要接口,也是数字测量和数字控也是数字测量和数字控制系统的重要部件。制系统的重要部件。 能将数字量转换为模拟量的装置称为能将数字量转换为模拟量的装置称为数数/模变换器模变换器( 简称简称D/A变换器变换器 ); 能将模拟能将模拟量转换为数字量的装置称为模量转换为数字量的装置称为模/数变换器数变换器( 简称简称A/D变换器变换器 )。(7-3) 由于构成数字代码的每一位都有由于构成数字代码的每一位都有一定的一定的“权重权重”，因此为了

2、将数字量，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码转换成模拟量，就必须将每一位代码按其按其“权重权重”转换成相应的模拟量，转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加，即然后再将代表各位的模拟量相加，即可得到与该数字量成正比的模拟量，可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成这就是构成D/A变换器的基本思想。变换器的基本思想。 D/A变换器的电路形式很多，这里变换器的电路形式很多，这里只介绍两种。只介绍两种。24.1 数模转换器数模转换器(7-4)24.1.1 T形形电阻电阻网络网络D/A转换器转换器( 以以4位为例位为例 )AB+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R

3、1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0ICD(7-5)UD = URUC = UR/ 2UB = UR/4UA = UR/8即：即： 因此，每个因此，每个 2R支路中的支路中的电流也逐位减电流也逐位减半。半。AB+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0ICD(7-6)I = I3 + I2 + I1 + I0UR2R=D3UR16RD0UR8RD1UR4RD2+=UR16R( 8D3 + 4D2 + 2D1 + 1D0 )=URRF16R( 8D3 + 4D2 + 2D1 + 1D0 )u

4、o -AB+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0ICD(7-7)24.1.2 D/A转换器转换器的主要技术指标的主要技术指标指最小输出电压和最大输出电压之比。指最小输出电压和最大输出电压之比。1.分辨率分辨率 3.线性度线性度用非线性误差的大小表示线性度。偏离理想的用非线性误差的大小表示线性度。偏离理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义分数定义 为非线性误差。为非线性误差。 4.输出电压输出电压( 电流电流 )的建立时间的建立时间2.精度精度输出模拟电压的实际值与

5、理想值之差输出模拟电压的实际值与理想值之差.从输入数字信号起从输入数字信号起,到输出电压或电流到达稳定值所需时间到输出电压或电流到达稳定值所需时间(7-8) 24.2 模数转换器模数转换器A/D转换的一般步骤转换的一般步骤 由于由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般的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：转换过程为： 取样、保持、量化和编码。取样、保持、量化和编码。CPSSADC取样保持电路ADC的量化编码电路.DDDn-110vI（ t）vI（ t）输入模拟电压取样展宽信号数字量输出（n位）(7-9) 24.2.1 逐次逼近型逐次逼近型工作原理可用天平秤重作比喻。

6、若有四个砝码工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重共重15克，每个重量分别为克，每个重量分别为8、4、2、1克。设克。设待秤重量待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量：克，可以用下表步骤来秤量：砝码重砝码重第一次第一次第二次第二次第三次第三次第四次第四次加加4克克加加2克克加加1克克8 克克砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx ，故保留，故保留砝码总重仍砝码总重仍 待测重量待测重量Wx ，故撤除，故撤除砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx ，故保留，故保留暂时结果暂时结果8 克克12 克克12 克克13 克克 结结 论论(7-10)转换框图转换框图vIREFV169VREF1

7、016设：vICvD/A 转换器转换器移位寄存器移位寄存器数据寄存器数据寄存器REFVOv控制控制逻辑逻辑模拟量模拟量0D1D2DD3QQQ2Q13031Q0Q2QQ(7-11)vIREFV169VREF1016设：RSQC1RSQC11DS1RCQ1DS1RCQ1DS1RCQ1D123401DRQQQQQABCDESCPABCDEF移位寄存器DDDD123转换器D/AVFFFFFFFFFF01234数据寄存器DDDD32100&CPQ5启动脉冲+5V+5V+5VC1REF（ MSB）（ LSB）vIvOvC1GG12FF510111111010000REF168V1111REF1612V0010100111111011010)2(2304OiiiREFDVv10100(7-12) 24.2.2 A/D 变换器的主要技术指标变换器的主要技术指标 1.分辨率分辨率：以输出二进制代码的位数表：以输出二进制代码的位数表示分辨率。位数越多，量化误差越小，示分辨率。位数越多，量化误差越小，转换精度越高。转换精度越高。2.转换速度转换速度：完成一次：完成一次A/D转换所需转换所需要的时间，即从它接到转换命令起直要的时间，即从它接到转换命令起直到输