第六章数摸、模数转换电路

1、1第六章 数摸、模数转换电路 内容提示：概 述 6.1 D/A转换器 6.2 A/D转换器本章小结 2概 述q本章讲述数模转换和模数转转的基本原理和几种常用的转换电路。qA/D转换器：能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADCqD/A转换器：能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC 。qADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口 它们在锅炉温度控制中的应用 （如图所示）多路开关数字控制计算机DACADC功率放大功率放大执行机构执行机构加热炉加热炉温度传感器温度传感器信号放大信号放大多路开关36.1 D/A转换器6

2、.1.1 D/A转换器的基本工作原理一、对D/A转换器的基本要求 1、关系示意图： 2、转换特性： 将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换uo或io输出D/Ad0d1dn 1输入76543210000 001 01 0 011 100 10 1 110 111uo(V)D4 转换特性:是指其输出模拟量与输入数字量之间的转换关系。图示是输入为4位二进制数时的D/A转换器的转换特性。理想的D/A转换器的转换特性应是输出模拟量与输入数字量成正比。即：输出模拟电压 uo=KuD或输出模拟电流

3、io=KiD。其中Ku或Ki为电压或电流转换比例系数，D为输入二进制数所代表的十进制数。如果输入为n位二进制数dn-1dn-2d1d0，则输出模拟电压为： )2222(/001122110oddddKKiunnnnuu转换为对应的十进制数5二、 D/A转换器的电路组成： 1、二进制权电阻网络D/A转换器 不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变的R2R4R8RRFI1I0I2I3IREFiFiS3S0S1S2d0d3d2d1+VREFuo+RVIRVIRVIRVIREFREFREFREF3210 2 4 86 R2R4R8RR

4、FI1I0I2I3IREFiFiS3S0S1S2d0d3d2d1+VREFuo+)2222(2248001122333321033221100ddddRVdRVdRVdRVdRVdIdIdIdIiREFREFREFREFREF)2222(22001122334oddddViRiRuREFFFd0d1d2d3Di输入的对应位7 2、倒T型电阻网络D/A转换器RRR2R2R2R2R2RRFI1I1I2I3I0I0I2I3IREFiFiS3S0S1S2d0d3d2d1+VREFuo+BCDAq 分别从虚线A、B、C、D处向右看的二端网络等效电 阻都是Rq 不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地

5、） 还是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0， 各支路的电流不变。8 RVIIRVIIRVIIRVIIREFREFREFREFREFREFREFREF16161 881441 2210123RRR2R2R2R2R2RRFI1I1I2I3I0I0I2I3IREFiFiS3S0S1S2d0d3d2d1+VREFuo+BCDARVIREFREF9 )2222(2)214181161(001122334321033221100ddddRVRVdddddIdIdIdIiREFREF)2222(2001122334oddddRRViRiRuFREFFFF RRR2R2R2R2R2RRFI1I1I2I3

6、I0I0I2I3IREFiFiS3S0S1S2d0d3d2d1+VREFuo+BCDAd0d1d2d3106.2 A/D转换器一、 A/D转换器的基本原理 1、转换过程：dn-1d1d0数字量输出(n位)ADC的数字化编码电路 CPS SCADC采样-保持电路采样展宽信号输入模拟电压ui(t)us(t)模拟电子开关S在采样脉冲CPS的控制下重复执行接通、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，采样过程中得到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。11 2、采样保持电路 +uiuoCHSA1A2uCuo, ui

7、uoui0(a) 电路图(b) 波形图 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11t采样脉冲（fS）开关驱动电路t0时刻S闭合，CH被迅速充电，电路处于采样阶段。由于两个放大器的增益都为1，因此这一阶段uo跟随ui变化，即uoui，t1时刻采样阶段结束，S断开，电路处于保持阶段。若A2的输入阻抗为无穷大，S为理想开关，则CH没有放电回路，两端保持充电时的最终电压值不变，从而保证电路输出端的电压uo维持不变，即仍然有uoui采样定理：max2isff红线标注部分为保持阶段12 3、逐次逼近型A/D转换器 1)原理框图 2）基本原理：输出数字量输入模拟电压uoui顺

8、序脉冲发生器逐次逼近寄存器D/A转换器电压比较器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uoui，说明数字过大了，故将最高位的1清除；若uoui，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。13 3) 3位逐次逼近型A/D转换器Q1 Q2 Q3 Q4 Q5ui1D C11D C11D C11D C11D C1

9、&11FF1 FF2 FF3 FF4 FF5&uoCP +Cucd2(22)d1(21)d0(20)FFA Q FFB Q FFCG1 G2 G3G4 G5QG6G7G8=1(ui0)uodn-1 dn-2 d0+TCCO=：对输入模拟电压和基准电压进行两次积分，先对输入模拟电压进行积分，将其变换成与输入模拟电压成正比的时间间隔T1，再利用计数器测出此时间间隔，则计数器所计的数字量就正比于输入的模拟电压；接着对基准电压进行同样的处理。16 逻辑控制门定时器n 位二进制计数器&输入模拟电压基准电压积分器比较器时钟输入控制门 Gn 位二进制数字输出uiVREFS1S2RCCPCO=1(uo0)=0(uo0)u