第章AD与DA转换器ppt课件

1、第一节第一节 D/A转换器转换器第二节第二节 A/D转换器转换器第三节第三节 A/D与与D/A转换器的运用举例转换器的运用举例A/D与与D/A转换器在现代医学成像系统中的运用转换器在现代医学成像系统中的运用第一节第一节 D/A转换器转换器一、一、D/A转换器的任务原理转换器的任务原理二、二、D/A转换器的主要技术目的转换器的主要技术目的三、集成三、集成D/A转换器转换器四、四、D/A转换器的输出方式转换器的输出方式 D/A转换器是将一组输入的二进制数转换成相应转换器是将一组输入的二进制数转换成相应数量的模拟电压或电流的电路。数量的模拟电压或电流的电路。 常见的常见的D/A转换器有权电阻网络、倒

2、转换器有权电阻网络、倒T形电阻网形电阻网络、权电流型、权电容网络和开关树型等络、权电流型、权电容网络和开关树型等D/A转换转换器。器。 D/A转换器数字量的输入方式有并行输入和串行转换器数字量的输入方式有并行输入和串行输入两种类型。输入两种类型。 一、一、D/A转换器的任务原理转换器的任务原理 D/A转换器的输入量是数字量转换器的输入量是数字量 和基准电压和基准电压 ,输出模拟量为输出模拟量为 nDRURnnOUDKu式中式中 是与是与n有关的系数，有关的系数， 是是n位二进制数位二进制数 nKnD00112n2n1n1n012n1nn22.22.ddddaaaaD di为第为第i位代码，它为

3、位代码，它为1或或0。每一位。每一位1所代表的数值大所代表的数值大小不同，即小不同，即 “权不同。权不同。n位二进制数位二进制数 从最高位从最高位MSB到最低位到最低位LSB的权依次为的权依次为2n-1、2n-2、21、20。nD 代码代码didi为为1 1时，开关接到时，开关接到URUR上，该支路电流上，该支路电流IiIi流流向加法运算放大器；向加法运算放大器； 1. 权电阻网络权电阻网络D/A转换器转换器反相加法反相加法运算放大器运算放大器电阻网络电阻网络电子开关电子开关参考电压参考电压代码代码di为为0时，开关接地，该支路电流时，开关接地，该支路电流Ii为为0 。由反相比例运算放大器的由

4、反相比例运算放大器的“虚断和虚断和“虚地，有虚地，有)III(IRiRu0123FFO而而03R012R12R23R32,2,2,dRUIdRUIdRUIdRUI且且RR21F因此因此)2222(2001122334ROddddUu 对于对于n位输入的权位输入的权电阻网络电阻网络D/A转换器，转换器，输出电压与输入数字输出电压与输入数字代码之间的关系表达代码之间的关系表达式为式为 nnR00112n2n1n1nnRO2)22.22(2DUddddUu 代码代码didi为为1 1时，开关接反相输入端虚地，该支时，开关接反相输入端虚地，该支路电流路电流IiIi流向运算放大器；流向运算放大器； 2.

5、 倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器代码代码di为为0时，开关接地，该支路电流时，开关接地，该支路电流Ii流向接地端。流向接地端。反相加法反相加法运算放大器运算放大器倒倒T形形电阻网络电阻网络参考电压参考电压电子开关电子开关假设假设RR F那么那么有有)2222(2001122334ROddddURiu 对于对于n位输入的倒位输入的倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器，转换器，输出电压与输入数字代输出电压与输入数字代码之间的关系表达式为码之间的关系表达式为 nnR00112n2n1n1nnRO2)22.22(2DUddddUu由图可得由图可得012316842dIdIdIdIi无论开

6、关接反相端还是接地，各支路电流不变无论开关接反相端还是接地，各支路电流不变RUIR且且二、二、D/AD/A转换器的主要技术目的转换器的主要技术目的1. 分辨率分辨率2. 转换误差转换误差3. 转换时间转换时间指指DAC能分辨的最小输出模拟变化量能分辨的最小输出模拟变化量 12nmaxU常用输入数字量的有效位数表示，如常用输入数字量的有效位数表示，如8位、位、16位等。位等。 指指D/A实践转换特性与理想转换特性之间的最大误实践转换特性与理想转换特性之间的最大误差。普通差。普通DAC的转换误差不会超越的转换误差不会超越 LSB21集成集成D/A转换器有多种类型转换器有多种类型三、集成三、集成D/

7、AD/A转换器转换器 按性能分，有通用型、高速型、高精度型等；按性能分，有通用型、高速型、高精度型等； 按内部构造分，有包含数字存放器的和不包含数字按内部构造分，有包含数字存放器的和不包含数字存放器的；存放器的； 按位数分，有按位数分，有8位、位、12位和位和16位等；位等； 按输出模拟信号分，有电流输出型和电压输出型。按输出模拟信号分，有电流输出型和电压输出型。 DAC0832是一个八位的是一个八位的D/A转换器，即输入转换器，即输入八位数字量后，经过外接的运算放大器，可以获八位数字量后，经过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。得相应的模拟电压值。DAC 0832电路框图电路框图DA

8、C 0832 管脚陈列图管脚陈列图片选输入端，片选输入端，低电平有效低电平有效写命令写命令1端，端，低电平有效低电平有效模拟地端模拟地端D0 D3数字量输入数字量输入反响电阻反响电阻外接端外接端数字地端数字地端参考电压参考电压输入端输入端模拟电流模拟电流输出端输出端D4 D7数字量输入数字量输入 传送控制端，传送控制端，低电平有效低电平有效 写命令写命令2端，端，低电平有效低电平有效电压输入端电压输入端允许数字量输入允许数字量输入端，高电平有效端，高电平有效四、四、D/AD/A转换器的输出方式转换器的输出方式 常用的常用的D/A转换器输出的模拟量是电流。要输转换器输出的模拟量是电流。要输出模拟

9、电压，在出模拟电压，在D/A转换器的输出端还需求添加电转换器的输出端还需求添加电路，将电流转换为电压。路，将电流转换为电压。 根据输出电压范围的不同，根据输出电压范围的不同，D/A转换器可以任转换器可以任务于单极性或双极性输出方式。务于单极性或双极性输出方式。1. 单极性输出方式单极性输出方式DAC0832 集成运放集成运放A 集成运放集成运放A的作用是将的作用是将DAC0832的输出电流转的输出电流转换为输出电压：换为输出电压： 8RO256DUu2. 双极性输出方式双极性输出方式 集成运放集成运放A1的作的作用是将用是将DAC0832的输的输出电流转换为输出电出电流转换为输出电压；压； 集

10、成运放集成运放A2是反是反相加法运算放大器，相加法运算放大器，可把输出电压变换为可把输出电压变换为双极性。双极性。256)128(R8OUDu转换结果转换结果0321III对对A2，由虚断得，由虚断得RuIO11RuIO2RUI2R38RO1256DUu第二节第二节 A/D转换器转换器一、一、A/D转换器的任务原理转换器的任务原理二、二、A/D转换器的主要技术目的转换器的主要技术目的三、集成三、集成A/D转换器转换器 A/D转换器是将输入模拟电压转换成相应的一组转换器是将输入模拟电压转换成相应的一组二进制数的电路。二进制数的电路。 按转换方式可分为直接按转换方式可分为直接A/D转换器和间接转换

11、器和间接A/D转转换器。换器。 A/D转换器数字量的输出方式有并行输出和串行转换器数字量的输出方式有并行输出和串行输出两种类型。输出两种类型。 一、一、A/D转换器的任务原理转换器的任务原理 逐次渐近型逐次渐近型A/D转转换器是一种反响比较型换器是一种反响比较型的直接的直接A/D转换器。转换器。 组成：时钟脉冲源、组成：时钟脉冲源、逐次渐近存放器、逐次渐近存放器、D/A转换器、控制逻辑和电转换器、控制逻辑和电压比较器等。压比较器等。 CP信号将存放器最高位置信号将存放器最高位置1；DAC 经经DAC转换为模拟电压转换为模拟电压uO； uO送入送入A与与uI比较：假设比较：假设uO uI ，将存

12、放器最高，将存放器最高位置位置0，次高位置，次高位置1，假设，假设uO uI ，将这一位的，将这一位的1保管，保管，次高位置次高位置1； 逐次逐次DA转换、比转换、比较到最低位为止。较到最低位为止。 存放器的逻存放器的逻辑形状就是对应辑形状就是对应于输入模拟电压于输入模拟电压的输出数字量。的输出数字量。 uL高电平高电平开场转换开场转换存放器存放器电压比较电压比较二、二、A/D A/D 变换器的主要技术目的变换器的主要技术目的1. 分辨率分辨率 2. 转换误差转换误差3. 转换时间转换时间 通常以输出二进制的位数表示分辨率，位数越多，通常以输出二进制的位数表示分辨率，位数越多，分辨率越高。分辨

13、率越高。 指实践输出数字量与实际输出数字量之间的差别。指实践输出数字量与实际输出数字量之间的差别。 指从转换控制信号到来开场，到输出端得到稳定指从转换控制信号到来开场，到输出端得到稳定的数字信号所需求的时间。的数字信号所需求的时间。 三、集成三、集成A/D转换器转换器ADC0801的运用接线图的运用接线图片选输入端，输片选输入端，输出允许端接地出允许端接地输入控制端，输输入控制端，输出控制端接地出控制端接地时钟脉冲输入端时钟脉冲输入端模拟信号输入端模拟信号输入端数字信号输出端数字信号输出端发光二极管发光二极管显示输出形状显示输出形状第三节第三节 A/D与与D/A转换器的运用举例转换器的运用举例

14、一、一、D/A转换器的运用转换器的运用二、二、A/DA/D转换器的运用转换器的运用一、一、D/AD/A转换器的运用转换器的运用D/A转换过程的电子仿真转换过程的电子仿真 基准电压基准电压D/A转换器转换器字符发生器字符发生器示波器示波器 设基准电压设基准电压 ，输入数字信号是由，输入数字信号是由“字符字符发生器输出的八位二进制数，并按二进制递增的顺发生器输出的八位二进制数，并按二进制递增的顺序从序从“00000000向向“11111111逐渐变化，到达最大逐渐变化，到达最大值后直接回零，并开场下一循环的递增变化。值后直接回零，并开场下一循环的递增变化。V5RU 电路输出的模拟电压电路输出的模拟电压信号可经过示波器显示，信号可经过示波器显示，是峰值为是峰值为5V的锯齿波。的锯齿波。A/D转换过程的电子仿真转换过程的电子仿真 二、二、A/DA/D转换器的运用转换器的运用输入模拟电压输入模拟电压A/D转换器转换器逻辑分析仪逻辑分析仪示波器示波器信号发生器信号