模拟量和数字量的转换课件

1、模拟量和数字量的转换演讲者 耿福 组长 陈贤杰 组员 邓红波 董伟 凌承志 安全1001演讲内容 一、D/A转换器转换原理 二、A/D转换器转换原理 三、A/D转换器分类及应用介绍将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换器(简称D/A转换器或DAC)将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换器(简称A/D转换器或ADC) DAC是英文Digital-Analog Converter的缩写 ADC是英文Analog-Digital Converter的缩写一、D/A转换器 1.1倒T形电阻网络D/A转换器 D/A转换器有很多种，目前生产的D/A转换器中大多采用倒T形电阻网络这种结构。 其电路如下图所示

2、。 1.电路 计算时注意事项 （1）在图1.1中，00，11，22，33左边部分电路的等效电阻均为R。计算时注意事项 （2）不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）或接地（即数字信号是否导通）各支路的电流时不变的。参考电压输入的电流为而后根据分流公式得出各支流电路 13221RUIIRR22241RUIIRR31281RUIIRR402161RUIIRRRUIRR)2222(200112233401ddddRUIR由此可得出电阻网络的输出电流 运算放大器输出短的模拟电压 则为0U)2222(2001122334010ddddRURIRURFF 如果输入的是n位二进制数，则)2.22(20

3、022110dddRURUnnnnnRF 当取 ,则上式为RRF)2.22(20022110dddRURUnnnnnRF 有上式可知： 的最值为 最小值为 ； 最大值为 。0UnRU2nRnU212）（10242210n 1.2数字量与模拟量的关系 数模转换器集成电路芯片种类很多，按输入的二进制的位数分类有8位、10位、12位和16位等。 下面介绍CC7520输入数字量与输出模拟量的关系，其中001. 0102311 -2110模拟量和数字量的转换1.3D/A转化器的主要技术指标)2222(28 -0011223340ddddU 1.分辨率 D/A转换器的分辨率是指最小输出电压与最大输出电压之

4、比。例如10位D/A转换器的分辨率为 2.精度 转化器的精度是指输出的模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。该误差是由参考电压偏离标准值、运算放大器的零点漂移、模拟开关的电压降以及电阻阻值的偏差等原因所引起的。 3.线性度 4.输出电压（或电流）的建立时间 5电源抑制比二、A/D转换器 2.1逐次逼近型A/D转换器 A/D转换器也有很多种，下面介绍目前用的较多的逐次逼近型A/D转换器。2.1逐次逼近型A/D转换器 其工作原理可用天平称重过程来比喻说明。好比用4个分别重8g，4g，2g，1g的砝码去称重13g物体，称重顺序见表2.1。 表2.1逐次逼近称物一例顺序砝码重量比较判断该砝

5、码是否保留或除去18g8g13g留28g+4g12g13g去48g+4g+1g13g=13g留2.2A/D转换器原理 逐次逼近型A/D转换器一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、D/A转换器和电压比较器等几部分组成，其原理方框图如图2.2：顺序脉冲发生器CP逐次逼近型寄存器DAC电压比较器输出数字量输入电压U1U0图2.2逐次逼近型A/D转换器的原理方框图原理解释 转换开始，顺序脉冲发生器输出的顺序脉冲首先将寄存器的最高位置1，经D/A转换器转换为相应的模拟电压U0送入比较器与待转换的输入电压U1进行比较。 若U0U1，说明数字量过大，将最高位的1除去，而将次高位置1；若U0U1，说明数字量还

6、不够大，应将这以为的1保留，还须将下一位高位置1。 这样逐次比较下去，一直到最低位为止。寄存器的逻辑状态就是对应于输入电压U1的输出数字量。补充说明 因为模拟电压在时间上一般是连续变化量，而要输出的是数字量（二进制数），所以在进行转化时必须在一系列选定的时间间隔对模拟电压采样（见第16章16.3节）。经采样保持电路后，得出的每次采样结束时的电压就是上述待转换的输入电压U1。 下面结合图2.3的具体电路来说明逐次逼近的过程。QF3SRRF2SQRF1SQRF0SQ&d3&d2&d1&d0读出读出“与门与门”&111d3d0E读出控制端读出控制端UiUA电压

7、电压比较器比较器逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器控制逻辑门控制逻辑门时钟脉冲时钟脉冲五位顺序脉冲发生器五位顺序脉冲发生器四位逐次逼近型模四位逐次逼近型模- -数转换器的原理电路数转换器的原理电路四位四位D/A转换器转换器CQ4Q3Q2Q1Q0d2d11 0 0 06V 5. 5V4V5V1 1 0 01 0 1 01 0 1 1 6D/A转换器输出转换器输出U0为正值为正值VU/03d2d1d0dR321, 1 Ud对应于时t0t1t310001100101010001011t2R241,1dU对应于时R181,1Ud对应于时R0161,1Ud对应于时V,8 -RU设参考电压543210。输输入入

8、电电压压V52. 5I U输输出出数数字字量量转转换换完完毕毕,10110123 ddddV5 . 5 U对对应应模模拟拟电电压压)222(28-00667780dddU -2.3A/D转换器的主要技术指标 1.分辨率 以输出二进制的位数表示分辨率。位数越多，误差越小，分辨率越高。 2.转换速度 从它接到转换控制信号起，到输出端得到稳定的数字量输出所需要的时间。其中有转换一次需10ms以上的慢速ADC，需几十至几百s的中速ADC及只需几s或小于1s的高速及超高速ADC。 3.相对精度 实际转换值与理想值之间的最大偏差。 4其他 功率、电源电压、电压范围等。三、A/D转换器分类及应用介绍 （1）从原理上分 双积分型ADC、逐次逼近型ADC、并行型ADC以及 型。 （2）从转换速度上分 （3）从ADC输出的数字量最大位数（即分辨率）来分 以二进制形式输出的有8、10、12、14、16、24位等，以BCD码形式输出的有三位半，四位半及更高分辨率的。 （4）从ADC芯片内部结构分 有单独的A/D转换器，如ADC0801、AD7581型等。有功能更为强大的AD363转换器，其内部有16路模拟多路开关，数据放大器，采样/保