数模和模数转换1学习教案

1、会计学1数模和模数转换数模和模数转换1第一页，共41页。传感器放大器A/D转换转换(zhunhun)微型微型(wixng)计算机计算机控制对象D/A转换转换温度时间电加热炉热电偶执行机构第1页/共41页第二页，共41页。 能将数字量转换为模拟量的装置(zhungzh)称为数/模变换器( 简称D/A转换器 Digital Analog Converter); 能将模拟量转换为数字量的装置(zhungzh)称为模/数变换器( 简称A/D变换器 Analog Digital Converter)。 数数/ /模与模模与模/ /数转换器是计算机与外部设备数转换器是计算机与外部设备(wi b (wi b

2、 sh bi)sh bi)的重要接口的重要接口, ,也是数字测量和数字控制系统的也是数字测量和数字控制系统的重要部件。重要部件。第2页/共41页第三页，共41页。变换型变换型间接型反馈比较型并联比较型直接型权电容网络开关树型权电流型形电阻网络倒权电阻网络FVTVDADACDACDACDACTDACAD/第3页/共41页第四页，共41页。D111101D/AA(电压(diny) 或 电流)？ 由于构成数字代码由于构成数字代码(di m)(di m)的每一位都有一定的的每一位都有一定的“权权重重”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码位代码(

3、di m)(di m)按其按其“权重权重”转换成相应的模拟量，然转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加，即可得到与该数字量成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，这就是构成正比的模拟量，这就是构成D/AD/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(xngsh)很多，这里只介绍两种。第4页/共41页第五页，共41页。11.2.1 权电阻(dinz)网络D/A转换器权电阻网络模拟开关求和放大器000, 0,IOIViVVRiAA，且必有当接成深度负反馈时，为理想放大器，即设负反馈放大器：这种变换器由这种变换器由“电子模拟开关电子模拟开关”、“

4、权电阻求和权电阻求和网络网络”、“运算运算放大器放大器”和和“基基准准(jzhn)电源电源”等部分组成。等部分组成。一、电路一、电路(dinl)结构和工作原理结构和工作原理第5页/共41页第六页，共41页。权电阻网络模拟开关求和放大器控制受数字0303ddSS点流向时，时，iiiiIdId100RVIRVIRVIRVIRVIREFREFREFREFiREFi031221302222权电流：第6页/共41页第七页，共41页。权电阻网络模拟开关求和放大器)2222(2)222()(0011223340312230123ddddVdRVdRVdRVdRVRIIIIRiRVREFREFREFREFRE

5、FFFFO输出电压：2RRF显然，输出模拟电压的大显然，输出模拟电压的大小直接小直接(zhji)(zhji)与输入与输入 二二进制数的大小成正比，从进制数的大小成正比，从而实现了数字量而实现了数字量 到模拟量到模拟量的转换的转换 。第7页/共41页第八页，共41页。希望用较少类型(lixng)的电阻，仍然能得到一系列权电流第8页/共41页第九页，共41页。RRRR所以所以(suy)，无论，无论Si处于何种位置，与处于何种位置，与Si相连的相连的2R电阻均接电阻均接“地地”（地或虚地）。（地或虚地）。图中图中S0S3为模拟开关，由输入为模拟开关，由输入(shr)数码数码Di控制，控制，当当Di=

6、1时，时，Si接运算放大器反相输入端（虚地），电流接运算放大器反相输入端（虚地），电流(dinli)Ii流入求和电路；流入求和电路；当当Di=0时，时，Si将电阻将电阻2R接地。接地。可算出，基准电可算出，基准电流流 I I= =V VREFREF/ /R R，则流过各开关支路则流过各开关支路（从右到左）的电（从右到左）的电流分别为流分别为 I I/2/2、I I/4/4、I I/8/8、I I/16/16。于是得总电流：于是得总电流：)16()8()4()2(0123IdIdIdIdi第9页/共41页第十页，共41页。流入地端时，流入时，iiiiIdiId01DVddddRVRRiVREFR

7、EFO40011223342222221)()16()8()4()2(0123IdIdIdIdi第10页/共41页第十一页，共41页。DVddddRVRRiVnnREFnnnnnREFO222222100112211)(位输入时，应有对REFnnOnnVVD2120120,范围为为“正”取“负”则得OREFVVDVddddRVRRiVREFREFO40011223342222221)(第11页/共41页第十二页，共41页。7520CB实例：第12页/共41页第十三页，共41页。为进一步提高为进一步提高D/A转换器的转换精度转换器的转换精度(jn d)，可采用权电流型，可采用权电流型D/A转换器

8、。转换器。iiiffffODRIDDDDRIDIDIDIDIRRiv22)2222(2)16842(3040011223340123DDD(LSB)(MSB)SSSS00112233R+AvoifI24I8I16IVREFD第13页/共41页第十四页，共41页。 权电流(dinli)型D/A转换器DAC0808的电路结构框图IO是求和电流的 输 出 端 。V R E F +和VREF接基准(jzhn)电流发生电路中运算放大器的反相输入端和同相输入端。COMP供外接补偿电容之用。VCC和VEE为正负电源输入端。第14页/共41页第十五页，共41页。DAC0808是是8位权电流型位权电流型D/A转

9、换器，其中转换器，其中D0D7是数字量输入是数字量输入(shr)端。端。用这类器件构成的用这类器件构成的D/A转换器时，需要外接运算放大器和产生基准电流用的电阻转换器时，需要外接运算放大器和产生基准电流用的电阻R1。当当VREF=10VVREF=10V、R1=5kR1=5k、Rf=5kRf=5k时，时，输出输出(shch)(shch)电压电压为：为：7087018221022iiiiiiREFfODDRVRv第15页/共41页第十六页，共41页。DAC0808 D/A转换器输出与输入转换器输出与输入(shr)的关系（的关系（ 设设VREF=10V）第16页/共41页第十七页，共41页。第17页

10、/共41页第十八页，共41页。D/A*将符号(fho)位反相后接至高位输入*将输出偏移使输入为100时，输出为01第18页/共41页第十九页，共41页。VVVVVVVVddddddVVVOOOOOREF410071111001000022228810120011223则则)(.*将符号位反相后接至高位输入*将输出(shch)偏移使输入为100时，输出(shch)为0即可只需令时，输入时，使输入偏移RVIRViIRVIiVVREFBBBREFO2222100010042,.第19页/共41页第二十页，共41页。输入数字量位数越多，分辨率越高。所以，在实际输入数字量位数越多，分辨率越高。所以，在实

11、际(shj)(shj)应应用中，常用字量的位数表示用中，常用字量的位数表示D/AD/A转换器的分辨率。转换器的分辨率。 此外，也可用此外，也可用D/AD/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比来转换器的最小输出电压与最大输出电压之比来表示分辨率，表示分辨率，N N位位D/AD/A转换器的分辨率可表示为转换器的分辨率可表示为 1/1/（2 2n n-1-1）。）。121) 12(FSR1LSBnnkk最大输出电压最小输出电压分辨率第20页/共41页第二十一页，共41页。nnREFOnnREFOREFDVVDVVV221引起的误差.第21页/共41页第二十二页，共41页。移零点漂移导致的曲线漂由

12、漂移误差OpA. 2，电阻网络的偏差引起为模拟开关的导通内阻不非线性误差03.对值相加总误差：几种误差的绝*第22页/共41页第二十三页，共41页。）。的相对稳定度（试求偏差引起的误差）中，若保证由形位倒（例：REFREFREFREFVVVLSBVDACTG211075205111022121221REFREFOnnnREFOVLSBVVDDVVLSB产生的输出电压为：）时，所以（因为在输出产生的电压为,REFOnnnnREFOOREFVVDDVVVV1010212122)(,最大误差时对应为产生的由第23页/共41页第二十四页，共41页。%.0502112221221221110101111

13、101011REFREFREFREFREFOVVVVVV所以即要求第24页/共41页第二十五页，共41页。D111101A/DA(电压(diny) 或 电流) ？(max)(max),iSiSffff532一般取一、采样定理第25页/共41页第二十六页，共41页。111110101100011010001000111110101100011010001000输入信号1V7/8V6/8V5/8V4/8V3/8V2/8V1/8V0二进制代码输入信号二进制代码1V13/15V11/15V9/15V7/15V5/15V3/15V1/15V0代表的模拟电压7=7/8（V）6=6/8（V）5=5/8（V）

14、4=4/8（V）3=3/8（V）2=2/8（V）1=1/8（V）0 =0 （V）代表的模拟电压7=14/15（V）6=12/15（V）5=10/15（V）4= 8/15（V）3= 6/15（V）2= 4/15（V）1= 2/15（V）0 = 0 (V）第26页/共41页第二十七页，共41页。！加大输入电阻！减小输出电阻！Av=1第27页/共41页第二十八页，共41页。第28页/共41页第二十九页，共41页。00000001510RV0000001153151RRVV0000011155153RRVV0000111157155RRVV0001111159157RRVV00111111511159

15、RRVV011111115131511RRVV111111115151513RRVVRV151RV153RV155RV157RV159RV1511RV1513量化第29页/共41页第三十页，共41页。00000001510RV0000001153151RRVV0000011155153RRVV0000111157155RRVV0001111159157RRVV00111111511159RRVV011111115131511RRVV111111115151513RRVV输入(shr)量化 编码111110101100011010001000第30页/共41页第三十一页，共41页。*有存储器，不

16、需要S/H电路*电路规模，n位需要2n-1比较器，触发器第31页/共41页第三十二页，共41页。！简单(jindn)！慢CLKnT）最多需要（12 第32页/共41页第三十三页，共41页。.,.nVVVVIOIO”再将次高位置“”，改为“则去掉“则保留若”高位先置“1201111次就够了只要比较 n！电路(dinl)不太复杂！较快第33页/共41页第三十四页，共41页。1 0 0 0 03位：5个CLKN位: ( n+2)个CLK第34页/共41页第三十五页，共41页。IOTIIOIILVVVRCTdtRVCVVTTVSSV所以不变期间的积分，积分器作固定时间第一步，断开转换开始起始状态：计数器清零10111101121)(,.第35页/共41页第三十六页，共41页。IREFIREFITREFOOREFIVVTTTRCVTRCVTRCVdtR