数模和模数转换器ppt

1、第14章 数模和模数转换器14.1 数模转换器 14.2 模数转换器 14.3 数字电路应用(yngyng)举例/soft/appid/16287.html共二十八页学习目标(mbio)及考核标准 掌握数模转换和模数转换电路的基本组成(z chn)及其工作原理。共二十八页 数字电路、计算机只能对数字信号进行处理，其结果为数字量。然而，自然界中绝大多数的物理量都是连续变化(binhu)的模拟量。例如温度、速度、压力等。这些模拟量经传感器转换后所产生的电信号也是模拟信号。若要数字装置或计算机对这些信号进行处理，就必须将其转换为数字信号。 将模拟量转换为数字量的过程称为(chn wi)模/数转换简称

2、A/D转换。实现A/D转换的电路被称之为模/数转换器，简称ADC（Analog to Digital Converter）。 ADC转换所得到的数字信号经计算机处理，其输出仍为数字信号。而过程控制装置往往需要模拟信号去控制，所以经计算机处理后得到的数字信号共二十八页必须转换为模拟信号。把数字量转换为模拟量的过程(guchng)称作数/模转换器，简称DAC（Digital to Analog Converter）。ADC和DAC应用(yngyng)框图如图所示。共二十八页 DAC是将数字量输入(shr)转换成模拟量输出的电子线路，它是数字处理系统与模拟系统的接口电路。14.1 数模转换器14.1

3、.1权电阻(dinz)网络DAC1.电路组成4位权电阻网络由4个不同系数电阻构成的权电阻网络、求和运算放大器、电子模拟开关S和基准电压UR4个部分组成。共二十八页2.工作(gngzu)原理各电阻值是按4位二进制数的位权大小取定：最低位对应(duyng)的电阻最大，为23R，相邻低位减半，最高位对应的电阻最小，为20R。接运放反相输入端各电子开关S受D控制共二十八页流向运放(yn fn)A点的总电流可表示为：I正比于输入(shr)的二进制数D，实现了数字量到模拟量的转换。二进制数系数按权排列，即权电阻网络共二十八页若权电阻网络(wnglu)为n位，且RfR/2，则输出电压为运放将求和后的电流转换

4、为模拟电压(diny)，其输出电压(diny)为权电阻网络DAC对电阻之间的数值要求相关较大，精度高，不便集成。共二十八页例141在力示权电阻网络DAC中，设UR8V，RfR/2，试求（1）当输入数字量D3D2D1D00001时，输出(shch)的电压值。（2）当输入数字D3D2D1D01000时，输出的电压值。（3）当输入数字量D3D2D1D01111时，输出的电压值。解：将输入(shr)数字量的各位数值代入公式即可求得各输出电压分别为（1）（2）（3）共二十八页14.1.1 R2R倒T形电阻(dinz)网络DAC1.电路(dinl)组成4位R2R倒T形电阻网络由电阻网络、求和运算放大器、电

5、子模拟开关S和基准电压UR4部分组成。共二十八页2.工作(gngzu)原理无论D1还是(hi shi)D0，各2R支路上端经S都等效为接地，其等效电路如图：无论开关合向1还是0，电路结构不变，各支路电流不变。开关状态仅仅决定电流是流向运算放大器的虚地端还是流向地端。共二十八页从输入数字信号的高位D3到低位D0，流入4个结点的电流分别(fnbi)被分流为I3I/2，I2=I/22，I1=I/23， I0=I/24。在数字量的控制下流向(li xin)求和运算放大器反相输入端A点的电流为：实现了数字量到模拟量的转换共二十八页经求和(qi h)运算放大器将电流I转换为电压的输出为： R2R倒T形电阻

6、网络DAC是目前应用最多的DAC集成电路，按输入的二进制数的位数可分为(fn wi)8位、10位、12位和16位等。如DA7520，其引脚排列及连接电路如图所示。共二十八页14.1.3 DAC的主要(zhyo)技术指标1.分辨率2.转换(zhunhun)精度 指最小输出电压与最大输出电压之比，也是最小输入数字量1与最大输入数字量2n-1之比。 是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。 它是由于参考电压UR偏离标准值、运算放大器的零点漂移、模拟开关的压降及电阻值的偏差等原因所引起的。 除此之外，应选用多位数DAC、选用稳定度高的参考电压源和低零漂的运算放大器与之配合。共二十八页

7、14.2 模数转换器1.电路(dinl)组成如图是逐次(zh c)逼近型ADC的组成框图。 由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数模转换器和电压比较器4部分组成。2.工作原理 先设定一个数字量DA，并将DA经DAC转换成模拟量UA后，与待转换的模拟量UX比较，如果比较结果UA=UX，则可确定所转换成的数字量为DA。共二十八页4位逐次(zh c)逼近型ADC原理图 顺序脉冲发生器由5位环形计数器构成，输出5个时间上有一定先后顺序的CP脉冲，送给逐次(zh c)逼近寄存器。共二十八页 逐次逼近寄存器由4个D触发器构成，在顺序脉冲CP1至CP2的推动下，记忆每次由电压比较器比较的结果，并进行修改设定向

8、DAC提供新的二进制输入(shr)数码。待转换的模拟电压UX送到电压比较器的同相输入端，比较器的反相输入端为DAC输出的模拟电压UA，将最终比较结果经4个D触发器以数字量的形式输出，比而完成AD转换。 如设DAC为4位R-2R倒T形，基准电压UR=-10V，待转换的模拟(mn)电压UX=6.88V，工作前各触发器清零。 工作时，首先由顺序脉冲发生器发出脉冲CP1=1，经非门使D触发器F4直接置1，于是Q4=1，Q3、Q2、Q1保持0态。共二十八页 这一设定(sh dn)数字量经DAC转换成模拟量UA，且Rf=R，则： 得UA=-5V，小于UX=6.88V，说明该设定量DA=1000太小，下次比

9、较时，该位数Q4=1应保留，同时应将第三位Q3增为1。 接着，由顺序脉冲分配器发出脉冲CP2，它供给F4作为时钟脉冲，由于UAUX，比较器输出为低电平，D3=0，使得Q3=0，同时，CP3经非门又使F2直接置1，故Q4=1，Q3=0，Q2=1，Q1=0，这时，UA=6.25V，小于UX=6.88V。 继之，发出CP4，作为F2的时钟脉冲，由于UAUX，比较器输出又是高电平，D2=1，故Q2=1保留，同时，CP4又使F1直接置1，故Q4=1，Q3=0，Q2=1，Q1=1，这时，UA=6.875V，略小于UX。 最后，发出CP5作为F1的时钟脉冲，由于UAUX，D1=1，Q4=1，Q3=1，Q2=

10、1，Q1=1不变。误差小于数字量的最低位，所以(suy)DA=1011即为由模拟量6.88V转换而来的数字量DX。共二十八页14.2.3 ADC的主要(zhyo)技术指标1.分辨率2.相对(xingdu)精度 以输出二进制数的位数表示分辨率，位数越多，误差越小，分辨率越高，转换精度也越高。 相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。在理想的情况下，所有的转换点应当在一条直线上。3.转换速度 是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。共二十八页14.3 数字电路应用(yngyng)举例14.3.1 交通信号灯故障检测(j

11、in c)电路正常情况 红灯R亮为禁止通行；黄灯Y亮为清空占道区；绿灯G 可以通行。正常时只有一个灯亮，否则为故障现象。 R Y G F0 0 0 10 0 1 00 1 0 00 1 1 11 0 0 01 0 1 11 1 0 11 1 1 1 输入变量为1表示灯亮，输入变量为0灯不亮。输出为F，有故障时输出为1，正常时输出为0。共二十八页有故障(gzhng)时的逻辑式为：化简可得：如用与非门实现(shxin)，则将上式变换为共二十八页 故障时，晶体管导通，继电器KA通电，其触点闭合，故障指示灯H亮。将光电检测元件安装在交通信号灯旁，光电检测元件输出(shch)经放大器送到RYG三端，交通

12、信号灯亮则为高电平，不亮则为低电平。共二十八页14.3.2 数字(shz)万用表 测量时，输入直流电压UX经过量程选择电路加到ADC上，将它转换为数字量，然后由译码显示(xinsh)电路显示(xinsh)出测量结果。共二十八页14.3.3 数字(shz)转速表 它由光电脉冲(michng)转换电路、放大器、整形电路、基准时间脉冲(michng)发生器、计数器及译码器和数字显示器等组成。共二十八页 测量转速需要的基准时间由石英晶体振荡器和分频电路产生。基准时间产生标准秒脉冲。将秒脉冲和被测光电脉冲信号同时送到与门电路，这样就能测量出在每秒内送到计数器的脉冲数，当然就可以得出(d ch)每分钟的脉冲数，然后再经译码器使数码显示管显示转速来。共二十八页谢谢(xi xie)观看！共二十八页内容摘要第14章 数模和模数转换器。然而，自然界中绝大多数的物理量都是连续变化的模拟量。ADC转换所得到的数字信号经计算机处理，其输出仍为数字信号。而过程控制装置往往需要模拟信号去控制，所以经计