第七章数模和模数转换器

第七章数模和模数转换器第一页，共31页。TableofContents7.1模数转换器DAC7.2数模转换器ADC第二页，共31页。掌握数模转换的基本概念、组成框图熟悉倒T型电阻网络数模转换器的组成和工作原理熟悉逐次逼近型ADC0809的引脚功能和应用能查阅手册，识读数模转换集成电路的引脚第三页，共31页。数模转换器（DAC）第一节第四页，共31页。7.1.1 T型电阻DAC7.1.2

倒T型电阻DAC第五页，共31页。7.1.1 T型电阻DAC1．电路组成S0~S3：4个电子模拟开关，分别受输入的数字信号D0~D3

控制。

当Di=0时，开关Si

切换到接地端；当Di=1时，开关接向基准电压VREF。图7.1.1第六页，共31页。2．工作原理②从任一模拟开关Si

到接地端或虚地端的等效电阻为3R。如图15.1.1（b）所示。①从任一节点向左或向右到接地或虚地端的等效电阻相等，其大小为2R。图7.1.1特点第七页，共31页。2．工作原理②每1位按权的大小转换成相应的模拟量。为了将数字量转换成模拟量，必须将二进制的每1位按权的大小转换成相应的模拟量。

①n位二进制数每1位的权。一个n位二进制数可表示为，D=dn-1dn-2…d1d0,其最高有效位MSB到最低位有效位LSB的权位依次为2n-1，2n-2，…，21，20。基本原理③将代表各位的模拟量再相加，这样就可以得到与该数字量成正比的模拟量。第八页，共31页。2．工作原理计算

模拟开关Si

是接向基准电压VREF，还是接向地端，受到输D3D2D1D0

入的二进制数码控制。i

的一般表达式为：

第九页，共31页。2．工作原理计算

模拟开关Si

是接向基准电压VREF，还是接向地端，受到输D3D2D1D0

入的二进制数码控制。输出电压vo为：第十页，共31页。2．工作原理计算

模拟开关Si

是接向基准电压VREF，还是接向地端，受到输D3D2D1D0

入的二进制数码控制。对于n位T型网络DAC，可推广为

输出模拟电压vo

与输入数字量成正比，比例系数为-VREF/2n。第十一页，共31页。

[例7-1] 有一个5位T型电阻DAC，VREF=10V，Rf=3R，D4D3D2D1D0=11010，试求出输出电压vO=？

解 由上述公式可得第十二页，共31页。7.1.2 倒T型电阻DAC

1．电路组成图7.1.2第十三页，共31页。

2．工作原理

基准电压VREF

流出的电流I为输出电压为vO：输入数码为任意值时，i

的一般表达式为：

第十四页，共31页。模数转化器（ADC）第二节第十五页，共31页。7.2.1

模数转换的基本原理7.2.2

并行比较型ADC7.2.3

逐位比较型ADC第十六页，共31页。采样：就是对连续变化的模拟信号定时进行测量，抽取样值。通过采样，一个在时间上连续变化的模拟信号就转换为随时间断续变化的脉冲信号。7.2.1 模数转换的基本原理

1．采样和保持图7.2.1第十七页，共31页。

(1)采样过程

图15.2.1（a）为一个受控的模拟开关，构成采样器。vS到来时，V导通，vO=vI

采样器在采样脉冲的控制下,把输入的模拟信号变换为脉冲信号，如图15.2.1（b）所示。1．采样和保持图7.2.1第十八页，共31页。

(2)采样—保持电路为了便于量化和编码，需要将每次采样取得的样值暂存，保持不变，直到下一个采样脉冲的到来。这就要接一个保持电路。1．采样和保持图7.2.2第十九页，共31页。

2．量化和编码图7.2.3第二十页，共31页。

2．量化和编码

量化误差：采样后得到的样值不可能刚好是某个量化基准值，总会有一定的误差，这个误差称为量化误差。

量化：就是把采样电压转换为以某个最小单位电压的整数倍的过程。分成的等级称为量化级，称为量化单位。

编码：就是用二进制代码来表示量化后的量化电平。第二十一页，共31页。7.2.2 并行比较型ADC

1．电路组成

由电阻分压器、电压比较器及编码电路组成。电阻分压器：确定量化电压。

编码器：对比较器的输出进行编码，然后输出二进制代码

电压比较器：用来确定采样电压的量化。图7.2.4第二十二页，共31页。

2．工作原理

①提供参考电压 由8个大小相等的电阻串联构成电阻分压器，产生不同数值的参考电压，形成共7种量化电平。

②进行电压比较，输出数字量。7个量化电平分别加在7个电压比较器的反相输入端，模拟输入电压vI

加在比较器的同相输入端。当vI

大于或等于量化电平时，比较器输出为1，否则输出为0，电压比较器用来完成对采样电压的量化。

③编码

比较器的输出送到优先编码器进行编码，得到3位二进制代码D2D1D0。第二十三页，共31页。

1．转换原理

逐位比较型A/D转换器的转换原理与天平称物的过程十分相似。

假设天平有10g、5g、2.5g、1.25g和0.625g五种砝码，欲称一质量为15.76g的物体，用天平称的过程是将砝码从大到小依次加入并与物重逐次比较：

比较结果为物重<砝码重的和，去掉加入的这个砝码，记作0。

比较结果为物重>砝码重的和，保留加入的这个砝码，记作1。

这样，将所有的砝码比较一遍后，得到了用二进制代码表示的物体质量

11001。7.2.3 逐位比较型ADC第二十四页，共31页。1．转换原理

所称的物体的质量为（10+5+0.625）g=15.625g，与物体实际质量15.76g相差0.135g。

砝码越多，用二进制表示物体质量的位数越多，误差就越小。

逐位比较法:这种用已知砝码质量逐次与未知物体质量进行比较，使天平上砝码的总质量逐次逼近被称物体质量的方法。这种用已知砝码质量逐次与未知物体质量进行比较，使天平上砝码的总质量逐次逼近被称物体质量的方法。逐位比较法7.2.3

逐位比较型ADC第二十五页，共31页。2．电路框图与工作原理图7.2.5第二十六页，共31页。2．电路框图与工作原理

（1）控制电路使数码寄存器的输出为100，经D/A转换器变为相应的电压，送入比较器C与采样电压比较。若vI>vF

，则将最高位的1保留，反之就清除，使最高位为0。

（3）一直比较到最低位为止。这样，数码寄存器中的数码就是A/D转换后的数码。

（2）接着控制器将次高位置1，再经D/A转换器变为相应的电压，送到比较器C与采样电压再比较，同样方法来决定该位为1还是0。第二十七页，共31页。

1．数模转换器的功能是将数字信号转换为模拟信号。

2．模数转换器有并行比较型ADC和逐位比较型ADC。第二十八页，共31页。1.试画出计算机信号处理系