第11章DA与AD转换.ppt
2019/4/6,第11章 D/A与A/D转换,数字电子技术 Digital Electronics Technology,海南大学数字电子技术课程组 教学网址：http:/hainu.edu.cn/szjpkc 讨论空间：http:/975885101.qzone.qq.com/ E-mail: 975885101qq.com,2019/4/6,11.1 概述,1. 模-数转换 定义：模拟信号到数字信号的转换称为模-数转换，或称为A/D（Analog to Digital）。 把实现A/D转换的电路称为A/D转换器（Analog Digital Converter ADC）。,2. 数-模转换 定义：模拟信号到数字信号的转换称为模数转换，或称为A/D（Analog to Digital） 把实现D/A转换的电路称为D/A转换器（ Digital Analog Converter DAC）。,2019/4/6,典型数字控制系统框图,11.1 概述,2019/4/6,DAC,网络DAC权电阻,倒梯形电阻网络DAC,ADC,直接ADC,间接ADC,权电流型DAC,权电容型DAC,开关树型DAC,输入/输出方式,并行,串行,11.1 概述,3. 分类,2019/4/6,11.2 D/A转换器,1. 权电阻型D/A转换器,模拟开关，受Di控制。 Di =1时，模拟开关左拨； Di =0时，模拟开关右拨。,权电阻网络,求和放大器,MSB,LSB,2019/4/6,运算放大器总的输入电流为,运算放大器的输出电压为,若RF=1/2R，代入上式后则得,11.2 D/A转换器,输出电压正比于输入的数字量D=Dn-1Dn-2 D1=D0，从而实现了从数字量到模拟量的转换。,2019/4/6,当D=Dn-1D0=0时, uo =0,因而uo 的变化范围是：,当D=Dn-1D0=111时， 最大输出电压：,电路简单，器件少。但精度由电阻的精度定，此电路中阻值差别大，对集成不利。,特点：,11.2 D/A转换器,自学内容： 双级权电阻网络D/A转换器,2019/4/6,Di=1，Si将电阻接到运放反向输入端,Di=0，Si将电阻接到运放同向输入端,都是虚地，各支路电流不会变化,11.2 D/A转换器,2. 倒T形电阻网络D/A转换器,流入2R支路的电流是依2的倍速递减。,2019/4/6,流入运算放大器的电流为：,11.2 D/A转换器,运算放大器的输出电压为：,2019/4/6,若RF=R，并将I=UR/R代入上式， 则有,可见，输出模拟电压正比于数字量的输入。,11.2 D/A转换器,3.八位集成DAC0832,（1）引脚排列图,2019/4/6,11.2 D/A转换器,（2）内部结构图,2019/4/6,11.2 D/A转换器,（3） DAC0832的三种工作方式（1）,2019/4/6,11.2 D/A转换器,（3） DAC0832的三种工作方式（2）,2019/4/6,11.2 D/A转换器,（3） DAC0832的三种工作方式（3）,2019/4/6,由于模拟量时间和（或）数值上是连续的，而数字量在时间和数值上都是离散的，所以转换时要在时间上对模拟信号离散化（采样），还要在数值上离散化（量化），一般步骤为：,采样,保持,量化,编码,11.3 A / D转换器,1. A/D转换器的基本原理,2019/4/6,（1） 采样定理,模拟信号,采样信号,取样频率fS必须大于等于输入模拟信号包含的最高频率fmax的两倍，即：,11.3 A / D转换器,2019/4/6,（2） 量化和编码,量化： 将采样电压转化为数字量最小数量单位的整数倍的过程。,编码： 将量化结果用代码表示出来。,量化误差： 由于模拟量不一定能被整除。,11.3 A / D转换器,2019/4/6,例如：要将01V的模拟电压转换为三位二进制代码。,方法1：取1/8 V，0 1/8 V 的电压以0× 表示，则：,模拟电压,二进制编码,代表的模拟电压电平,可见量化误差最大达=1/8 V。,11.3 A / D转换器,2019/4/6,方法2：取2/15 V，0 1/15 V 的电压以0× 表示，则,模拟电压,二进制编码,代表的模拟电压电平,可见量化误差最大达/2=1/15 V。,11.3 A / D转换器,2019/4/6,MOS管，做模拟开关,采样控制信号,保持电容,采样输出波形,（3）采样保持电路,11.3 A / D转换器,2019/4/6,（1） 并联比较型A/D转换器,11.3 A / D转换器,1. 直接A/D转换器,2019/4/6,寄存器：由七个D触发器构成。在时钟脉冲CP的作用下，将比较结果暂时寄存，以供编码用。 ,编码器：由六个与非门构成。将比较器送来的七位二进制码转换成三位二进制代码D2、D1、D0。编码网络的逻辑关系为：,11.3 A / D转换器,2019/4/6,并联型A/D转换器的转换关系,11.3 A / D转换器,2019/4/6,例如：假设模拟输入UIN=3.8V，UR=8V。当模拟输入UIN=3.8V加到各级比较器时，由于,因此，比较器的输出C6C0为0001111。在时钟脉冲作用下，比较器的输出存入寄存器，经编码网络输出A/D转换结果：D2D1D0=100。,优点：转换速度很快。,缺点：电路复杂，转换精度较低。,11.3 A / D转换器,2019/4/6,（2）反馈比较型A/D转换器,11.3 A / D转换器,2019/4/6,（3）逐次渐进型A/D转换器,11.3 A / D转换器,2019/4/6,（1）双积分型A/D转换器,11.3 A / D转换器,2. 间接A/D转换器,2019/4/6,积分器：输入端接开关S，S受触发器Fn的控制。,当Qn=0 时，S接输入电压+Ui，积分器对输入信号电压+Ui（正极性）积分（正向积分）。,当Qn=1 时，S接基准电压-UR（负极性），积分器对基准电压-UR积分（负向积分）。,积分器输出Uo接零值比较器。,11.3 A / D转换器,零值比较器：其输出UC作为控制门G的门控信号。 ,当积分器输出Uo0时，比较器输出UC=1；,当积分器输出Uo0时，比较器输出UC=0。,2019/4/6,当零值比较器输出UC=1 时，G门开，标准时钟脉冲通过G门加到计数器；,时钟控制门G：,当零值比较器输出UC=0时，G门关，标准时钟脉冲不能通过G门加到计数器，计数器停止计数。,11.3 A / D转换器,计数器：由n+1个触发器构成，Fn-1F1F0构成n位二进制计数器，Fn实现对S的控制。,2019/4/6,11.3 A / D转换器,电压波形,2019/4/6,取样阶段：,其中=RC为积分时间常数。,当+Ui为正极性不变常量时，Uo（T1）值为：,11.3 A / D转换器,比较阶段：开关转至-UR后，积分器对基准电压进行负向积分，积分器输出为：,2019/4/6,当Uo0 时，零值比较器输出UC=0，G门关，计数器停止计数，完成一个转换周期。假设此时计数器已记录了个脉冲， 则：,11.3 A / D转换器,2019/4/6,（2）八位集成ADC0809,11.3 A / D转换器,引脚图,2019/4/6,11.3 A / D转换器,内部结构图,2019/4/6,（3）集成AD7520,11.3 A / D转换器,2019/4/6,作业,P. 548-554 11.1，11.3，11.5，11.11，11.14，11.19,
