第八单元ADDA转换-概述.ppt
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1、 8.1 概述 8.2 数/模(D/A)转换器 8.3 模/数(A/D)转换器 退 出 第8单元 数/模、模/数转换 学习要求 模数转换和数模转换的工作原理; R-2R倒T型电阻网络D/A转换器的工作原 理; 逐次比较型的A/D转换转换器的工作原理 ; 模数转换和数模转换的主要参数; 掌握常用数模转换器的使用方法。 8.1 概述 感官和器件接触和接收的是模拟信号 ,在存储在传送中使用的是数字信号。 把数字信号转变为相应的模拟信号的电 路称为数模(D /A)转换器,简称为DAC。 把模拟信号转变为相应的数字信号的电 路称为模数( A/D)转换器,简称为ADC。 利用D/A转换、A/D转换的系统
2、想一想:你身边有哪些电子产品内需要A/D转换器和 D/A转换器? 检测电路 模拟电 信号 A/D转 换 数字电路 或计算机 系统 D/A转换喇叭、显像管等 声音、图 像等 利用D/A转换、A/D转换的系统 模拟信号 模拟信 号 数字信 号 数字信 号 8.2 数/模(D/A)转换器 8.2.1 D/A转换器的基本原理 对于有权码,先将每位代码按其权的大小转换成相 应的模拟量,然后相加,即可得到与数字量成正比的 总模拟量,从而实现数字/模拟转换。 1R-2R倒T型电阻网络D/A转换器 所以,无论Si处于何种位置,与Si相连的2R电阻 均接“地”(地或虚地)。 当Di=1时,Si接运算放大器反相输
3、入端(虚地), 电流Ii流入求和电路;当Di=0时,Si将电阻2R接地。 822 电阻网络D/A转换器 模拟 开关 数码 从任一端口左边往右看,对地电阻都为R,每一端 口都可以看作两路分流,所以,越往右后电流越小。 节点对地等效电阻 基准电流: I=VREF/R , 流过各开关支路(从右到左)的电流分别为 I/2、I/4、I/8、I/16 。 分析计算: 流入运算放大器反相端的总电流I为: 运算放大器的输出电压为 : 上式括号内为n位二进制数的十进制数值,可用NB表示。 如果使式中Rf=R,则上式可以改写为: 将数码推广到n位的情况,可得出输入数字量与输出模拟量 之间的一般表达式: 分析计算:
4、 2D/A转换器的输出方式 n按输出方式分有:数字电流型和数字 电压型。 n数字电流型要加一个电压放大器。 n按输出极性分有:单极性(只有负电压 或只有正电压)和双极性(从负电压变 化正到正电压)。 1.转换精度 3DAC的主要性能指标 (2)转换误差比例系数误差、失调误差、非线性误差。 此外,也可用D/A转换器的最小输出电压(数字量: 00000001)与最大输出电压(数字量:全1)之比来表示分 辨率,N位D/A转换器的分辨率可表示为 1/(2n-1)。 (1)分辨率D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等 级数。 输入数字量位数越多,分辨率越高。所以,在实际应用中 ,常用数字量的位数表示D/
5、A转换器的分辨率。 最小 vO= - KNB = - K1 最大 vO= - KNB = - K(2n-1) vO= - KNB 2.转换速度 在输入不变的情况下,输出模拟电压随温度变化产生的变 化量。一般用满刻度输出条件下温度每升高1,输出电压 变化的百分数作为温度系数。 (2)转换速率(SR)在大信号工作状态下模拟电压的变 化率。 (1)建立时间(tset)当输入的数字量发生变化时,输出 电压变化到相应稳定电压值所需时间。最短可达0.1S。 3. 温度系数 4集成电阻网络D/A转换器的应用 DAC0832带有两个输入数据缓冲寄存器,是一种单 电源(+5+15V)的CMOS型器件。其参考电压
6、VREF 可在-9V+9V范围内选择,转换速度约为1s。 D/A转换器在实际电路中应用很广,它不仅常作为接口 电路用于微机系统,而且还可利用其电路结构特征和输入、 输出电量之间的关系构成数控电流源、电压源、数字式可编 程增益控制电路和波形产生电路等。 DAC0832的功能示意图和外引线图 下图是一个单极性电压输出的电路原理图,根据 数字量转换,得到的输出电流Iout1通过运算放大 器的反馈电阻 流向放大器的输出端,其输出 电压为 。 数字输入 下图是一个双极性电压输出电路原理图,其输出 电压 数字输入 DAC0832的应用电路 想一想:要求输出电压的最大值为10V,分辨率为10mV,则 最少应
7、选用多少位的DAC? 8.2.2 一位D/A转换器 一位D/A转换器:把数字量的大小转换成不同脉冲宽度或 不同脉冲频率的一种转换器。 一位(bit)数模转换器由于电路简单、失真小、内置数字滤波 器,可以提高输出模拟信号的信噪比等原因,在音频DAC中应用得 非常多。 一位D/A转换波形图 由于输入的模拟信号在时间上是连续量,所以一般的A/D转 换过程为: 取样、保持、量化和编码。如图所示。 83 模/数(A/D)转换器 8.3.1 A/D转换的基本原理 1A/D转换原理 模拟信号数字信号 采 样 保 持 量 化 编 码 D/A转换的信号处理过程 (1)采样和保持 采样:把在时间上是连续的输入模拟
8、信号ui转换成在 时间上是断续的信号,输出脉冲波的包络仍反映输入信号 幅度的大小。 取样定理,采样信号的频率fs和输入模拟信号的最高频 率fimax之间必须满足下述条件: fs2fimax 因为每次把取样电压转换为相应的数字量都需要一定 的时间,所以在每次取样以后,必须把取样电压保持一段 时间。 (2)量化和编码 在用数字量表示取样电压时,也必须把它化成这个最 小数量单位的整倍数,这个转化过程就叫做量化。所规定 的最小数量单位叫做量化单位,用S表示。 编码是把量化的数值用二进制代码表示。把编码后 的二进制代码输出就得到A/D转换的输出信号,对同一 正弦波,若S越小,误差将越小,编码时所需二进制
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