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课题二十五 模数转换的基本原理和类型 教师授课教案 课程名称：数字电子技术??? ???????????????????20 0 年至20 0年第? 学期第??? 次课 班??? 级：???????? ??????????????????????????编制日期：20 ?0年????? 月????? 日 教学单元（章节）： 9、1　A/D转换的基本原理和类型 目的要求： 1、掌握A/D转换的基本原理 2、了解A/D转换器的类型 知识要点： A/D转换听基本原理 A/D转换器的类型 技能要点： 掌握直接ADC转换原理 教学步骤： 1、由实训九提出问题，介绍A/D及D/A转换概念 2、介绍A/D转换原理及转换器类型 教具及教学手段： 课堂讲授 提问与提示 作业布置情况： 课后习题9、3；9、5 课后分析与小结： 授课教师：???????????????????????? ??????????授课日期：20???? 年???? 月???? 日 ? 教??? 学??? 内??? 容 板书或旁注 实训 9 中输入的是脉冲波形，输出为什么是一个模拟的电压量？ 74LS161 在电路中起什么作用？DAC0832是什么芯片？ A/D转换（模拟/数字转换）和D/A转换（数字/模拟转换）是现代数字化设备中不可缺少的部分。它是数字电路和模拟电路的中间接口电路 一、A/D转换的基本原理 A/D转换器（ADC）是一种将输入的模拟量转换为数字量的转换器 需4个步骤：采样、保持、量化和编码。一般前两步由采样保持电路完成，量化和编码由ADC来完成 1．采样与保持 采样：就是将一个时间上连续变化的模拟量转化为时间上离散变化的模拟量。实质就是将连续变化的模拟信号变成一串等距不等幅的脉冲 保持：将采样结果存储起来，直到下次采样。采样器和保持电路一起总称为采样保持电路。 如：a）是常见的采样保持电路，图（b）是采样保持过程的示意图。开关S闭合时，输入模拟量对电容C充电，这是采样过程；开关断开时，电容C上的电压保持不变，这是保持过程 2．量化与编码 量化：将采样电平归化为与之接近的离散数字电平 编码：把量化的数值用二进制数来表示 二、A/D转换器的类型（直接比较型和间接比较型。 直接比较型：将输入模拟信号直接与标准的参考电压比较，从而得到数字量。常见的有并行ADC和逐次比较型ADC 说明有器件可以实现数/模（模/数）转换，这类器件称为D/A（A/D）转换器。 ? uI（t）为输入模拟信号uO（t）为输出模拟信号 ? 采样保持电路及波形 ? 教??? 学??? 内??? 容 板书或旁注 间接比较型：输入模拟量不是直接与参考电压比较，而是将二者变为中间的某种物理量再进行比较，然后将比较所得的结果进行数字编码。这种类型常见的有双积分式V－T转换和电荷平衡式V－F转换 1．直接ADC 1）并行ADC 书本图9．6表示输出为3位的并行A/D转换的原理电路8个电阻将参考电压分成8个等级。其中7个等级的电压分别作为7个比较器的比较电平。输入的模拟电压经采样保持后与这些比较电平进行比较。当模拟电压高于比较器的比较电平时，比较器输出为1，当低于比较器的比较电平时，比较器输出为0。比较器的输出状态由D触发器存储，并送给编码器，经过编码器编码得到数字输出量。 并行ADC适用于速度要求很高，而输出位数较少的场合 2）逐次比较型ADC（又叫逐次逼近ADC） 下图为4位逐次比较型ADC的原理框图。它由比较器A、电压输出型DAC及逐次比较寄存器（简称SAR）组成。 工作原理：首先，使逐次比较寄存器的最高位B1为“1”，并输入到DAC。经DAC转换为模拟输出（1/2 Vref）。该量与输入模拟信号在比较器中进行第一次比较。如果模拟输入大于DAC输出，则B1=1在寄存器中保存；如果模拟输入小于DAC输出，则B1被清除为0。然后SAR继续令B2为1，连同第一次比较结果，经DAC转换再同模拟输入比较，并根据比较结果，决定B2在寄存器中的取舍。如此逐位进行比较，直到最低位比较完毕，整个转换过程结束。这时，DAC输入端的数字即为模拟输入信号的数字量输出。 假定模拟输入的变化范围为9/16 Vref～10/16 Vref，书本图9．8 为上述转换过程的时序波形 书本表9．1为其转换真值表 ? 逐次比较型ADC具有速度快、转换精度高的优点，目前应用相当广泛4位逐次比较型ADC原理框图 ? 教??? 学??? 内??? 容 板书或旁注 2．间接ADC 1）双积分型 双积分型ADC又称双斜率ADC。它的工作原理是，对输入模拟电压和参考电压进行两次积分，变换成和输入电压平均值成正比的时间间隔，并利用计数器测出时间间隔，计数器的输出就是转换后的数字量 2）电压/频率转换器 电压/频率转换器