第13章数模模数转换概述.ppt

* * 第13章 数-模与模-数转换 13.1 概述 13.2 数模转换器 13.3 模数转换器 传感器 (温度、压力、流量等模拟量） A/D 计算机（数字量） 显示器 D/A 执行部件（模拟量控制） 打印机 13.1 概述 能够将模拟量转换为数字量的器件称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC。 能够将数字量转换为模拟量的器件称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。 ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口. ADC和DAC的应用： 被 控 对 象 D/A转换器实质上是一个译码器（解码器）。一般常用的线性D/A转换器，其输出模拟电压uO和输入数字量Dn之间成正比关系。UREF为参考电压。 一、D/A转换器的基本工作原理 13.2 数-模转换器 D/A转换器是将输入的二进制数字量转换成模拟量，以电压或电流的形式输出。 uO＝DnUREF 将输入的每一位二进制代码按其权值大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，则所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。 即：D/A转换器的输出电压uO，等于代码为1的各位所对应的各分模拟电压之和。 13.2 数-模转换器 D/A转换器一般由数码缓冲寄存器、模拟电子开关、参考电压、解码网络和求和电路等组成。 数码缓冲寄存器 n位数控模拟开关 解码网络 n位数字量输入 模拟量输出 求和电路 参考电压 n 位D/A转换器方框图 数字量以串行或并行方式输入，并存储在数码缓冲寄存器中；寄存器输出的每位数码驱动对应数位上的电子开关，将在解码网络中获得的相应数位权值送入求和电路；求和电路将各位权值相加，便得到与数字量对应的模拟量。 13.2 数-模转换器 二、倒T型电阻网络D/A转换器 数字量输入 模拟量输出 电阻解码网络中，电阻只有R和2R两种，并构成倒T型电阻网络。当di=1时，相应的开关Si接到求和点；当di=0时，相应的开关Si接地。但由于虚短，求和点和地相连，所以不论开关如何转向，电阻2R总是与地相连。这样，倒T型网络的各节点向上看和向右看的等效电阻都是2R，整个网络的等效输入电阻为R。 求和点 倒T型电阻网络D/A转换器原理图 13.2 数-模转换器 参考电压UREF供出的总电流为： 分流：流入求和点的各支路电流为： 13.2 数-模转换器 流入求和点的电流为： 虚断，运算放大器的输出电压为： 13.2 数-模转换器 倒T型电阻网络D/A转换器的特点： ①优点：电阻种类少，只有R和2R，提高了制造精度；而且支路电流流入求和点不存在时间差，提高了转换速度。 ②应用：它是目前集成D/A转换器中转换速度较高且使用较多的一种，如8位D/A转换器DAC0832，就是采用倒T型电阻网络。 令 RF=R ，则 即：输出的模拟电压uO正比于输入的数字量Dn，从而实现了从数字量到模拟量的转换。 13.2 数-模转换器 分辨率用于表征D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。 分辨率 分辨率越高，转换时对输入量的微小变化的反应越灵敏。 而分辨率与输入数字量的位数有关，n越大，分辨率越高。 1. 分辨率 三、D/A转换器的主要技术指标 ①D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数－－可用输入数字量的位数n表示D/A转换器的分辨率； ②可用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比来表示分辨率。 0 5/7 5 001 010 011 100 101 110 111 v o /V D 000 13.2 数-模转换器 2. 转换精度 D/A转换器的转换精度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。 3. 转换速度 从输入的数字量发生突变开始，到输出电压进入与稳定值相差±0.5LSB范围内所需要的时间，称为建立时间tset。目前单片集成D/A转换器（不包括运算放大器）的建立时间最短达到0.1微秒以内。 4. 温度系数 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。 13.2 数-模转换器 A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通过采样、保持、量化和编码四个步骤完成。 13.3 模-数转换器 一、A/D转换器的一般步骤和采样原理 采样 保持 量化 编码 VI DO 模拟量输入 数字量输出 采样是将时间上连续变化的信号，转换为时间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。 1.采样和保持 采样过程 采样脉冲 输入模拟信号 采样输出信号