第24章 数模和模数转换

《第24章 数模和模数转换》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、在计算机控制系统中，经常需要进行数字量—模拟量，模拟量—数字量之间的转换，（前者称D/A转换，后者为A/D转换）。第24章数模和模数转换将输入的数字信号转换成为模拟信号输出（其电路称为D/A转换器DigitaltoAnalogConverter），或是将输入的模拟信号转换成为数字信号输出（其电路称为A/D转换器AnalogtoDigitalConverter）；DAC和ADC常按用途和工作原理分类。在DAC中主要有倒T型电阻网络和权电流网络两种电路。而ADC类型非常多，在数据采集和智能仪器中常用的为逐次逼近型和双积分型两种。DAC和ADC的主要性能指标有：转换精度、分辨率、转换速度、抗干

2、扰性等进行综合考虑。24.1D/A转换电路D/A转换基本思路：将输入的二进制数按其位权的大小先转换成与之成正比的电流量（I），然后将该电流再转换成模拟量电压输出（V）。即D→I，I→V输出。D/ID/A转换电路当n位的二进制数输入时，输出就得到一个与之对应的模拟电压量输出，其关系为：式中的U是D/A的单位量化电压，其大小为Dn=1时的输出模拟电压。DAC的最大输出电压为：24.1.2R-2R网络D/A转换器它由R-2R电阻网络，电子开关和运算放大器组成。当某位的数据为高电平时，模拟开关接通反相端，反之接通同相端。R-2R电流依次以1/2递减，所以流到反相端的电流总和为：所以输出电压为：

3、24-1在图示的4位D/A转换器电路中，给定VREF=5V，Rf=R，试计算输入为全1和全0和1000时对应的输出电压值。解：根据上式代入参数后可得然后代入输入数码可得对应的输出电压值，所以，当Dn=0时,U0=0V当Dn=1111时,U0=-5×15/16≈-4.688V当Dn=1000时,U0=-5×8/16≈-2.5V24.2A/D转换器24.2.1A/D转换的基本原理功能是将随时间连续变化的模拟量变换成与之成比例的数字量输出。A/D转换要有以下几个过程：采样/保特→量化和编码量化：把幅值连续变化的电压转化为单位量化电压的整数倍编码：经量化后的结果用二进制代码表示出来。1.输入/输

4、出关系输入模拟量/输出数字量2.量化与编码量化方法：舍尾取整法（误差大）、四舍五入法（误差小）编码：将量化后的值编制成二进制代码输出3.A/D分类种类很多，但常用的为：并行比较型（速度最快）、逐次逼近型（速度较快）、双积分型（速度最慢）24.2.2逐次逼近型A/D转换器用天平称物体重量过程作比喻解释。24.2.3双积分型A/D转换器双积分A/D转换器是一种间接A/D转换器，先把输入模拟量变换成与之成比例的时间大小，然后再将时间转换成数字量输出。变换的定性原理简述两次积分波形第一次积分（t0～t1)第二次积分（t1～t2)当在t2时，积分器电压过0，所以例24-2在积分型A/D转换器中，若

5、输出的数字量为10位二进制数，时钟信号频率为1MHz，则完成一次转换的最长时间是多少？解：完成一转换最长要二次积分时间24.3集成A/D和D/A转换器24.3.1集成D/A转换器DAC0808集成芯片，8位D/A，权电流网络电路结构，功耗350mW,转换速度150nS，模拟电压输出为：注意DAC0808的典型应用（书中图24—9）24.3.2集成D/A转换器应用8位计数器和8位DAC相连，可以产生阶梯波形。24.3.3集成D/A转换器主要参数和误差参数：转换精度和转换速度转换精度：决定于DAC的分辩率和转换误差转换速度：由转换时间决定（最短100nS以下）24.3.4集成A/D电路ADC

6、0804是8位CMOS的模/数转换器转换时间为100S，输入模拟电压范围是0～5V。24.3.5A/D转换器的主要参数转换精度：决定于ADC的分辩率和转换误差分辩率=1/2n-1转换误差主要由量化误差、偏移误差、增益误差等决定。转换时间:逐次逼近型为几百纳秒到几十微秒，双积分式最慢，转换一次所需时间在几十毫秒到几百毫秒范围。例24-3DAC0808典型应用图中(见图24-9），若VREF=5V，试求：（1）1LSB产生的输出电压增量是多少？(2）输入二进制数全部为1时的输出电压是多少？解：（1）根据式Dn=1时，输出电压增量（2）24.4采样-保持电路将连续变化的模拟量，在一系列时间瞬

7、间进行采样.24.4.1电路结构及工作原理采样定理：集成采样保持电路LF398例24-4采保的最高输入信号频率为50kHz,则LF398的采样频率fs至少应多高？解：据采样定理，采样频率应为