课题5数-模和模-数转换电路

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1、课题5数-模和模-数转换电路实训5.1数字电压表电路的设计实训5.1数字电压表电路的设计5.1.1数-模转换电路能够实现D/A转换的电路常见的有三种:权电阻网络型、倒T形电阻网络型和权电流型。由于权电阻网络的电阻相差很大，在集成电路中很难保证大范围电阻的精度，实际权电阻网络型的D/A转换的电路极少应用。下一页返回实训5.1数字电压表电路的设计5.1.1.1D/A转换器的基本原理数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的权。为了将数字量转换成模拟量，必须将每位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而

2、实现了数字一模拟转换图5一2所示是D/A转换器的输入、输出关系框图，D0一Dn-1是输入的n位二进制数，V0是与输入二进制数成比例的输出电压。图5一3所示是一个输入为三位二进制数时D/A转换器的转换特性，它形象地反映了D/A转换器的基本功能。5.1.1.2倒T形电阻网络D/A转换器四位倒T形电阻网络D/A转换器的原理图如图5一4所示下一页上一页返回实训5.1数字电压表电路的设计5.1.1.3D/A转换器的主要技术指标1.转换精度D/A车令换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。1)分辨率分辨率指D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。2)车令换误差转换误差的来源很多，如

3、转换器中各元件参数值的误差，基准电源不够稳定和运算放大器的零漂的影响等。2.转换速度1)建立时间(tset)建立时间指输入数字量变化时，输出电压变化到相应稳定电压值所需时间。下一页上一页返回实训5.1数字电压表电路的设计2)转换速率(SR)转换速率指大信号工作状态下模拟电压的变化率3.温度系数温度系数指在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化而变化产生的变化量。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。5.1.1.4常用的D/A转换器集成DAC通常只将倒T形电阻网络(或权电流型网络)、模拟电子开关等集成到一块芯片上，较多集成DAC芯片不包含运算放

4、大器。构成DAC电路是还要外接运算放大器以及电阻。下一页上一页返回实训5.1数字电压表电路的设计DAC7520是一种不含寄存器、基准电源和运算放大器、采用CMOS工艺、10位倒T形电阻网络D/A转换器集成芯片，电路结构如图5一5所示，引脚排列如图5一6所示。其特点有以下几点：①采用CMOS电子开关②与TTL电平兼容③电源电压范围:+5～15V④采用R一2R电阻网络⑤低功耗，200mW⑥转换时间约500ns,下一页上一页返回实训5.1数字电压表电路的设计5.1.2模一数转换电路5.1.2.1A/D转换的一般步骤和采样定理在A/D转换器中，输入的模拟信号在时间上是连续量，而输出的数

5、字信号是离散量，在进行A/D转换时必须对输入的模拟信号采样，然后再把这些采样值转换为输出的数字量。一般的A/D转换过程是通过采样、保持、量化和编码这四个步骤完成的，如图5一8所示为基本的模拟量到数字量的转换过程。1.采样定理采样定理是采样脉冲频率大于或等于输人模拟信号频谱中最高频率的两倍。用图5一9中所示的采样信号VS表示输人模拟信号VI，必须满足下一页上一页返回实训5.1数字电压表电路的设计2.采样一保持电路最简单的采样一保持电路组成如图5-11所示。3.量化和编码数字信号不仅在时间上是离散的，而且在幅值上的变化也不是连续的。这就是说，任何一个数字量的大小，都是以某个最小数量

6、单位的整倍数来表示的。因此，在用数字量表示采样电压时，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△表示把量化的数值用二进制代码表示，称为编码。这个二进制代码就是A/D转换的输出信号。下一页上一页返回实训5.1数字电压表电路的设计5.1.2.2常用的A/D转换技术1.并行比较型A/D转换器三位并行比较型A/D转换原理电路如图5一12所示，它由电压比较器、寄存器和代码转换器三部分组成。并行A/D转换器具有如下特点。①转换是并行的，其转换时间只受比较器、触发器和编码电路延迟时间限制，因此转换速度最快(ns级)②随着分辨率的提高

7、，元件数目要按几何级数增加。③使用这种含有寄存器的并行A/D转换电路时，可以不用附加采样一保持电路，因为比较器和寄存器这两部分也兼有采样一保持功能。这也是该电路的一个优点。下一页上一页返回实训5.1数字电压表电路的设计2.逐次比较型A/D转换器逐次比较型A/D转换器，就是将输人模拟信号与不同的参考电压做多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输人模拟量的对应值。逐次逼近式ADC的转换电路原理，如图5-13所示。由比较器、D/A转换器、寄存器、时钟脉冲源和控制逻辑(环形计数器)五个部分组成