网页设计与制作 第3版 工业和信息化普通高等教育十二五 规划教材立项项目 习题答案 作者 相万让 第11章.doc

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1、第八章数模和模数转换器第11章数-模和模-数转换本章讨论的问题：1、常见转换系统的组成及特点是什么？2、数模转换和模数转换的基本原理是什么？3、数模转换和模数转换的分类有哪些？一般组成有哪些？4、数模转换和模数转换的常见的典型电路有哪些？它们的转换特点有什么不同？5、什么是数模转换和模数转换的转换精度和转换速度？6、数模转换和模数转换的基本应用有哪些？11.1概述由于数字系统具有很多优点，特别是包含微机的数字系统更具有高度智能化的优点，所以目前先进的信息处理和自动控制、自动检测设备大都是数字系统，例如数字信息系统、数字电视及广播、数控系统、数字仪表

2、、数字通信系统等。在数字系统内部，只能对数字信号进行处理，而实际信号大多数是连续变化的模拟信号，例如：电压、电流、声音、图像、温度、压力、光通量等。因此，应把这些模拟量转换成相应的数字量，才能进入数字系统(例如微型计算机)内进行处理。在模拟量中，除了电模拟量还有非电模拟量，对于非电模拟量还应先通过转换器或传感器，将其变换成电模拟量。把电模拟量转换成数字量的过程称为“模—数转换”。完成模—数转换的电路称为模—数转换器，简称ADC(系Analog—DigitalConverter的缩写)；相反，经数字系统处理后的数字量，有时又要求再转换成模拟量，以便实

3、际使用（如用来视、听），这种转换称为“数—模转换”。完成数—模转换的电路称为数—模转换器，简写为DAC(系Digital—AnalogConverter的缩写)。显然ADC和DAC是数字系统的重要接口部件，它相当于在模拟信号和数字信号之间架起一座可以完成数字和模拟信号相互转换的桥梁。它在现代电子系统中的作用如图11-1所示。图11-1典型数字系统框图11.2数—模转换器（DAC）目前常见的DAC转换器中，有权电阻网络DAC转换器，倒梯形电阻网络DAC转换器、权电流型DAC转换器、权电容网络DAC转换器以及开关树型DAC转换器等几种类型。–19–第八

4、章数模和模数转换器ADC转换器的类型也有多种，可以分为直接ADC转换器和间接ADC转换器两大类。在直接ADC转换器中，输入的模拟电压信号直接被转换成相应的数字信号；而在间接ADC转换器中，输入的模拟信号首先被转换成某种中间变量(例如时间、频率等)，然后再将这个中间变量转换为输出的数字信号。此外，在DAC转换器数字量的输入方式上，又有并行输入和串行输入两种类型。相对应地在ADC转换器数字量的输出方式上也有并行输出和串行输出两种类型。考虑到DAC转换器的工作原理比ADC转换器的工作原理简单，而且在有些ADC转换器中需要用DAC转换器作为内部的反馈电路，

5、所以在本节首先讨论DAC转换器。11.2.1数—模转换原理及一般组成1.数—模转换原理数字系统中数字量大多采用二进制数码，因此，DAC输入的是数字量，输出为模拟量。输出电压模拟量的大小与输入数字量大小成正比。设DAC转换器的输入是一个n位的二进制数D，它可以表示成按权展开式：D’=Dn－1×2n－1+Dn－2×2n－2+…+D1×21+D0×20（11-1）DAC转换器的输出是与输入数字量成正比的模拟电量A，即：A=KD=K×（Dn－1×2n－1+Dn－2×2n－2+…+D1×21+D0×20）（11-2）式中K为转换比例系数，DAC转换的过程实现

6、了把输入数字量的每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，即可得到与该数字量成正比的模拟量，从而实现数—模转换。图11-2表示了4位二进制数字量与经过DAC转换后输出的电压模拟量之间的对应关系。由图可见，两个相邻数码转换出的电压值是不连续的，两者的电压差值由最低码位所代表的位权值决定。它是信息所能分辨的最小量，用LSB（LeastSignificantBit）表示。对应于最大输入数字量的最大电压输出值（绝对值），用FSR（FullScaleRange）表示。图中1LSB=1×KV；1FSR=15×KV，K为比例系数。图1

7、1-2DAC输出特性2.DAC的一般组成图11-3DAC转换器组成框图DAC转换器的组成方框图如图11-3–19–第八章数模和模数转换器所示，它由数码寄存器、模拟电子开关、译码网络、基准电压源、求和运算放大器等部分组成。需要变换的数字信息首先存入数码寄存器，由每位寄存器控制相应的模拟开关的通断。模拟开关根据寄存器的状态为“1”或“0”，决定译码网络的相应部分接基准电压源或接地。例如：输入数字信息的某一位是“1”时，相应的模拟开关就把译码网络的相应部分与基准电压源接通，经译码网络对基准电源电压进行分压后，再经求和运算放大器输出一个与该位数字信息成正比

8、的电压，实现了数字信息到模拟电压的转换。根据译码网络不同，可构成多种DAC转换电路，如权电阻网络型，倒梯形电阻网络型、权电