电子技术教学课件作者李小龙第10章模拟量和数字量的转换.ppt

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1、第10章模拟量和数字量的转换10.1A/D转换器10.2D/A转换器10.1A/D转换器带有模数和数模转换电路的测控系统大致可用图10一1所示的框图表示.A/D转换器的功能是将输入的模拟电压转换为输出的数字信号，即将模拟量转换成与其成比例的数字量。一个完整的A/D转换过程，必须包括采样、保持、量化、编码四部分电路。1.采样定理如图10-2是某一输入模拟信号经采样后得出的波形。A/D转换器工作时的采样频率必须大于等于式中所规定的频率。采样频率越高，留给每次进行转换的时间就越短，这就要求A/D转换电路必须具有更高的工作速度。下一页返回10.1A/

2、D转换器2.采样保持电路如图10-3所示的是一个实际的采样保持电路LF198的电路结构图，图中A1、A2是两个运算放大器，5是模拟开关，L是控制5状态的逻辑单元电路.3.量化与编码为了使采样得到的离散的模拟量与n位二进制码的2n个数字量一一对应，还必须将采样后离散的模拟量归并到2n个离散电平中的某一个电平上，这样的一个过程称之为量化。量化后的值再按数制要求进行编码，以作为转换完成后输出的数字代码。量化和编码是所有A/D转换器不可缺少的核心部分之一。数字信号具有在时间上离散和幅度上断续变化的特点。上一页下一页返回10.1A/D转换器图10一4(

3、a)的量化结果误差较大，为了减小量化误差，通常采用图10-4(b)所示的改进方法来划分量化电平。4.A/D转换器的分类按转换过程，A/D转换器可大致分为直接型A/D转换器和间接型A/D转换器。直接型A/D转换器能把输入的模拟电压直接转换为输出的数字代码，而不需要经过中间变量。常用的电路有并行比较型和反馈比较型两种。10.1.1逐次逼近型A/D转换器1.概述逐次逼近型A/D转换器属于直接型A/D转换器，它能把输入的模拟电压直接转换为输出的数字代码，而不需要经过中间变量。上一页下一页返回10.1A/D转换器转换过程相当于一架天平秤量物体的过程，不

4、过这里不是加减祛码，而是通过D/A转换器及寄存器加减标准电压，使标准电压值与被转换电压平衡。这些标准电压通常称为电压祛码。逐次逼近型A/D转换器由比较器、环形分配器、控制门、寄存器与D/A转换器构成。过程可以用图10一5加以说明.2.逐次逼近A/D转换器的工作原理下面结合图10一6所示的逻辑图具体说明逐次比较的过程。这是一个输出3位二进制数码的逐次逼近型A/D转换器。10.1.2主要技术指标1.量化误差和分辨率量化误差是指由于用有限数字对模拟数值进行离散取值(量化)而产生的误差。上一页下一页返回10.1A/D转换器分辨率是指A/D转换器输出数

5、字量的最低位变化一个数码时，对应输入模拟量的变化量。量化误差和分辨率是统一的。2.转换速度转换速度是指A/D转换器完成一次转换所需要的时间。一般指从转换开始到输出端得到稳定的数字输出信号所需要的时间。3.相对精度相对精度是指A/D转换器实际输出数字量与理论输出数字量之间的最大差值。4.输入模拟电压范围A/D转换器的模拟输入电压是可变的，但必须有个范围，否则不能正常工作。上一页返回10.2D/A转换器D/A转换器是利用电阻网络和模拟开关，将多位二进制数D转换为与之成比例的模拟量的一种转换电路.10.2.1倒T型电阻网络D/A转换器倒T型电阻解码

6、网络D/A转换器是日前使用最为广泛的一种形式，其电路结构如图10一7所示。当输入数字信号的任何一位是“1”时，对应开关便将2R电阻接到运放反相输入端，而当其为“0”时，则将电阻2R接地。10.2.2主要技术指标1.分辨率分辨率是用以说明D/A转换器在理论上可达到的精度，用于表征D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。下一页返回10.2D/A转换器显然输入数字量位数越多，输出电压可分离的等级越多，即分辨率越高。所以实际应用中，往往用输入数字量的位数表示D/A转换器的分辨率。2.转换误差转换误差用以说明D/A转换器实际上能达到的转换精度。转换误差

7、可用输出电压满度值的百分数表示，也可用LSB的倍数表示。3.建立时间tset建立时间tset是衡量D/A转换器速度的方法之一，它是在输入数字量各位由全0变为全1，或由全1变为全0，输出电压达到某一规定值所需要的时间。4.转换速率SR它是在大信号工作时，即输入数字量的各位由全0变为全1，或由全1变为0时，输出电压u0的变化率。上一页返回图10一1一般测控系统框图返回图10一2模拟信号采样返回图10一3采样保持电路返回图10-4划分量化电平的两种方法返回图10一5逐次逼近刑A/D转换器的逼近过程示意图返回图10一6逐次逼近A/D转换器逻辑原理图返

8、回图10一7R一2R倒T型电阻网络D/A转换电路返回