《双极性输出模数转换器》

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1、第23卷第3期电气电子教学学报V0[-23No．3200L年6月JOURNAIOFEEEEJun．2001双极性输出数模转换器教学探讨秦臻杨华彭容修(华中科技大学电信系武汉：430074)摘要针对砜极性输出DAC这一教学难点，分析了自然二进制码、2的扑码和偏移二进制码之间的关系及DAC电路，推导出电路输出与输入关系表达式．最后用PSPICE模拟程序进行验证。关键词砜髓性输出数模转换器2的补码偏移二进制码的关系式和电路，并导出输出与输入关系式。0引言我们知道单极性DAC输入的数字均视为正随着数字电子技术的迅速发展，特别是

2、计算机数，即二进制数的所有位都是数值位，输出电压可以在过程控制、自动检测、信息处理以及许多其他领域是0V到正满度值或0V到负满度值，而在实际应用中的广泛应用，数模转换器(DAC)和模数转换器中，数字量有正、负极性，其对应的模拟量也有正、负(ADC)的应用非常普遍。学好DAC和ADC，不仅可栅陆因而要求DAC能把双橱胜数字量转换成双以深入了解数字、模拟信号的转换过程及特点，而且极性模拟量。常用的双极性数字量编码有：2的补码对提高电路的分析设计能力，乃至为后续各专业课和偏移二进制码的学习都有帮助。1．1偏移二进制码与自然：

3、进制码的关系但是我们发现，有些教材没有介绍具有双极性以三位数字量为例列出表1。从表中可见，对于输出的DAC，有些教材虽然介绍了双极性输出相同的数字量，将单极性自然二进制码对应的十进DAC的工作原理及电路，但没有给出电路的输出与制数，减去4，就得到双极性的偏移二进制码对应的输入关系表达式口]。而文献[1]介绍此内容时，从原十进制数。理分析给出了电路及输出与输入关系式，为了避免表1自然=进制码与偏移码关系一些深奥、晦涩的理论分析和繁琐的公式推导，提高数字量自然二进制码偏移码教材的可读性，简化了某些中间过程对于双极性输D2D

4、I对应的十进制数对应的十进制效11173出DAC，大家的讲法各不相同，但基本只限于介绍l1062工作原理，然后在单极性输出DAC基础上增偏移l0l5l电路，从而得出双极性输出的DAC电路。我们在教1004001l3一l学中感到这部分内容不容易讲深讲透，经过分析讨0102一2论，我们理出了一条教学思路，供大家参考。0011—30000—41工作原理图1为数字量和模拟量转换关系，可以进一步介绍双级性DAC工作原理要讲清以下问题：说明两者之间的关系。X轴为数字量，y轴为自然二(1)为什么要采用双极性DAC，双极性DAC输进制

5、码对应的模拟量，将y轴平移至100处，x轴入的数字量是何种编码?的数字量不变，y轴的0点移至4就得到轴，即(2)偏移二进制码与自然二进制码，2的补码与y，=Y-2。，yr为偏移二进制码对应的模拟量。上述偏移二进制码，2的补码和自然二进制码间的关系。分析推广到位，则(3)从上述各种编码之间的关系得出几个重要(NIg)D-2一(Nm)D(1)收稿日期：2001年2月20日l08电气电子教学学报2001年6月2电路分析／。2．1输人补码的DAC文献[1]中双极性输出DAC电路如图2所示，⋯⋯一输入(Ⅳ¨)B—DD6D5D‘D

6、3DzD】D。为原码2的补码，～-／-3最高位取反变为偏移二进制码后送入DAC，由DAC输出经过偏移得到双极性输出电压。图1数字量与模拟量转换关系图1．22的补码与偏移二进制码的关系以三位数字量为例，列出2的补码和偏移二进制码与十进制数的关系如表2从表中可见，将2的补码的最高位求反就得到偏移二进制码。衰22的朴码与偏移=图2双极性输出DAC十进制数2的补码偏移=进制码下面我们推导与⋯D。之间的关系。3Oll1l1根据单极性DAC的输出输入关系得出20101lOl00】101l一(·27+D6．2+⋯+D。·20)000

7、01O0—11I1Ol1当D一0，输入为正数的补码，根据式(2)有—2l10O10(Ⅳ)D一(Ⅳ)D，故—3101o。l—41001300Vl一一[(De·2+⋯+·2o)+1·2]一1．32的补码与自然二进制码的关系一[(Ⅳ)。+2]一一[(Ⅳ)。+2](4)仍以三位数字量为例列出表3。若将数字量作为2的补码，其符号位为0时，表示正数，此时二进当一l，输入为负数的补码，根据式(3)有制补码和自然二进制码相同，即(Ⅳ)D一-2一+(Ⅳ)D，所以(Ⅳ)D一(Ⅳ)D(2)一一(D·2。+⋯+D。·2o)一衰3自j}}；=进

8、制码与2的朴码关系数字量自然=进锶码2的补码一(Ⅳ原)。一一[(Ⅳ)。+2](5)Dl对应的十进制鼓对应的十进制鼓将式(4)、式(5)合并就可得到1117—11106—2V1=-一1015—3l004—4最后得出0ll33一一一一[一一卜lOl220011l一!}1旦000002——28符号位为l时，表示负数，把符号位l当作一2．