第十一章 数-模和模-数转换 - Part 1 of 2

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1、EE202-数字电路，2014年春季学期第十一章数-模和模-数转换教室：第一教学楼107室时间：14:00~15:50本章内容11.1概述11.2D/A转换器11.3A/D转换器11.1概述1.用途：一个计算机控制系统的框图如图11.1.1所示。//11.1.1在计算机控制系统中，被控量一般为非电量，如温度、压力、位移等，首先由传感器将它们转化成连续变化的模拟量，再由模/数转换器转换成数字量，送到计算机中进行处理和计算。处理后要经过数/模转换器将计算机输出的数字量转换成模拟量，加到执行机构，以调节被控对象的大小。11.1概述温度图11.1.2为一个温度控制系统：电加热炉时间

2、控制对象执行机构A/DD/A传感器放大器微型计算机转换转换热电偶图11.1.211.1概述2、主要性能指标为了保证数据处理结果的准确性，A/D转换器和D/A转换器必须有足够的转换精度；另外对于过程控制和检测需求，A/D转换器和D/A转换器必须有足够的转换速度。故转换精度和转换速度是A/D转换器和D/A转换器的主要性能指标。3、概念及分类（1）D/A转换器：将数字信号转换成模拟信号的过程称为数/模转换（DigitaltoAnalog），实现的电路称为D/A转换器，简写成DAC（Digital－AnalogConverter）。目前常用的D/A转换器有权电阻网络D/A转换器、倒

3、T形电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换器、权电容型D/A转换器以及开关树型D/A转换器等几种类型。11.1概述2.A/D转换器：将模拟信号转换成数字信号的过程称为模/数转换（AnalogtoDigital），实现的电路称为A/D转换器，简写为ADC（Analog－DigitalConverter）。A/D转换器的类型可分成直接A/D转换器和间接A/D转换器。在直接A/D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A/D转换器中，输入的模拟信号首先被转换成某种中间变量（如时间、频率等），然后再将这个中间量转换成输出的数字量。注：根据数字量的输入输出方

4、式可以将D/A转换器分成并行输入和串行输入两种类型，将A/D转换器分成并行输出和串行输出两种类型。由于D/A转换器电路的工作原理较A/D转换器简单，且是有些A/D转换器电路的组成部分，故先介绍D/A转换器。11.2D/A转换器D/A转换器的目的为：DA(电压或电流)D/A111101…？数字量是用代码按位数组合起来表示的，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，必须将每一位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后相加，即可得与数字量成正比的总模拟量，从而实现数字－模拟的转换。11.2.1权电阻网络D/A转换器一个多位二进制数可表示为Dddddn

5、n1n210n1n2102d2d2d2dn1n210其中：2n-1、2n－2．．．21、20称为最高位（MostSignificantBit，简称MSB）到最低位（LeastSignificantBit，简称LSB）的权。11.2.1权电阻网络D/A转换器1.组成：图11.2.2是4位权电阻网络D/A转换器的原理图，它是由权电阻网络、4个电子模拟开关和1个求和放大器组成。权电阻网络求和放大器模拟开关图11.2.211.2.1权电阻网络D/A转换器（1）求和放大器A：为一个接成负反馈的理想运算放大器。即：A＝∞，i＝0，VI使得V≈V＝0，－＋i＝

6、0。I（2）V：基准电压REF11.2.1权电阻网络D/A转换器（3）S~S:为电子开30关，其状态受输入数码d~d的取值控制。30当d＝1时开关接到参i考电压V上，有支REF路电流I流向求和放i大器；当d＝0时开关i接地，支路电流I为i零。权电流：IVREFIVREFiR03i2RIVREFIVREFIVREF1221302R2R2R11.2.1权电阻网络D/A转换器2.输出电压的计算：输出电压为vRI0FR(IIII)F3210由于V≈V＝0，－＋故各电流为VREFVREFVREFVREFI3d3,I2d2，I1d1,I0d0R2R4R

7、8R11.2.1权电阻网络D/A转换器取R＝R/2，则输出F电压为voRFiRF(I3I2I1I0)VREFVREFVREFVREFRF(d3d22d13d0)R2R2R2RRRVREF(23d22d21d20d)F243210211.2.1权电阻网络D/A转换器VREF3210vo4(2d32d22d12d0)2上式标明，输出的模拟电压与输入的数字量D成正比。nn21当D＝0000时，v0;当D＝1111时，vV,故输出电压n0n0nREF2n2