电工技术电子技术-清华-35数模变换器(DAC)、模数变换器(ADC)

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1、第35讲第15章数模变换器（DAC）、模数变换器（ADC）15.1D/A变换器15.2A/D变换器15.3计算机数据采集简介9/7/2021电工技术引言模拟信号数字信号：A/D转换器(ADC－AnalogDigitalConverter)数字信号模拟信号：D/A转换器(DAC－DigitalAnalogConverter)9/7/2021电工技术引言(续):A/D转换器、D/A转换器的应用放大器传感器(温度、压力、流量、应力等）采样/保持器A/D计算机显示器D/A示波器打印机计算机进行各种数字处

2、理（如滤波、计算）、数据保存、打印等显示器显示字符、曲线、图形、图象等9/7/2021电工技术15.1D/A转换器(1)D/A功能:将数字量成正比地转换成模拟量D/An=4位8位10位12位16位n位数字量模拟量0~5V或0~10V15.1.1D/A转换器原理9/7/2021电工技术D/A功能(续)4位数据:00000V11115V分辨率:5V/15=0.333V/每1个最低有效位8位数据:000000000V111111115V分辨率:5V/255=0.0196V/每1个最低有效位9/7/2021电

3、工技术(2)D/A的组成由三部分电路组成电阻网络模拟电子开关求和运算放大器9/7/2021电工技术D/A的组成(续)输入4位二进制数输出模拟电压S0~S3:模拟电子开关D=0,S倒向地D=1,S倒向VREF电阻网络求和运算放大器VREF2R2R2R2R2RRRR2RS0S1S2S3精密参考电压D0D1D2D3++-3R3R/2UO9/7/2021电工技术VREF2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R++-3R3R/2UO当D3D2D1D0=0000时,S3S2S1S0都倒

4、向地UO=0V(3)D/A转换原理当D3D2D1D0=0000时UO3R2R++-3R/2R等效电路3R0000AV=-19/7/2021电工技术VREF2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R++-3R3R/2UOD/A转换原理(续)当D3D2D1D0=1000时,S2S1S0都倒向地，S3倒向VREFUO3R++-3R/2等效电路2R2RVREF2RRVREF/2UO=-VREF/2当D3D2D1D0=1000时0001AV=-13R9/7/2021电工技术VREF2R2R2

5、R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R++-3R3R/2UOD/A转换原理(续)当D3D2D1D0=0100时,S3S1S0都倒向地S2倒向VREF当D3D2D1D0=0100时UO=-VREF/4UO3R++-3R/2等效电路2RRVREF2R2R2R3RVREF/40010AV=-19/7/2021电工技术D/A转换原理(续)VREF2R2R2R2R2RRRRS0S1S2S3D0D1D2D32R++-3R3R/2UO同理可推导，当D3D2D1D0=0010时，UO=–VREF/8当D

6、3D2D1D0=0001时，UO=–VREF/169/7/2021电工技术D/A转换原理(续)D3D2D1D0=1000时，UO=–VREF/2=–D3VREF/21D3D2D1D0=0100时，UO=–VREF/4=–D2VREF/22D3D2D1D0=0010时，UO=–VREF/8=–D1VREF/23D3D2D1D0=0001时，UO=–VREF/16=–D0VREF/24根据叠加原理:UO=–(D3VREF/21+D2VREF/22+D1VREF/23+D0VREF/24)=–(D3/21+

7、D2/22+D1/23+D0/24)VREF=–(VREF/24)(23D3+22D2+21D1+20D0)9/7/2021电工技术UO=–(VREF/24)(23D3+22D2+21D1+20D0)D/A转换原理(续)此式表明:D/A电路输出模拟电压UO与输入的数字量D3D2D1D0成正比9/7/2021电工技术15.1.28位D/A转换器电路框图8D锁存器求和电路电阻网络电子开关UOD7-D0CPVREF9/7/2021电工技术15.2A/D转换器(1)A/D功能:将模拟电压成正比地转换成数字量A

8、/DUI输入模拟电压D7~D0输出数字量0~5V00000000~11111111分辨率:5V/255=0.0196V/每1个最低有效位15.2.1A/D功能及分类9/7/2021电工技术(2)A/D转换器分类①并联比较型特点:转换速度快,转换时间10ns~1s②逐次逼近型特点:转换速度中,转换时间几s~100s③双积分型特点:转换速度慢,转换时间几百s~几ms根据内部电路不同,分为以下三类:9/7/2021电工技术15.2.2并联比较型A/D转