电子技术基础--数字电子技术第7章.ppt

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1、第7章数模和模数转换器7.1D/A转换器7.2A/D转换器本章小结7.1D/A转换器7.1.1D/A转换器的基本概念1.D/A转换器的原理D/A转换器的作用是将数字信号转换成相应的模拟信号。其普遍采用的转换方法是将输入数字信号按其权值分别转换成模拟信号，再通过运算放大器求和相加。如输入为n位二进制数(D)2，则对应转换后的模拟信号u应为图7-1D/A转换器框图1)分辨率分辨率是指对输出电压的分辨能力。当D/A转换器输入相邻两个数码时所对应的输出电压之差为最小可分辨电压。分辨率的定义为最小可分辨电压与最大输出电压之比，可表示为可以看出，分辨率的数值是与转

2、换器输入数字量的有效位数成反比的，即数字量的有效位数越多，分辨率的数值越小，分辨力越强。因此在实际中常用输入数字量的有效位数来表示分辨率，如12位D/A的分辨率为12位。2)转换精度转换精度分绝对精度和相对精度。D/A转换器的实际输出值与理论计算值之差称为绝对精度，通常用最小分辨电压的倍数表示，如（1/2）ULSB就表示输出值与理论值的误差为最小可分辨电压的一半。相对精度是绝对精度与满刻度输出电压(或电流)之比，通常用百分数表示。3)转换时间D/A转换器从接收数字量开始到输出电压或电流达到规定误差范围所需要的时间称为转换时间，它决定D/A转换器的转换速度

3、。7.1.2倒T形电阻网络D/A转换器的原理图7-2倒T形电阻网络原理图电子模拟开关受输入二进制数D0～D3控制，随着D为0或1，各开关分别处于图中0和1的位置。而无论S处于何位置，其电位均为0(运放同相端接地，反相端虚地)，这样，从图中A、B、C、D各节点向里看对地的等效电阻均为R，即所以电路中的电流关系如下：流入运放反相端的总电流在二进制数D控制下的表达式为输出电压由上式可以看出，此电路完成了从数字量到模拟量的转换。倒T形电阻网络由于其各支路电流不随开关状态而变化，有很高的转换速度，因此在D/A转换器中被广泛使用。7.1.3集成D/A转换器及其应用集成

4、D/A转换器品种繁多。如果从内部结构上看，有只包括电阻解码网络和电子模拟开关的基本D/A转换器，也有在内部电路中增加了数据锁存器、寄存器的带有使能控制端的D/A转换器，还有将基准电压源、求和运放等均集成在芯片上的完整的D/A转换器。如果从使用的角度看，D/A转换器可分两大类：一类在电子电路中使用，不带使能控制端，只有数字信号输入和模拟信号输出；另一类为微机应用而设计，带有使能控制端，可直接与微机及单片机接口。1.集成D/A转换器AD7520图7-3AD7520的内部电阻网络结构图7-4AD7520外引线图图7-5电子模拟开关2.AD7520的应用单极性输

5、出典型D/A电路图7-6所示是由AD7520组成的单极性输出数模转换应用电路。电路由AD7520与求和运算放大器组成，运算放大器接成反向比例形式，反馈电阻RF利用AD7520内部提供的10kΩ电阻，也可另外再串接电阻。由前面分析可知，此电路的转换关系为图7-6单极性输出数模转换应用电路图7-7可编程增益放大器2)可编程增益放大器用AD7520可以构成可编程增益放大器，电路如图7-7所示。电路中运算放大器接成反相比例电路形式，uI为输入、uO为输出，Rf作为电路的输入电阻，而倒T形电阻网络的总等效电阻作为放大器的反馈电阻。由电路及运放的原理可得出电路增益如下

6、：可以看出，只要调整数字信号D的数值，即可改变放大器的增益，做到增益可编程。7.2A/D转换器7.2.1A/D转换器的基本概念1.A/D转换器的原理图7-8A/D转换原理框图1)采样保持采样是在在时间上连续变化的信号中选出可供转换成数字量的有限个点。根据采样定理，只要采样频率大于二倍的模拟信号频谱中的最高频率，就不会丢失模拟信号所携带的信息。这样就把一个在时间上连续变化的模拟量变成了在时间上离散的电信号。由于每次把采样电压转换成数字量都需要一定的时间，因此在每次采样后必须将所采得的电压保持一段时间。完成这种功能的便是采样保持电路。图7-9示出了采样保持

7、电路的原理电路。图7-9采样保持电路原理电路中场效应管V是采样开关，受控于采样脉冲；C是保持电容。当采样脉冲到来时，模拟开关闭合，模拟信号经V向C充电，C上的电压跟随输入信号变化。当采样脉冲消失时，模拟开关便断开，C上的电压会保持一段时间。具体情况看波形图7-10，uI是待转换的模拟信号，ut是取样脉冲，uO是经采样保持电路处理后的电压信号。图7-9中的A是用运放构成的缓冲放大器。2)量化编码图7-10模数转换波形2.主要性能指标1)分辨率分辨率是指A/D输出数字量变化一个数码所对应输入模拟量的变化范围。输出数字量的位数越多，能分辨出的最小模拟电压越小

8、。如8位A/D输入最大模拟电压为5V时，其分辨率为A