学习情境7 汽车数字电路任务4汽车数字电路与模拟电路的转换.doc

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1、任务7.4汽车模拟信号与数字信号的转换7.4.1概述随着数字技术的飞速发展，在现代控制、自动检测、科学实验、军事指挥等领域中，无不广泛地采用数字电子计算机技术。这就需要首先将被处理的模拟信号转换为数字信号，送入计算机进行运算、处理；其次将处理的结果转换为模拟量并为执行机构所接收。汽车在工作过程中，经常需要将传感器拾取的一些物理量如速度、温度、压力等模拟信号转换为汽车ECU（电控单元），才能控制驱动装置以实现对控制信号对象的控制。将模拟量转换为数字量的过程称为模/数（AnalogtoDigital）转

2、换，简称A/D转换。实现A/D转换的电路被称之为模/数转换器，简称ADC。把数字量转换为模拟量的过程称作数/模转换，简称D/A转换。完成D/A转换的电路被称之为数/模转换器，简称DAC。以上过程的控制框图如图7-36所示。图7-36典型的数字控制系统7.4.2D/A转换器1.实现D/A转换的基本思想将二进制数ND＝(11001)B转换为十进制数。ND＝b4×24＋b3×23＋b2×22＋b1×21＋b0×20＝1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×20数字量是用代码按数位组合而成的，对于有权码

3、，每位代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后，将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟量，从而实现数字量与模拟量的转换。由于构成数字代码的每一位都有一定的“权重”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其“权重”转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加，即可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成D/A转换器的基本思想。2.R—2RT型电阻D/A转换器目前常用的D/A转换器中有R—2RT型电阻D/A转换器、权电阻D/A转换器、全电流D/A转

4、换器、权电容D/A转换器以及开关树型D/A转换器等几种类型。以R—2RT型电阻D/A转换器为例，说明其转换原理。T型电阻网络的基本结构如图7-37所示。图7-37T型电阻网络的基本结构图图7-40为一个四级的T型网络。电阻值为R和2R的电阻构成T型。由图7-38中节点AA向右看的等效电阻值为R，而由BB，CC，DD各点向右看的等效电阻值也都是R，因此：i=i3=i=i2=i3=i1=i2=i0=i1=依此类推可推到n级。如图7-38所示是T型网络D/A转换器。图7-38T型网络D/A转换器图7-38

5、中D0~D3表示四位二进制输入信号，D3为高位，D0为低位。VR是基准电压。S0~S3是四个电子模拟开关的示意图，模拟开关S0~S3分别受信号控制：当二进制代码为0时，电子开关合到上方接地的一侧；当二进制代码为1时，电子开关合到下方运算放大器输入的一侧，该支路的电流成为运放输入电流iK的一部分，通过运算放大器进而将电流信号转化为电压信号。由图可知，因为求和放大器反相输入端的电位始终接近于零，所以无论开关S0~S3在何位置，都相当于接地，流过每个支路的电流也始终不变。可以求出运算放大器的输入电流iK为

6、：图7-38中运放接成反相放大器的形式，又根据理想运放的“虚断”的特性，其输出电压uo为：u0=-ikRf=-（D3×23+D2×22+D1×21+D0×20）由此可见输出的模拟电压正比于输入的二进制数字信号。以此类推，对于n位D/A转换器，则有u0=-（Dn-12n-1+Dn-22n-2+…+D121+D020）（7-9）T型网络的输出也可以接至运算放大器的同相和反相两个输入端，如图7-39所示。这种结构也称作倒T型电阻网络D/A转换器。图7-39倒T型网络D/A转换器T型（或倒T型）电阻网络的特

7、点：电阻网络中只有R、2R两种阻值的电阻，给集成电路的设计和制作带来了很大的方便，无论模拟开关状态如何变化，各支路电流都直接流入地或者运放的虚地，电流值始终不变，因此不需要电流的建立时间；同时，各支路电流直接接至运放的输入，它们之间不存在传输时间差。所有这些特点都有助于T型电阻网络提高转换速度，T型电阻网络是目前D/A转换中使用较多的一种。例7-1如图7-38所示电路中，若4位二进制数为1011，VR=15V，RF=R，求输出电压u0的值解由公式（7-9）可得u0=-（D323+D222+D121+

8、D020）=-（1×23+0×22+1×21+1×20）=-10.3125V3.常用的D/A转换芯片D/A转换器的类型很多。从输入电路来说，一般的D/A转换器都带有输入寄存器，与微机能直接连接；有的具有两极锁存器，使工作方式更加灵活。输入数据一般为并行数据，也有串行数据。并行输入的数据有8位、10位、12位等。从输出信号来说，D/A转换器的直接输出是电流量，若片内有输出放大器，则能输出电压量，并能实现单极性或双极性电压输出。D/A转换器的转换速度较快，一般其电流建立时