数字电子技术基础教学课件作者阎石第5版书籍+答案+ 第十一章 数－模和模－数转换.ppt

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1、第十一章数－模和模－数转换内容提要:本章主要介绍数－模转换（D/A)和模－数转换（A/D)的基本原理和常见的典型电路。在数－模转换电路中，主要介绍权电阻网络型数－模转换器、倒梯形电阻网络型数－模转换器，另外也介绍了权电流型数－模转换器、开关树型数－模转换器以及权电容型网络型数－模转换器。在模－数转换电路中，首先介绍模－数转换器一般框图原理和步骤，然后介绍采样－保持电路和模－数转换器的主要类型。在介绍数－模转换器和模－数转换器电路的基础上，也讲述它们的转换精度和速度等主要参数。11.1概述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

2、，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。一个计算机控制系统的框图如图11.1.1所示。1.用途：11.1概述图11.1.2为一个温度控制系统：传感器放大器A/D转换微型计算机控制对象D/A转换电加热炉热电偶执行机构图11.1.2温度时间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。11.1概

3、述3、概念及分类（1）D/A转换器：目前常用的D/A转换器有权电阻网络D/A转换器、倒梯形电阻网络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。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）。2.A/D转换器：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

4、再将这个中间量转换成输出的数字量。11.1概述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）。注：根据数字量的输入输出方式可以将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

5、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。D111101…D/AA(电压或电流)？D/A转换器的目的为：图11.2.1为n位D/A转换器的原理框图11.2D/A转换器D/A转换器是由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码电路、求和电路及基准电压及部分组成。数字量是以串行或并行方式输入并存储在数码寄存器中，寄存器输出的每位数码驱动对应数位上的电子开关将电阻解码网络中获得的相应数位权值送入求和电路中，求和电路将各位权值相加就得到与数字量相应的模拟量。*按解码网络结构不同把D/A分为：如权电阻网络型、倒梯形电阻网络型、权电流型、权电容型以及开关树型。*按

6、模拟开关电路的不同把D/A分为：CMOS开关型和双极型开关型，其中双极型开关D/A转换器又分为电流开关型和ECL电流开关型。其中CMOS型功耗低，但速度慢。双极型的转换速度快。11.2D/A转换器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。图11.2.2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。11.2.1权电阻网络D/A转换器1.组成：11

7、.2.1权电阻网络D/A转换器（1）S3~S0:为电子开关，其状态受输入数码d3~d0的取值控制。当di＝1时开关接到参考电压VREF上，有支路电流Ii流向求和放大器；当di＝0时开关接地，支路电流Ii为零。（2）求和放大器A：为一个接成负反馈的理想运算放大器。即：AV＝∞，iI＝0，Ro＝0。由于负反馈，存在虚短和虚断，即V－≈V＋＝0，iI＝0。（3）VREF：基准电压11.2.1权电阻网络D/A转换器2.输出电压的计算：由于V