(数字电子技术)第7章数模与模数转换.ppt

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1、第7章数/模与模/数转换7.1概述7.2数/模转换7.3模/数转换7.4本章小结7.5例题精选7.6自我检测题随着以数字计算机为代表的各种数字系统的广泛普及和应用，模拟信号和数字信号的转换已成为电子技术中不可或缺的重要组成部分。数/模转换指的是把数字信号转换成相应的模拟信号，简称D/A转换，同时将实现该转换的电路称为D/A转换器，简称DAC；模/数转换指的是把模拟信号转换为数字信号，简称A/D转换，并将实现该转换的电路称为A/D转换器，简称ADC。7.1概述7.2.1DAC的基本概念1.DAC的转换原理如果DAC电路的输入为n位二进制数D，输出是与数字量成正比的电压Uo或电流Io，则有

2、(7.2.1)式中，K为转换比例常数。7.2数/模转换图7.2.1给出了DAC输入、输出关系框图。当n=3时，DAC转换电路的输出与输入转换特性如图7.2.2所示，输出为阶梯波。图7.2.1DAC输入、输出关系图图7.2.2DAC转换特性2.DAC的结构框图图7.2.3是一个n位二进制DAC结构框图。转换的电阻解码网络。图7.2.3n位二进制DAC结构框图7.2.2DAC的主要技术指标1.转换精度1)分辨率　　分辨率是指输入数字量最低有效位为1时，对应输出可分辨的最小输出电压ULSB与最大输出电压Um之比，即(7.2.2)它反映了DAC对输出最小电压的分辨能力，当n越大时，DAC的分辨

3、能力越高(分辨率越小)。　　如果输出模拟电压满量程Um＝10V，那么10位DAC能够分辨的最小电压为10×0.098％＝9.8mV而12位DAC能够分辨的最小电压为10×0.024％＝2.4mV2)转换误差　　转换误差一般用绝对误差表示。绝对误差是指DAC的实际输出值与理论值之差。该值一般应低于最小输出电压ULSB的一半。DAC的转换误差越小，转换精度就越高。转换精度通常用输出电压满刻度时绝对误差的百分数表示。即转换精度＝2.转换速度转换速度是指从数码输入到模拟电压稳定输出之间所经历的响应时间，也称转换时间，一般取输入由全0变为全1或由全1变为全0时，其输出达到稳定值所需的时间。

4、7.2.3常见的DAC电路1.倒T型电阻网络DAC电路可分为电压型和电流型两大类。　　电路结构如图7.2.4所示。图7.2.4n位二进制倒T型网络DAC电路电子开关受输入二进制数Di控制。当Di＝1时，Si接运算放大器反相输入端，电流Ii流入求和电路；当Di＝0时，Si将电阻2R接地。根据运算放大器线性运用时的虚地概念可知，无论电子开关Si处于何种位置，与Si相连的2R电阻均将接地，这样流过电阻2R上的电流不随开关位置变化而变化，为确定值，从每个节点向里看的二端口网络等效电阻均为R，即RA＝2R∥2R＝RRB＝(RA+R)∥2R＝RRC＝2R∥2R＝RRD＝2R∥2R＝R则流过各

5、节点的电流从高位到低位依次为流入运算放大器的总电流为(7.2.4)(7.2.3)当Rf=R时由上式可以看出，此电路完成了从数字量到模拟量的转换，并且输出模拟电压正比于数字量的输入。2.集成DAC电路AD7524AD7524(CB7520)是采用倒T型电阻网络的8位并行D／A转换器，功耗为20mW，供电电压UDD为5～15V。AD7524典型实用电路如图7.2.5所示。图7.2.5AD7524典型实用电路表7.2.1AD7524功能表当输出电压片选信号　　与写入命令　为低电平时，AD7524处于写入状态，可将D0～D7端的输入数据写入寄存器并转换成模拟电压输出。输出电压与输入数字量的关

6、系如下：(7.2.5)该电路中n=8。当参考电压UR取负值时，输出电压为正；当参考电压UR取正值时，输出为负。　当输入最大数字量11111111时，由式(7.2.5)可知：7.3.1ADC的基本概念ADC的任务是将模拟信号转换为数字信号。在此过程中，输入的模拟信号在时间上是连续量，而输出的数字信号是离散量，所以进行转换时必须在一系列选定的时间瞬间对输入的模拟信号取样，然后再把这些样值转换为输出的数字量。因此，转换过程通常通过采样、保持、量化、编码四个步骤来完成。其转换原理图如图7.3.1所示。7.3模/数转换图7.3.1ADC的转换原理图7.3.2ADC的电路组成及其工作原理1.AD

7、C的电路组成在进行A/D转换的过程中，需要经过采样、保持、量化、编码四个步骤来完成，这些步骤往往是在电路中合并进行的。例如采样和保持就是利用同一个电路连续进行的，量化和编码也是在转换过程中同时实现的，而且所占有的时间又是保持时间的一部分。其电路组成结构框图如图7.3.2所示。图7.3.2ADC的电路结构框图2.ADC的工作原理1)采样和保持　　为了把输入的模拟信号转换为与之成正比的输出数字量，首先要对输入的模拟信号采样，就是按一定