电工与电子技术 教学课件 2 作者 于荣义 电工与电子技术 - 18.pptx

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1、电工与电子技术第十八章模拟量和数字量的转换沈阳大学信息工程学院电子信息工程系在电子技术中，数字量与模拟量经常需要互相进行转换。例如当计算机应用于过程控制或者进行信号处理时，需要将连续变化的温度、压力、语言等模拟物理量经传感器转变成电压或电流等电模拟量，再经转换器转变成数字量，才能送入计算机进行处理；而计算机处理的结果仍然是数字量，必须要经过转换器还原成模拟量，才能实施控制。再在数字仪表中，则需要将模拟量转换成数字量进行数字显示。将模拟量转换成数字量称为模数转换，能够实现模数转换的装置称为模数转换器，简称转换器或（）；将数字量转换成模拟量称为数模转换，

2、能够实现数模转换的装置称为数模转换器，简称转换器或（）。图18-1所示是模-数和数-模转换的原理框图。衡量和转换器有两个主要的指标，一个是和转换器的转换精度，另一个是和转换器的转换速度。图18-1典型数字系统框图转换器有权电阻网络、倒型电阻网络、权电流型、权电容网络以及开关树型等几种类型，目前生产的大多采用的是倒型电阻网络。转换器一般可以分为直接转换器和间接转换器两大类。在直接转换器中有并联比较型、计数式反馈比较型、逐次逼近式反馈比较型和可逆式反馈比较型等多种；间接转换器的有积分型和压—频变换型两类，其中积分型又分为直接积分型、双积分型和多重积分型等

3、多种。本章主要介绍常用转换电路、转换电路的电路组成以及各种技术指标。18.1D/A转换器18.1转换器18.1.1转换器的结构转换器的种类有很多种，本节简单介绍采用比较广泛的倒型电阻网络转换器，它的特点是结构简单、转换速度快、电阻网络只有和两种阻值的电阻，可以提高转换精度。图18-1-1倒T型电阻网络转换器倒型电阻网络转换器包括：①基准电压；②倒型电阻网络；③电子模拟开关、、、；④运算放大器。图18-1-1中所示的运算放大器为反相比例运算电路，输出电压为；为输入的位二进制数，当为时，它所控制的开关接到运算放大器的反相输入端；当为时，它所控制的开关接地

4、，所以各电阻上端都等效为接地。由此可得向左的等效电路如图18-1-2所示，等效电阻为，总电流。图18-1-2倒型电阻网络的等效电路由此可得各电阻支路的电路、、、依次为、、、，流入运算放大器的电流即为运算放大器的输出电压为由此可推算出位倒型电阻网络，当时，输出电压的计算公式为由上式可知倒型电阻网络输出的模拟电压与输入二进制数字量成正比。集成电路制造技术飞速发展，转换器集成芯片种类繁多。按输入的二进制数的位数可分为位、位、位和位等。以为例，它是双工艺制成的双列直插式位转换器，它可以直接与、等多种微处理器接口，它采用的是倒型电阻网络。其结构框图和引脚排列如

5、图18-1-3所示。图18-1-3的结构框图和引脚图下面简单介绍，它由位输入寄存器、位寄存器和位部分组成。各引脚功能如下。：位输入数字信号。：片选信号，输入低电平有效。：输入锁存允许信号，输入高电平有效。：输入寄存器写信号，输入低电平有效。、和共同控制输入寄存器的数据输入。：寄存器写信号，输入低电平有效。：传送控制信号，输入低电平有效。、共同控制寄存器的数据输入。：电流输出。当寄存器为全时，最大；全时，最小。：电流输出。电路中。在实际使用中，总是外接运算放大器将电流输出信号转换成电压输出信号。和作为运算放大器的两个差分输入信号。：为外接运放提供的反馈

6、电阻引出端。：参考电压输入，其电压范围为～。：电源电压端，其电压范围为～。、：模拟地和数字地。18.1.2转换器的主要技术指标1．转换速度转换器的转换速度通常由电阻网络传送信号的时间和运算放大器接收信号到输出达到稳态的时间所决定。电阻网络传送信号所用的时间较短，运算放大器接收信号所用的时间较长。在转换器中，用建立时间来描述转换速度。建立时间也称为转换时间，它是从数字信号输入开始，到输出模拟电流（或电压）达到稳态值所需的时间。建立时间的大小决定了转换速度。在一般产品的使用说明中给出的都是输入数字量满量程变化（从全变为全或从全变为全）时的建立时间。通常为

7、量级。2．转换精度转换器的转换精度通常用分辨率来描述。的分辨率表示转换器在理论上可以达到的精度，是指最小输入电压（对应的输入二制数为）与最大输出电压（对应的输入二进制数的所有位全为）之比。即式中，表示输入数字量的位数。当分别为、、、时，分辨率则分别为，，，分辨率越低，则说明转换器的精度越高。转换器的精度除了与位长或分辨率有关外，还常常会受到转换过程中各种误差的影响，也就是说转换的误差将会直接影响转换的精度。造成误差的主要原因包括以下几种。①比例系数误差：它是由于参考（基准）电压偏离标准值所引起的，与输入数字量的大小成正比。②漂移误差：它是由运算放大器

8、的零点漂移造成的，与输入数字量的大小无关，是一个可负、可正的固定偏差。③非线性误差：它是由电子开关的导通压降