电工电子技术（第3版）教学课件作者刘耀元其他第16章数模转换与模数转换.ppt

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1、第十六章模-数和数-模转换器16.1概述16.2数-模转换器16.3模数转换器1本章要求：一、了解数－模转换器的结构、性能参数；模－数转换器的结构、性能参数。二、理解T型网络数－模转换器的工作原理；三、掌握DAC0832和ADC0809的集成块的外部引线及使用方法。216.1概述数字电路、计算机只能对数字信号进行处理，其结果为数字量。然而，自然界中绝大多数的物理量都是连续变化的模拟量。例如温度、速度、压力等。这些模拟量经传感器转换后所产生的电信号也是模拟信号。若要数字装置或计算机对这些信号进行处理，就必须将其转换为数字信号。将模拟量转换为数字量的过程称为模/数转换简称A/D转换。实现A/

2、D转换的电路被称之为模/数转换器，简称ADC（AnalogtoDigitalConverter）。ADC转换所得到的数字信号经计算机处理，其输出仍为数字信号。而过程控制装置往往需要模拟信号去控制，所以经计算机处理后得到的数字信号3必须转换为模拟信号。把数字量转换为模拟量的过程称作数/模转换器，简称DAC（DigitaltoAnalogConverter）。ADC和DAC应用框图如图所示。4DAC是将数字量输入转换成模拟量输出的电子线路，它是数字处理系统与模拟系统的接口电路。16.2数模转换器一、　权电阻网络DAC1.电路组成4位权电阻网络由4个不同系数电阻构成的权电阻网络、求和运算放大器

3、、电子模拟开关S和基准电压UR4个部分组成。52.工作原理各电阻值是按4位二进制数的位权大小取定：最低位对应的电阻最大，为23R，相邻低位减半，　最高位对应的电阻最小，为20R。接运放反相输入端各电子开关S受D控制6流向运放A点的总电流可表示为：I∑正比于输入的二进制数D，实现了数字量到模拟量的转换。二进制数系数按权排列，即权电阻网络7若权电阻网络为n位，且Rf＝R/2，则输出电压为运放将求和后的电流转换为模拟电压，其输出电压为权电阻网络DAC对电阻之间的数值要求相关较大，精度高，不便集成。8［例16－1］在图示权电阻网络DAC中，设UR＝8V，Rf＝R/2，试求（1）当输入数字量D3D

4、2D1D0＝0001时，输出的电压值。（2）当输入数字D3D2D1D0＝1000时，输出的电压值。（3）当输入数字量D3D2D1D0＝1111时，输出的电压值。解：将输入数字量的各位数值代入公式即可求得各输出电压分别为（1）（2）（3）9二、R－2R倒T形电阻网络DAC1.电路组成4位R－2R倒T形电阻网络由电阻网络、求和运算放大器、电子模拟开关S和基准电压UR4部分组成。102.工作原理无论D＝1还是D＝0，各2R支路上端经S都等效为接地，其等效电路如图：无论开关合向1还是0，电路结构不变，各支路电流不变。开关状态仅仅决定电流是流向运算放大器的虚地端还是流向地端。11从输入数字信号的高

5、位D3到低位D0，流入4个结点的电流分别被分流为I3＝I/2，I2=I/22，I1=I/23，I0=I/24。在数字量的控制下流向求和运算放大器反相输入端A点的电流为：实现了数字量到模拟量的转换12经求和运算放大器将电流I∑转换为电压的输出为：R－2R倒T形电阻网络DAC是目前应用最多的DAC集成电路，按输入的二进制数的位数可分为8位、10位、12位和16位等。如DA7520，其引脚排列及连接电路如图所示。13三、DAC的主要技术指标1.分辨率2.转换精度指最小输出电压与最大输出电压之比，也是最小输入数字量1与最大输入数字量2n-1之比。是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转

6、换误差。它是由于参考电压UR偏离标准值、运算放大器的零点漂移、模拟开关的压降及电阻值的偏差等原因所引起的。除此之外，应选用多位数DAC、选用稳定度高的参考电压源和低零漂的运算放大器与之配合。14四．D/A转换器应用举例DAC0808是8位权电流型D/A转换器，其中D0～D7是数字量输入端。用这类器件构成的D/A转换器时，需要外接运算放大器和产生基准电流用的电阻R1。当VREF=10V、R1=5kΩ、Rf=5kΩ时，输出电压为：1516.3模数转换器1.电路组成如图是逐次逼近型ADC的组成框图。由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数模转换器和电压比较器4部分组成。2.工作原理先设定一个数字量

7、DA，并将DA经DAC转换成模拟量UA后，与待转换的模拟量UX比较，如果比较结果UA=UX，则可确定所转换成的数字量为DA。164位逐次逼近型ADC原理图顺序脉冲发生器由5位环形计数器构成，输出5个时间上有一定先后顺序的CP脉冲，送给逐次逼近寄存器。17逐次逼近寄存器由4个D触发器构成，在顺序脉冲CP1至CP2的推动下，记忆每次由电压比较器比较的结果，并进行修改设定向DAC提供新的二进制输入数码。待转换的模拟电压UX送到电压比较器的