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时间:2020-06-01
《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》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
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
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