第十一章-数模、模数转换.ppt

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1、第十一章模数A/D、数模D/A转换11-1概述A/D转换器：将模拟信号转换成数字信号。D/A转换器：将数字信号转换成模拟信号。图11－1包含A/D和D/A的实时控制系统一、实时控制系统二、采样、量化和编码1.采样和量化采样就是按相等的时间间隔t从电压信号上截取一个个离散的电压瞬时值，这些值都有精确的大小。如图11－5所示，有一个被采样的信号电压的幅度范围为0～7伏，若把它们分为8层，包括电平0V在内，每个分层为1伏，然后看每个采样处于哪个分层之中，该分层的起始电平就是这个采样的数字量。这个过程就是量化。图11－5模拟电压信号被量化

2、的例子在对模拟信号进行采样时，为了与计算机表示数的方法一致，分层数必须是2n。例如，图11－5中的分层数是23＝8，或n＝3。实际的A/D转换器，n通常为8，10，12，16等。为简单起见，常用位数n表示A/D转换器的分辨率，它表明A/D转换器能分辨最小量化信号的能力。每个A/D转换器都有一个允许的最大电压范围，通常还有一个参考电压VR输入引脚，在输入电压值范围内改变VR的值，可以设定A/D转换器能够转换的电压范围，也即制定它的量程。例如，一个8位的A/D转换器，它将把输入电压信号分成28＝256层，若它的量程为0～5V，那么，它

3、能分辨的最小的量化信号电平，即量化单位为：q＝5V/2n＝5V/256=0.019V＝19mVq正好是A/D转换器输出的数字量中最低位LSB＝1时所对应的电压值，因而也称为1LSB。2.编码经采样和量化后，模拟量转化成了数字量，数字量可以用不同的代码来表示，这就是数字量的编码。编码的形式有好几种，如二进制，BCD码，ASCII码等。各器件采用的编码方式在制造过程中就固定好了，有些器件可通过外部连线，选择几种编码方式。下面介绍两种最常用的编码形式：自然二进制码和双极性二进制编码。三、采样保持器图11－6采样过程1.采样过程2.采样保

4、持器使用采样保持器可以将采样和保持两个过程分开，即在采样开关与A/D转换器之间加接一个电压保持器，采样保持电路和它的输入输出波形如图11－7所示。（a）采样保持电路（b）输入输出波形图图11－7采样保持电路和输入输出波形D/A转换器是把数字量转换为与输入量成比例的模拟信号的器件。多数D/A转换器把数字量（如二进制编码）变成模拟电流，如要将其转换成模拟电压还要使用电流/电压转换器（I/V）来实现。少数D/A转换器内部有I/V变换电路，可直接输出模拟电压值。为了了解D/A转换器的工作原理，先分析一下图11-8所示的4路输入加法器电路，

5、即权电阻网络D/A转换器。11-2D/A转换器一、D/A转换器原理图11－8权电阻网络DAC图中，d1～d4为4位输入数字量；R，2R，4R，8R为加权电阻；S1～S4是电子模拟开关。当某位di＝1时，相应开关闭合，di＝0时，开关断开。由理想运放可知，流入相加点∑的总电流为：IO=d1I1+d2I2+d3I3+d4I4=d1+d2+d3+d4=（d12-1＋d22-2＋d32-3＋d42-4）由于流入运放的电流为0，所以If＝IO。又因∑点虚地，故运放的输出电压VO=－If×Rf。这样，对于同样的输入数据，当参考电压VR改变时，

6、IO和VO均随之而改变。若固定VR，则输出电压VO与输入数字量成正比关系。如果Rf＝R/2，输入数字量d1d2d3d4＝1000，VR＝＋5V则输出电压VO＝－If×Rf＝－（1×＋0×＋0×＋0×）×＝－VR＝－2.5V这样，用二进制数字控制开关的通断，就可产生相应的输出电压信号。但是，与A/D转换器只能包含有限数目的分层数那样，D/A转换器中的开关和权电阻的数目也是有限的，因此，D/A转换器输出的电压仅是某些固定的值。它包括输入数字量的码制、数据格式和它们的逻辑电平等。多数D/A转换器只接受自然二进制编码，少数产品采用双极性二

7、进制编码或BCD编码等。输入数据的格式一般都是并行码。输入的逻辑电平一般为TTL电平。二、D/A转换器的主要性能指标1.输入数字量2.输出模拟量IOUT1＝×IOUT2＝×多数D/A转换器是电流输出型，一般在规定参考电压的情况下，产品手册给出输入为满码时的输出电流表达式。有些器件有一对电流输出引脚IOUT1和IOUT2。例如，8位D/A转换器DAC0832的输出电流为：3.分辨率分辨率的概念在前面已经提到，它是指输入数据发生1LSB的变化时所对应的输出模拟量的变化，分辨率△与输入数字量的位数n之间有如下关系：△＝FSR/2n对于8

8、位D/A转换器，2n＝256，其分辨率为0.39%FSR。由于分辨率与转换器的位数之间具有固定的对应关系，一般简单地用它们的位数来表示分辨率，如D/A转换器的分辨率可以是8，10，12，16。由于转换器内部电路的误差等原因，当送一个确定的数字量给D