模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換即將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電量電壓或

1、第17章模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換即將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電量電壓或電流，使輸出的模擬電量與輸 入的數(shù)字量成正比。實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱數(shù)模轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換即將模擬電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，使輸出的數(shù)字量與輸入的模擬電量成 正比。實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱模數(shù)轉(zhuǎn)換器17.1 數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換器一、D/A轉(zhuǎn)換器的根本原理及分類1 數(shù)模轉(zhuǎn)換的根本原理要求：輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量成正比。輸入數(shù)字量D = (Dn-1 Dn-2D1 Do ) 2=Dn-1 2n-1 + Dn-2 2n-2 + D1 21 + Do 2o輸出模擬電壓uo = D = (Dn-1 2n-1 + Dn-2 2n-2 + + D1 21 + Do 2

2、°)A是DAC能輸出的最小電壓值，稱為DAC的單位量化電壓，它等于D 最低位LSB為1、其余各位均為0時(shí)的模擬輸出電壓用 ULSB表示2 倒T型網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，根本原理如圖示：RfUo模擬開(kāi)關(guān)Si打向“1側(cè)時(shí)，相應(yīng)2R支路接虛地；打向“ 0側(cè)時(shí)，相應(yīng)2R支路接地。故無(wú)論開(kāi)關(guān)打向哪一側(cè)，倒 T型電阻網(wǎng)絡(luò)均可等效為下列圖:2R2tl02tl12fl22tlB2VrefIoIlI3從A、B、C節(jié)點(diǎn)向左看去，各節(jié)點(diǎn)對(duì)地的等效電阻均為2R。因此，I =Vrefr丨3=1 V12 =23(步)，12 =2I= =422( 士)，丨1=1 22 =8 = 2 (24)，IoI1 =2 =16 =

3、 2° ( 24)即>3 =2310，I2 = 22I0,I1=2110， I0=20 I0可見(jiàn)，支路電流值Ii正好代表了二進(jìn)制數(shù)位 Di的權(quán)值2i 。模擬開(kāi)關(guān)Si受相應(yīng)數(shù)字位Di控制。當(dāng)Di = 1時(shí)，開(kāi)關(guān)合向“ 1側(cè)，相應(yīng)支 路電流Ii輸出；Di = 0時(shí)，開(kāi)關(guān)合向“ 0側(cè)，Ii流入地而不能輸出。i 2 = D3 13 + D2 12 +D1 11 + Do 10=(D3 23 + D2 22 +D1 21 + Do 20 )Io =DIoUo =Vref Rf2 4 R對(duì) n 位 D A C， uO =Vref Rf2n R3. D/A轉(zhuǎn)換器主要指標(biāo)常用 DAC 主要有權(quán)

4、電阻網(wǎng)絡(luò) DAC、R - 2R、T形電阻網(wǎng)絡(luò) DAC、R - 2R 倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC和權(quán)電流網(wǎng)絡(luò)DACo其中，后兩者轉(zhuǎn)換速度快，性能好， 因而被廣泛采用，權(quán)電流網(wǎng)絡(luò) DAC轉(zhuǎn)換精度高，性能最正確。(1) 分辨率：用輸入的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù) n來(lái)表示。位數(shù)越多，分辨率就越高。(2) 線性度：用非線性誤差的大小來(lái)表示。(3) 轉(zhuǎn)換精度：以最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出，這個(gè)誤差包含非線性誤差、比例系數(shù)誤差、漂移誤差等。 輸出電平 一般為5V至10V，高壓輸出型的可達(dá)24V至30V;輸出電流型 的，低的為幾到幾十毫安，高的達(dá) 3A(5)輸入數(shù)字電平：輸入數(shù)字信號(hào)分別為1和0時(shí)，所對(duì)應(yīng)的輸入上下電平的值

5、。4. 集成D/A轉(zhuǎn)換器常用集成DAC有兩類：一類內(nèi)部?jī)H含有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開(kāi)關(guān)兩局部，常用于一般的電子電路。另一類內(nèi)部除含有電阻網(wǎng)絡(luò)和電子模擬開(kāi)關(guān)外，還帶有數(shù)據(jù)鎖存器，并具有片選控制和數(shù)據(jù)輸入控制端， 便于和微處理器進(jìn)行連接，多 用于微機(jī)控制系統(tǒng)中。D7 De D5 D4 Ds D2 D1 蟲(chóng) CS 一 WR 45678910111213141516CD A7524R2衣_VREF=10V1 k。C 豐 15 pF OUT1OUT2_-uo上圖為CDA7524的單極性輸出應(yīng)用電路。圖中電位器 R1用于調(diào)整運(yùn)放增益, 電容C用以消除運(yùn)放的自激。 ULSB = VREF / 256，試求滿度輸

6、出電壓及 滿度輸出時(shí)所需的輸入信號(hào)。當(dāng) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 = 11111111 時(shí)，輸出為滿度值。U FSR= 28-1Ulsb=255 紅孝? 9.961 Vuo=-U fsr - 9.9 61 V 。1、A/D轉(zhuǎn)換器1.A/D轉(zhuǎn)換的根本原理功能：把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)子量分類按轉(zhuǎn)換原理：直接轉(zhuǎn)換型、間接轉(zhuǎn)換型輸入 模擬量 nrLTLTL輸出數(shù)字量D n - 1Di DoUi (t)采樣：把時(shí)間連續(xù)變化的信號(hào)變換為時(shí)間離散的信號(hào)。保持：保持采樣信號(hào)，使有充分時(shí)間轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。量化：把采樣保持電路的輸出信號(hào)用單位量化電壓的整數(shù)倍表示編碼：把量化的結(jié)果用二進(jìn)制代碼表示。

7、2.并聯(lián)比擬型的ADCV REF存放器編碼器JjDiDiDiDJiDaD2 (M SB)DiDo(L SB)電阻構(gòu)成分壓器3. A/D轉(zhuǎn)換器的主要指標(biāo)常用ADC主要有并聯(lián)比擬型、雙積分型和逐次逼近型。其中，并聯(lián)比擬 型ADC轉(zhuǎn)換速度最快，但價(jià)格貴；雙積分型 ADC精度高、抗干擾能力強(qiáng), 但速度慢；逐次逼近型速度較快、精度較高、價(jià)格適中，因而被廣泛采用。1分辨率：表示輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的輸入模擬量的變化量，常以輸出二進(jìn)制的位數(shù)表示。2相對(duì)精度：指實(shí)際的各個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)偏離理想特性的誤差。3轉(zhuǎn)換速度：完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。并聯(lián)比擬型 > 逐次比擬型 > 雙積分型4電源抑制：

8、在輸入模擬電壓不變的條件下，當(dāng)轉(zhuǎn)換電路的供電電源電壓變 化時(shí)對(duì)輸出的影響。本章小結(jié)D/A 轉(zhuǎn)換是將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與之成正比的模擬電量。 常用的 DAC 主 要有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) DAC、R - 2R T 形電阻網(wǎng)絡(luò) DAC、R - 2R 倒 T 形電阻網(wǎng) 絡(luò) DAC 和權(quán)電流網(wǎng)絡(luò) DAC 。其中，后兩者轉(zhuǎn)換速度快，性能好，因而被 廣泛采用，權(quán)電流網(wǎng)絡(luò) DAC 轉(zhuǎn)換精度高，性能最正確。A/D 轉(zhuǎn)換是將輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換為與之成正比的數(shù)字量。 常用 ADC 主要 有并聯(lián)比擬型、雙積分型和逐次逼近型。其中，并聯(lián)比擬型 ADC 屬于直接 轉(zhuǎn)換型，其轉(zhuǎn)換速度最快，但價(jià)格貴；雙積分型 ADC 屬于間接轉(zhuǎn)換型，其 速度慢，但精度高、抗干擾能力強(qiáng)；逐次逼近型也屬于直接轉(zhuǎn)換型，其速度 較快、精度較高、價(jià)格適中，因而被廣泛采用。A/D 轉(zhuǎn)換要經(jīng)過(guò)采樣 - 保持和量化與編碼兩步實(shí)現(xiàn)。采樣 - 保持電路對(duì)輸 入模擬信號(hào)抽取樣值，并展寬 保持 ；量化是對(duì)樣值脈沖進(jìn)行分級(jí)，編碼是 將分級(jí)后的信號(hào)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制代碼。在對(duì)模擬信號(hào)采樣時(shí)，必須滿足采樣定 理：采樣脈沖的頻率 fS 必須大于輸入模擬信號(hào)最高頻率分量的 2 倍。這樣 才能不失真地恢復(fù)出原模擬信號(hào)。DAC 和 ADC 的分辨率和轉(zhuǎn)換精