ch9數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換

1、掌握倒T形電阻網(wǎng)絡D/A轉(zhuǎn)換器(DAC)工作原理和集成D/A轉(zhuǎn)換器的應用。2、掌握A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)的過程和功能。教學基本要求9模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器ADC和DAC已成為計算機系統(tǒng)中不可缺少的接口電路。抗混疊濾波采樣、保持ADC計算機DSPDAC重構(gòu)濾波模擬信號輸入信號輸出數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖（低通濾波）（平滑濾波）模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換

，，9.1D/A轉(zhuǎn)換器Digital-to-AnalogConverters將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與之成正比模擬量。n位數(shù)字量DAC模擬量A

=KD

O=–KNB

Di=0時,開關Si接地Di=1時,開關Si接VREF9.1.1D/A轉(zhuǎn)換的基本原理+voRfRR/2R/4R/8i0i1i2i3D0D1D2D3AVREFS0if若R=Rf9.1.2倒T形電阻網(wǎng)絡D/A轉(zhuǎn)換器Di=0,Si則將電阻2R接地Di=1,Si接運算放大器反相端，電流Ii流入求和電路

電阻網(wǎng)絡模擬電子開關求和運算放大器輸出模擬電壓輸入4位二進制數(shù)根據(jù)運放線性運用時虛地的概念可知，無論模擬開關Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻將接“地”

或虛地。1、4位倒T形電阻網(wǎng)絡D/A轉(zhuǎn)換器基準電壓D/A轉(zhuǎn)換器的倒T形電阻網(wǎng)絡基準電源VREF提供的總電流為：I=？流過各開關支路的電流：I3=？I2=？I1=？I0=？I/4I/8I/16RRRRI/2I/4I/8I/16I/2I3I2I1I0流入每個2R電阻的電流從高位到低位按2的整數(shù)倍遞減。I3=VREF/2RI2=VREF/4RI1=VREF/8RI0=VREF/16R流入運放的總電流：i

＝I0+I1+I2+I3輸出模擬電壓：

AD7533D/A轉(zhuǎn)換器使用:1)要外接運放，

2)運放的反饋電阻可使用內(nèi)部電阻，也可采用外接電阻2.集成D/A轉(zhuǎn)換器10位CMOS電流開關型D/A轉(zhuǎn)換器

例題：用計數(shù)器和D/A轉(zhuǎn)換器組成

階梯波產(chǎn)生電路74163具同步清零功能74163和與非門構(gòu)成十進制計數(shù)器：0000~1001

vO

Q0

Q1

Q2

Q3

CPD0D1D2

D3

–10.24V

&

CRCEP

CET

PE

1

74LS163

–

+

A

Rf

IOUT1

IOUT2

VREF

AD7533

D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9

vo

/V

D

75319ADCDn~D0輸出數(shù)字量輸入模擬電壓能將模擬電壓成正比地轉(zhuǎn)換成對應的數(shù)字量。1.A/D功能:9.2A/D

轉(zhuǎn)換器

Analog-to-DigitalConverter2.A/D轉(zhuǎn)換器分類①并聯(lián)比較型(flashADC--高速ADC)

特點:轉(zhuǎn)換速度快,轉(zhuǎn)換時間10ns~1

s,

但電路復雜。②逐次逼近型（Successive-ApproximationADC)

特點:轉(zhuǎn)換速度適中,轉(zhuǎn)換時間為幾

s~100

s,轉(zhuǎn)換精度高，在轉(zhuǎn)換速度和硬件復雜度之間達到一個很好的平衡。③雙積分型

(Dual-SlopeADC)

特點:轉(zhuǎn)換速度慢,轉(zhuǎn)換時間幾百

s~幾ms,但轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力最強。1.取樣

采樣是將隨時間連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為在時間離散的模擬量。

采樣定理：設采樣信號S(t)的頻率為fs，輸入模擬信號

I(t)的最高頻率分量的頻率為fimax，則fs

≥2fimax----奈奎斯特采樣定理（NyquistTheorem)

S(t)=1:開關閉合S(t)=0:開關斷開9.2.1A/D轉(zhuǎn)換的一般工作過程采得模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號都需要一定時間，為了給后續(xù)的量化編碼過程提供一個穩(wěn)定的值，在取樣電路后要求將所采樣的模擬信號保持一段時間。采樣保持2.保持(Hold)3.ADC數(shù)字信號在數(shù)值上是離散的。采樣–保持電路的輸出電壓還需按某種近似方式歸化到與之相應的離散電平上，任何數(shù)字量只能是某個最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。量化后的數(shù)值最后還需通過編碼過程用一個代碼表示出來。經(jīng)編碼后得到的代碼就是A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量。編碼量化9.2.2并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器(FlashADC)電壓比較器輸入模擬電壓精密電阻網(wǎng)絡精密參考電壓VREF/153VREF/157VREF/159VREF/1511VREF/155VREF/1513VREF/15輸出數(shù)字量1、電路組成VI=8VREF/151111000001

vI

CO1CO2CO3CO4CO5CO6CO7

D2D1D0

7VREF/15

vI

9VREF/15

0001111100

9VREF/15

vI

11VREF/15

0011111101

5VREF/15

vI

7VREF/15

0000111011

3VREF/15

vI

5VREF/15000001101011VREF/15

vI

13VR/15

011111111013VREF/15

vI

VREF/15

1111111111

VREF/15

vI

3VREF/15

0000001001

0vI

VREF/15

0000000000

根據(jù)各比較器的參考電壓值，可以確定輸入模擬電壓值與各比較器輸出狀態(tài)的關系。比較器的輸出狀態(tài)由D觸發(fā)器存儲，經(jīng)優(yōu)先編碼器編碼，得到數(shù)字量輸出。所加砝碼重量

結(jié)果

9.2.3逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器

（Successive-ApproximationADC)逐次逼近轉(zhuǎn)換過程與用天平稱物重非常相似。第一次8克砝碼總重<待測重量Wx

，8克砝碼保留8克第二次再加4克砝碼總重仍<待測重量Wx

，4克砝碼保留12克第三次再加2克砝碼總重>待測重量Wx

，2克砝碼撤除12克第四次再加1克砝碼總重＝待測重量Wx

，1克砝碼保留13克1.轉(zhuǎn)換原理所用砝碼重量：8克、4克、2克和1克。設待秤重量Wx

=13克。2.電路組成

0留111111003.工作原理設：輸入模擬電ui

=6.84V

輸出8位數(shù)碼，D/A的VREF=-10V10000000

A=6.84VVREF=-10V1010111111000000101000001011000010101000101011001010111010101111小結(jié)：1、

逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)越多轉(zhuǎn)換精度越高；2、逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需時間與其位數(shù)n和時鐘脈沖頻率有關，位數(shù)愈少，時鐘頻率越高，轉(zhuǎn)換所需時間越短；END9.2.4雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器

1、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的基本指導思想

對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后利用時鐘脈沖和計數(shù)器測出此時間間隔，進而得到相應的數(shù)字量輸出。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器也稱為電壓－時間－數(shù)字式積分器。1、電路組成00000Cr信號將計數(shù)器清零；開關S2閉合，待積分電容放電完畢后，斷開S2使電容的初始電壓為0。2、工作原理①準備階段：經(jīng)過2n個CP(2)第一次積分：t=t0時，開關S1與A端相接，積分器開始對

I積分。經(jīng)2n個CP后,開關切換到B，

，=VP。第一積分時間為2nTCVREF加到積分器的輸入端，積分器反方向進行第二次積分；當t=t2時積分器輸出電壓

O≥0，比較器輸出

C=0，時鐘脈沖控制門G被關閉，計數(shù)停止。(3)第二次積分：T1=2nTC

T2=

Tc

T