《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》課件第9章ADC、DAC

第九章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

計(jì)算機(jī)和微處理器在電子系統(tǒng)中的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，為了能把模擬信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)或微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，就要把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路稱為A/D轉(zhuǎn)換器（Analog─DigitalConverter），也稱為ADC。另外，有的電子系統(tǒng)也需要把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)進(jìn)行輸出，把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的電路稱為D/A轉(zhuǎn)換器（Digital─AnalogConverter）。也稱為DAC。一、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的方法

tV(t)4321000001000000001100000010A..BC00000011VB=3V模擬信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換器A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A3VA/D和D/A轉(zhuǎn)換器在現(xiàn)代電子技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。在此，我們用一個(gè)簡單的測量和控制一個(gè)容器中水的溫度系統(tǒng)為例，來簡單說明A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。

0011010010110101加熱棒溫度傳感器

調(diào)理電路A/D轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換微處理器液晶顯示功率放大按轉(zhuǎn)換形式來分類：

A/D轉(zhuǎn)換器的類型可以分為直接A/D轉(zhuǎn)換器和間接A/D轉(zhuǎn)換器兩大類。在直接A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入的模擬信號(hào)直接被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)；而在間接A/D轉(zhuǎn)換器中，輸入的模擬信號(hào)先被轉(zhuǎn)換成某種中間變量（如時(shí)間、頻率等），然后再將中間變量轉(zhuǎn)換為最后的數(shù)字量。按輸出數(shù)字信號(hào)的形式來分類：A/D轉(zhuǎn)換器有并行輸出和串行輸出兩種類型。

二、A/D轉(zhuǎn)換器的分類三、A/D轉(zhuǎn)換器的輸入與輸出的關(guān)系式中，x表示模擬輸入信號(hào)，n為A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，y表示數(shù)字輸出（n位表示），VREF為基準(zhǔn)電壓。

性能指標(biāo)是選擇使用A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器的重要依據(jù)，在性能指標(biāo)中A/D和D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換分辨率（或位數(shù)）和轉(zhuǎn)換時(shí)間（或轉(zhuǎn)換速度）是最重要的兩個(gè)參數(shù)。

A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)有：分辨率、量化誤差、采樣速率、信噪比（SNR）、失真系數(shù)、溫度系數(shù)、轉(zhuǎn)換時(shí)間、參考電壓、輸入動(dòng)態(tài)范圍、功耗等。四、A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

分辨率指A/D轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換過程中能分辨輸入模擬信號(hào)的最小量，它與A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)。一個(gè)輸出為n位二進(jìn)制數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換器，能區(qū)分輸入模擬信號(hào)2n個(gè)不同量級(jí)。如果輸入信號(hào)是電壓，能區(qū)分輸入模擬電壓的最小分辨率為=19.53（mV）1．分辨率例如，兩個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出分別為12位和8位，允許輸入模擬信號(hào)的電壓范圍都為0-5V，則其分辨率分別為多少？對(duì)于輸出為8位的A/D轉(zhuǎn)換器，其滿量程也是5V分辨率==1.22（mV）分辨率==19.53（mV）

解：對(duì)于輸出為12位的A/D轉(zhuǎn)換器，其滿量程是5V

轉(zhuǎn)換時(shí)間是表征一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。轉(zhuǎn)換時(shí)間是指從接到轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)開始，到輸出端獲得穩(wěn)定的數(shù)字信號(hào)完成一次轉(zhuǎn)換的時(shí)間。

2．轉(zhuǎn)換時(shí)間

采樣速率是采樣時(shí)間的倒數(shù)。采樣時(shí)間是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔，采樣時(shí)間必須大于或等于轉(zhuǎn)換時(shí)間。有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)字上等同于采樣速率，常用單位是KSPS和MSPS，分別表示每秒采樣千次和百萬次。3.采樣速率D/A轉(zhuǎn)換器的類型有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器等。此外根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字信號(hào)的方式，有并行輸入和串行輸入兩種類型。式中，x表示數(shù)字輸入（n位二進(jìn)制表示的十進(jìn)制值），n為D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，y表示模擬輸出信號(hào)，VREF為基準(zhǔn)電壓，G為增益。五、D/A轉(zhuǎn)換器的分類D/A轉(zhuǎn)換器的輸入與輸出的關(guān)系可以表示為

六、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1．分辨率指輸入數(shù)字量從全0變化到最低有效位為1時(shí)，對(duì)應(yīng)輸出可分辨的電壓變化量△V與最大輸出電壓Vm之比，即：分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)輸入量的微小變化的反應(yīng)越靈敏。在電路的穩(wěn)定性和精度能保證時(shí)，分辯率與輸入數(shù)字量的位數(shù)n有關(guān)，n越大分辨率越高。分辨率

轉(zhuǎn)換