數(shù)字電路課件：第9章模擬和數(shù)字信號(hào)間的轉(zhuǎn)換

1、第九章 模擬和數(shù)字信號(hào)間的轉(zhuǎn)換,杭州電子科技大學(xué)電子信息學(xué)院,教材原著：數(shù)字電路 龔之春 編著,第九章 模擬和數(shù)字信號(hào)間的轉(zhuǎn)換,模擬量：溫度、壓力、速度、位移及濃度,A/D轉(zhuǎn)換：從模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,D/A轉(zhuǎn)換：從數(shù)字量到模擬量的反轉(zhuǎn)換,一、軋鋼生產(chǎn)線,鋼板厚度,軋鋼帶溫度,電動(dòng)機(jī)，調(diào)整上下兩軋輥 的間距，保證鋼板厚度,噴水器， 調(diào)整溫度,話筒，語(yǔ)音控制,喇叭，發(fā)出語(yǔ) 音提示信號(hào),9-1 A/D及D/A轉(zhuǎn)換的概念,二、模擬量和數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系,ADC的作用是使輸入模擬量 轉(zhuǎn)換成與其成正比的數(shù)字Z,式中 為最小量化電壓或電壓量化單位,當(dāng) 時(shí)，Z=1,DAC的作用是把輸入數(shù)字量Z，轉(zhuǎn)換成與其成正比

2、的模擬 電壓 輸出，即：,采樣定理（奈奎斯特定理）：,當(dāng)取樣脈沖的重復(fù)頻率 ，高于或至少等于模擬信 號(hào) 中最高頻率分量 的一倍時(shí)，取樣后的信號(hào) 或 將能完全重現(xiàn)輸入信號(hào),即：,通常?。?一、二進(jìn)制權(quán)重網(wǎng)絡(luò)DAC,當(dāng)Zi1時(shí)，Si接通；,當(dāng)Zi0時(shí)，Si斷開；,9-2 D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）,若輸入數(shù)字 時(shí)，只有1位開關(guān)S0閉合，故：,即：,考慮Zi各位同時(shí)作用，則：,選RF=1.6R, 令VREF=5V,則VO= -ZI,可得出電路的轉(zhuǎn)換表：,VO= -ZI,二、倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC,六、DAC的特性參數(shù),外部參數(shù),輸入數(shù)字位數(shù),輸出電壓極性及量程,外接電源的大小,DAC的分辨率,轉(zhuǎn)換誤差,轉(zhuǎn)

3、換速度,DAC的分辨率 ：,輸出電壓的最小臺(tái)階VLSB與輸出滿量程Vomax之比,它也等于輸入數(shù)字最大值的倒數(shù)，即：,n: 輸入數(shù)字Z的位數(shù),當(dāng)n較大時(shí)，,如：一個(gè)10位DAC的分辨率為：,A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）,A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理,由于模擬量時(shí)間上連續(xù)，數(shù)字量離散，所以轉(zhuǎn)換時(shí)在時(shí)軸上的規(guī)定點(diǎn)對(duì)模擬信號(hào)采樣，一般步驟為：,采樣,保持,量化,編碼,采樣定理,模擬信號(hào),采樣信號(hào),取樣頻率fS必須大于等于輸入模擬信號(hào)包含的最高頻率fmax的兩倍，即：,一、轉(zhuǎn)換特性和電路部件,（1）特性參數(shù),ADC的轉(zhuǎn)換精度：,用分辨率來(lái)描述，也就是輸出二進(jìn)制（十進(jìn)制）數(shù)的位數(shù)n,同樣的輸入電壓，輸出位數(shù)n愈大，

4、即分層愈細(xì)，分辨率愈高,輸出n位的ADC，就是能將輸入模擬電壓分成2n層，每層幅度即為一個(gè)量化單位 。,9-3 A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）,二、并行ADC,輸入信號(hào) 與多層標(biāo)準(zhǔn)電平進(jìn)行比較,電阻分壓器,模擬比較器,數(shù)據(jù)寄存器,8-3線的優(yōu)先 編碼器,模擬比較器C7C1,高增益的運(yùn)算放大器,若ADC的模擬輸入電壓為：,0 0 0 1 1 1 1,1 1 1 0 0 0 0,0 1 1,反碼輸出,011為4的反碼,例9-2,試說(shuō)明圖9-33所示ADC的操作原理，要求列出轉(zhuǎn)換功能表，并設(shè)計(jì)其中的編碼輸出電路。,解：,是一種直接式并行ADC，省去了中間寄存器。,電路分辨力為：,3個(gè)比較器的比較電平依次為0.5V、1.5V、2.5V,可列出 與電路狀態(tài)的功能表,由表可寫出編碼方程式為