第九章模拟信号和数字信号的转换第九章模拟量和数字量的转换第一节数模转换器第二节模数转换器模数与数模转换器是计算机与外部设备的重要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部件。将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换器(简称A/D转换器或ADC)；传感器模拟控制模拟信号数字计算机数字控制数字信号ADCDAC将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换器(简称D/A转换器或DAC)第九章模拟量和数字量的转换第一节数模转换器一、R-2R梯形电阻网络D/A转换器由AA、BB、CC、DD各点向右看的等效电阻都为R电流:2、R-2R梯形电阻网络D/A转换电路例1...
第九章模拟量和数字量的转换第一节数模转换器第二节模数转换器模数与数模转换器是计算机与外部设备的重要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部件。将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换器(简称A/D转换器或ADC)；传感器模拟控制模拟信号数字计算机数字控制数字信号ADCDAC将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换器(简称D/A转换器或DAC)第九章模拟量和数字量的转换第一节数模转换器一、R-2R梯形电阻网络D/A转换器由AA、BB、CC、DD各点向右看的等效电阻都为R电流:2、R-2R梯形电阻网络D/A转换电路例1:已知R-2R梯形网络D∕A转换器中R=RF=20kΩUR=10V，试分别求出4位和8位D∕A转换器的输出最小电压、最大电压。解：4位D∕A转换器d3～d0＝0001时输出最小电压U0min；d3～d0＝1111时输出最大电压U0max。同理8位D∕A转换器在UR和RF相同条件下，D∕A转换器位数越多，输出最小电压越小，输出最大电压越大。二、D/A转换器的主要参数指最小输出电压和最大输出电压之比。1.分辨率2.转换误差（转换精度）3.输出电压(电流)的建立时间例:十位D/A转换器的分辨率为有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。转换误差是指输出模拟电压的实际值与理论值之差，即最大静态转换误差。转换误差常用输出满刻度FSR的百分数表示，也有用最低有效位的倍数来表示。输入由全0变为全1或由全1变为全0起，到输出稳定电压(电流)所需的时间。三、集成D/A转换器1.无锁存无放大器按其组成结构(即功能模块)，集成D∕A转换器可分为以下三种类型：早期的产品只包含D/A转换网络，如AD7520，其电路和图9-2相似，但运算放大器是外接的。2.有锁存无放大器具有数字输入寄存器，使用时需外接运算放大器。如：DAC0832DAC0832简化电路框图八位寄存器输入八位寄存器DAC八位转换器UREFRFIout1Iout2AGNDUCCDGND&ILECSWR1WR2XFERD/A11≥≥DAC0832结构图片选信号，低电平有效写入控制，低电平有效模拟地端D0~D7数字量输入参考电压输入端DAC0832管脚分布图数字地端DAC0832管脚分布图输入锁存允许信号，高电平有效芯片工作电压输入端电流输出端单极性输出时。Iout2接模拟地DAC0832工作方式3.有锁存有放大型例如DAC82：是CMOS型有锁存有放大的8位D/A转换器。近期生产的D/A转换器，包含了输入数据寄存器、D∕A转换网络、模拟输出放大器及参考电压源4部分功能电路，可实现模拟电压的单极性或双极性输出。第二节模数转换器模数(A/D)转换器是将模拟量转换成数字量间接A/D转换器：工作速度较低，但转换精度较高，抗干扰能力强，在测量仪表中得到广泛应用。分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大类直接A/D转换器:工作速度高、转换精度容易保证。如逐次逼近型、并行比较型、计数型A/D转换器等如单积分型A/D转换器、双积分型A/D转换器等一、逐次逼近型A/D转换器其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx=13克，可以用下表步骤来秤量：28g+4g38g+4g+2g48g+4g+1g18g8g<13g，12g<13g，14g>13g，13g＝13g，8g12g12g13g保留保留撤去保留2.转换原理转换开始先将寄存器最高位预置1，输出数字量为100…0，经D/A转换成相应的模拟电压UΣ,并与输入模拟电压UX比较,若UΣUX，最高位定为0；再将寄存器的次高位预置1，按上述方法逐位比较下去，直到最低位为止。1结构图3.转换过程23411000UΣUX5VUΣUX110010101011例：UR=8V，UX=5.52VD/A转换器输出UΣ为正值转换数字量10114+1+0.5=5.5V转换误差为–0.02V例：UR=8V，UX=5.52V若输出为8位数字量转换数字量101100014+1+0.5+0.03125=5.53125V转换误差为+0.01125V位数越多误差越小逐次逼近转换过程示意图UΣ>UXUΣ0,开关S1导通其他开关断开，积分电路对输入电压UI积分:T1阶段结束时积分器的输出电压(2)对参考电压回积（T2）阶段开关S2导通，其余断开。积分电路对参考电压（-UR）积分，使积分器的输出回积到0。回积过程，T2阶段的时间可由下式决定(3)清零与准备（T3）阶段此阶段要为本次转换作收尾工作，并为下次转换作好准备。暂时关闭控制门G，计数器值N2送到锁存器寄存；N2被锁存后计数器清零,积分电容C完全放电。三、A/D变换器的主要技术指标1.分辨率：以输出二进制数的位数表示分辨率。位数越多，误差越小，转换精度越高。转换速度：完成一次A/D转换所需要的时间，即从它接到转换控制信号起，到输出端得到稳定的数字量输出所需要的时间。3.转换误差：以实际输出的数字量和理想数字量之间的差别，转换误差通常用相对误差表示。4.输入模拟电压范围：输入电压范围有单极性和双极性之分。分辨率和转换误差一起反映了A/D转换器的精度。A/D转换器的位数多，其相对误差小，转换精度高
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