D-A与A-D转换

null第11章 D/A与A/D转换第11章 D/A与A/D转换数字电子技术 Digital Electronics Technology海南大学《数字电子技术》课程组 教学网址：http://hainu.edu.cn/szjpkc 讨论空间：http://975885101.qzone.qq.com/ E-mail: 975885101@qq.com11.1 概述11.1 概述1. 模-数转换 定义：模拟信号到数字信号的转换称为模-数转换，或称为A/D（Analog to Digital）。 把实现A/D转换的电路称为A/D转换器（Analog Digital Converter ADC）。2. 数-模转换 定义：模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，或称为A/D（Analog to Digital） 把实现D/A转换的电路称为D/A转换器（ Digital Analog Converter DAC）。11.1 概述典型数字控制系统框图11.1 概述11.1 概述DAC网络DAC权电阻倒梯形电阻网络DACADC直接ADC间接ADC权电流型DAC权电容型DAC开关树型DAC输入/输出方式并行串行11.1 概述3. 分类11.2 D/A转换器11.2 D/A转换器1. 权电阻型D/A转换器 模拟开关，受Di控制。 Di =1时，模拟开关左拨； Di =0时，模拟开关右拨。权电阻网络求和放大器MSBLSB11.2 D/A转换器运算放大器总的输入电流为 运算放大器的输出电压为 若RF=1/2R，代入上式后则得 11.2 D/A转换器 输出电压正比于输入的数字量D=Dn-1Dn-2 …D1=D0，从而实现了从数字量到模拟量的转换。11.2 D/A转换器当D=Dn-1…D0=0时, uo =0 因而uo 的变化范围是： 当D=Dn-1…D0=11…1时， 最大输出电压： 电路简单，器件少。但精度由电阻的精度定，此电路中阻值差别大，对集成不利。特点： 11.2 D/A转换器自学内容： 双级权电阻网络D/A转换器11.2 D/A转换器Di=1，Si将电阻接到运放反向输入端Di=0，Si将电阻接到运放同向输入端都是虚地，各支路电流不会变化11.2 D/A转换器2. 倒T形电阻网络D/A转换器 流入2R支路的电流是依2的倍速递减。11.2 D/A转换器流入运算放大器的电流为： 11.2 D/A转换器运算放大器的输出电压为： 11.2 D/A转换器 若RF=R，并将I=UR/R代入上式， 则有 可见，输出模拟电压正比于数字量的输入。 11.2 D/A转换器3.八位集成DAC0832（1）引脚排列图 11.2 D/A转换器11.2 D/A转换器（2）内部结构图 11.2 D/A转换器11.2 D/A转换器（3） DAC0832的三种工作方式（1） 11.2 D/A转换器11.2 D/A转换器（3） DAC0832的三种工作方式（2） 11.2 D/A转换器11.2 D/A转换器（3） DAC0832的三种工作方式（3） 11.3 A / D转换器 由于模拟量时间和（或）数值上是连续的，而数字量在时间和数值上都是离散的，所以转换时要在时间上对模拟信号离散化（采样），还要在数值上离散化（量化），一般步骤为：采样保持量化编码11.3 A / D转换器1. A/D转换器的基本原理 11.3 A / D转换器（1） 采样定理 模拟信号采样信号 取样频率fS必须大于等于输入模拟信号包含的最高频率fmax的两倍，即： 11.3 A / D转换器11.3 A / D转换器（2） 量化和编码量化： 将采样电压转化为数字量最小数量单位的整数倍的过程。编码： 将量化结果用代码表示出来。量化误差： 由于模拟量不一定能被整除。11.3 A / D转换器11.3 A / D转换器例如：要将01V的模拟电压转换为三位二进制代码。方法1：取＝1/8 V，0 1/8 V 的电压以0× 表示，则：模拟电压二进制编码代表的模拟电压电平可见量化误差最大达=1/8 V。11.3 A / D转换器11.3 A / D转换器方法2：取＝2/15 V，0 1/15 V 的电压以0× 表示，则模拟电压二进制编码代表的模拟电压电平可见量化误差最大达/2=1/15 V。11.3 A / D转换器11.3 A / D转换器MOS管，做模拟开关采样控制信号保持电容采样输出波形（3）采样－保持电路11.3 A / D转换器11.3 A / D转换器（1） 并联比较型A/D转换器 11.3 A / D转换器1. 直接A/D转换器11.3 A / D转换器 寄存器：由七个D触发器构成。在时钟脉冲CP的作用下，将比较结果暂时寄存，以供编码用。  编码器：由六个与非门构成。将比较器送来的七位二进制码转换成三位二进制代码D2、D1、D0。编码网络的逻辑关系为：11.3 A / D转换器11.3 A / D转换器并联型A/D转换器的转换关系 11.3 A / D转换器11.3 A / D转换器 例如：假设模拟输入UIN=3.8V，UR=8V。当模拟输入UIN=3.8V加到各级比较器时，由于 因此，比较器的输出C6~C0为0001111。在时钟脉冲作用下，比较器的输出存入寄存器，经编码网络输出A/D转换结果：D2D1D0=100。优点：转换速度很快。 缺点：电路复杂，转换精度较低。11.3 A / D转换器11.3 A / D转换器（2）反馈比较型A/D转换器 11.3 A / D转换器11.3 A / D转换器（3）逐次渐进型A/D转换器 11.3 A / D转换器11.3 A / D转换器（1）双积分型A/D转换器 11.3 A / D转换器2. 间接A/D转换器11.3 A / D转换器积分器：输入端接开关S，S受触发器Fn的控制。 当Qn=0 时，S接输入电压+Ui，积分器对输入信号电压+Ui（正极性）积分（正向积分）。 当Qn=1 时，S接基准电压-UR（负极性），积分器对基准电压-UR积分（负向积分）。 积分器输出Uo接零值比较器。 11.3 A / D转换器 零值比较器：其输出UC作为控制门G的门控信号。  当积分器输出Uo≤0时，比较器输出UC=1； 当积分器输出Uo>0时，比较器输出UC=0。11.3 A / D转换器 当零值比较器输出UC=1 时，G门开，标准时钟脉冲通过G门加到计数器；时钟控制门G： 当零值比较器输出UC=0时，G门关，标准时钟脉冲不能通过G门加到计数器，计数器停止计数。11.3 A / D转换器计数器：由n+1个触发器构成，Fn-1…F1F0构成n位二进制计数器，Fn实现对S的控制。11.3 A / D转换器11.3 A / D转换器电压波形11.3 A / D转换器取样阶段：其中τ=RC为积分时间常数。 当+Ui为正极性不变常量时，Uo（T1）值为： 11.3 A / D转换器比较阶段：开关转至-UR后，积分器对基准电压进行负向积分，积分器输出为： 11.3 A / D转换器 当Uo＞0 时，零值比较器输出UC=0，G门关，计数器停止计数，完成一个转换周期。假设此时计数器已记录了α个脉冲， 则： 11.3 A / D转换器11.3 A / D转换器（2）八位集成ADC0809 11.3 A / D转换器 引脚图 11.3 A / D转换器11.3 A / D转换器 内部结构图 11.3 A / D转换器（3）集成AD7520 11.3 A / D转换器作业作业P. 548-554 11.1，11.3，11.5，11.11，11.14，11.19