模拟—数字转换器.pptVIP

* 第六章 数/模(D/A)及模/数(A/D)转换 6.1 概 述 6.2 数/模转换器 6.3 模/数转换器 6.4 集成D/A和A/D转换器 本章内容介绍 6.1 概 述 一、数字系统 只能对输入的数字信号进行处理，其输出亦为数字量。数字系统已广泛应用于我们生活的各种领域，如现代的各种测量系统、工农业生产过程的控制、交通管理、商业部门的管理、原子反应堆的控制、导航、飞行稳定性的控制以及军事指挥系统等。 二、模拟—数字转换器 模拟量转换为数字量的过程称为模拟—数字转换，完成这种转换的装置称为模拟—数字转换器(Analog to Digital Converter)，简称为模／数转换器或ADC。 三、数／模转换器 数字量转换为模拟量的过程称为数字—模拟转换，完成这种转换的装置称为数字—模拟转换器(Digital to Analog Converter)，简称为数／模转换器或DAC。 四、ADC及DAC在控制系统中的作用 图6.1 数字控制系统 图中，模拟传感器的输入为各种自然物理变量，输出为模拟电压或电流。这些模拟电压或电流作为ADC的输入，ADC的输出为二进制数字量，经数字系统传输和处理后，输出仍为数字量，再经DAC变换为模拟量送列模拟控制器实现对各种物理变量的控制。 6.1 概 述 6.2 数/模转换器 6.2.1 数/模转换的基本原理 6.2.2 常用的数/模转换 6.2 数/模转换器 6.2.1 数/模转换的基本原理 一、数/模转换的原理 图6.2所示为DAC原理框图。 图 6.2 DAC原理框图 D表示送入DAC的数字信息，参考量（基准量）用R表示，输出的模拟信息（电压或电流），用A表示。其传递函数为: A=RD 输入的数字信息可以用任何一种编码形式来代表正的、负的、或者有正有负的量。 6.2 数/模转换器 二、三位二进制码的DAC的转换特性 图6.3 三位二进制码的DAC转换特性 6.2 数/模转换器 输入数字信息的最高位(MSB)前面有一符号位，符号位为l表示负值，为0表示正值。 三位数字信号对应的模拟量输出有23-1=7个不同的阶梯等级，n位则有(2n-1)个阶梯等级。 数字信息位数确定以后，每个阶梯等级所具有的实际模拟量数值由参考量R确定。 当满量程确定之后，输入数字信息的位数愈多，输出模拟量的阶梯间隔愈小，即转换器的分辨力愈高。 通常数字信号不超过十六位，则最高分辨力不超过输出满度值的(216-1)分之一。如有一个DAC，其满度输出为10伏，当输入二进制数字为十六位时，对应于最低位(LSB)的电压为10V/216-1=152微伏，通常即称其分辨力为152微伏。 研究 内容： 6.2 数/模转换器 DAC的精度主要与变换器中所用元件精度及稳定性、电路中的噪声及漏电等因素有关。精度是关于实际输出量与理论输出量接近到什么程度的一个量度。例如，在某公特定输入下的理论输出电压值应当是10伏，对于精度为±1％的转换器来说，其实际输出电压可能是9.9与10.1伏之间的某个值。 转换器的分辨力和精度应协调一致。也就是说，对于一个高分辨力的转换器必须有较高的精度；同样，对于高精度的转换器，其分辨力也应做得较高。 6.2.2 常用的数/模转换 6.2 数/模转换器 一、权电阻D／A转换器 1.数模转换器电路 图6.4 权电阻D／A转换器 6.2 数/模转换器 2.电路构成 一个具有加权电阻网络的加法器，n个双向模拟开关Sn-1～S0受输入数字信号(Dn-1、Dn-2、…、D1、D0)的控制，由于各电阻按2的倍数逐次加权，因而产生二进制加权的电流，运算放大器把各个电流相加，并转变为电压。 3.电路的特点 当电阻的比值不理想时，会产生误差，需要宽范围的电阻值，不适用于集成电路制造技术。 4.电路分析 我们一起来解决！ 6.2 数/模转换器 对应的输出电压为： (6-2-1) 取 ，则有： (6-2-2) 上式表明输出模拟电压与输入数字量成正比，即实现了数字到模拟的转换。 6.2 数/模转换器 5.举例说明 例 6.1 在图6.4所示电路中，若VREF=-10V，RF=R/2，试求输入八位二进制数D的输出模拟电压值。 解：因为D所以只有D7位为1，其余各位均为0，又RF=R/2，则有： = 5（V） 现在明白了吗？！ 6.2 数/模转换器