模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換.ppt

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1、模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換演講者耿福組長陳賢杰組員鄧紅波董偉凌承志安全1001演講內(nèi)容一、D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換原理二、A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換原理三、A/D轉(zhuǎn)換器分類及應(yīng)用介紹將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的裝置稱為數(shù)?模轉(zhuǎn)換器(簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC)將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為模?數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC)DAC是英文Digital-AnalogConverter的縮寫ADC是英文Analog-DigitalConverter的縮寫一、D/A轉(zhuǎn)換器1.1倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器有很多種，目前生產(chǎn)的D/A轉(zhuǎn)換器中大多采用倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)這種

2、結(jié)構(gòu)。其電路如下圖所示。1.電路由數(shù)個(gè)相同的電路環(huán)節(jié)構(gòu)成，每個(gè)電路環(huán)節(jié)有兩個(gè)電阻和一個(gè)模擬開關(guān)。參考電壓存放四位二進(jìn)制數(shù)模擬開關(guān)UO+–2RA+URS2S0S1S32R2R2R2Rd0d1d2d30RRR110++-ARF2R0011數(shù)碼寄存器Q0Q1Q2Q3計(jì)算時(shí)注意事項(xiàng)（1）在圖1.1中，00’，11’，22’，33’左邊部分電路的等效電阻均為R。2R2R2R2RRRR2RURA11?22?33?00?計(jì)算時(shí)注意事項(xiàng)（2）不論模擬開關(guān)接到運(yùn)算放大器的反相輸入端（虛地）或接地（即數(shù)字信號(hào)是否導(dǎo)通）各支路的電流時(shí)不變的。參考電壓輸入的電流為

3、而后根據(jù)分流公式得出各支流電路由此可得出電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出電流運(yùn)算放大器輸出短的模擬電壓則為如果輸入的是n位二進(jìn)制數(shù)，則當(dāng)取,則上式為有上式可知：的最值為最小值為；最大值為。1.2數(shù)字量與模擬量的關(guān)系數(shù)模轉(zhuǎn)換器集成電路芯片種類很多，按輸入的二進(jìn)制的位數(shù)分類有8位、10位、12位和16位等。下面介紹CC7520輸入數(shù)字量與輸出模擬量的關(guān)系，其中1.3D/A轉(zhuǎn)化器的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率是指最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。例如10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為2.精度轉(zhuǎn)化器的精度是指輸出的模擬電壓的實(shí)際值與理想值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤

4、差。該誤差是由參考電壓偏離標(biāo)準(zhǔn)值、運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移、模擬開關(guān)的電壓降以及電阻阻值的偏差等原因所引起的。3.線性度4.輸出電壓（或電流）的建立時(shí)間5電源抑制比二、A/D轉(zhuǎn)換器2.1逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器也有很多種，下面介紹目前用的較多的逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。2.1逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器其工作原理可用天平稱重過程來比喻說明。好比用4個(gè)分別重8g，4g，2g，1g的砝碼去稱重13g物體，稱重順序見表2.1。表2.1逐次逼近稱物一例順序砝碼重量比較判斷該砝碼是否保留或除去18g8g<13g留28g+4g12g<13g留38g+4g

5、+2g14g>13g去48g+4g+1g13g=13g留2.2A/D轉(zhuǎn)換器原理逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器一般由順序脈沖發(fā)生器、逐次逼近寄存器、D/A轉(zhuǎn)換器和電壓比較器等幾部分組成，其原理方框圖如圖2.2：順序脈沖發(fā)生器CP逐次逼近型寄存器DAC電壓比較器輸出數(shù)字量輸入電壓U1U0圖2.2逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的原理方框圖原理解釋轉(zhuǎn)換開始，順序脈沖發(fā)生器輸出的順序脈沖首先將寄存器的最高位置1，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬電壓U0送入比較器與待轉(zhuǎn)換的輸入電壓U1進(jìn)行比較。若U0>U1，說明數(shù)字量過大，將最高位的1除去，而將次高位置1；若U0

6、，說明數(shù)字量還不夠大，應(yīng)將這以為的1保留，還須將下一位高位置1。這樣逐次比較下去，一直到最低位為止。寄存器的邏輯狀態(tài)就是對(duì)應(yīng)于輸入電壓U1的輸出數(shù)字量。補(bǔ)充說明因?yàn)槟M電壓在時(shí)間上一般是連續(xù)變化量，而要輸出的是數(shù)字量（二進(jìn)制數(shù)），所以在進(jìn)行轉(zhuǎn)化時(shí)必須在一系列選定的時(shí)間間隔對(duì)模擬電壓采樣（見第16章16.3節(jié)）。經(jīng)采樣保持電路后，得出的每次采樣結(jié)束時(shí)的電壓就是上述待轉(zhuǎn)換的輸入電壓U1。下面結(jié)合圖2.3的具體電路來說明逐次逼近的過程。QF3SRRF2SQRF1SQRF0SQ&d3&d2&d1&d0讀出“與門”&&&&≥1≥1≥1d3d0E讀出控

7、制端UiUA－＋∞△＋電壓比較器逐次逼近寄存器控制邏輯門時(shí)鐘脈沖五位順序脈沖發(fā)生器四位逐次逼近型模-數(shù)轉(zhuǎn)換器的原理電路四位D/A轉(zhuǎn)換器CQ4Q3Q2Q1Q0d2d12.轉(zhuǎn)換過程23411000U0UI5VU0?UI“1”留否d3d2d1d0U0(V)順序比較判斷110010101011例：UR=-8V，UI=5.52VD/A轉(zhuǎn)換器輸出U0為正值逐次逼近轉(zhuǎn)換過程示意圖t0t1t310001100101010001011t2U0>UIU0

8、5=5.5V轉(zhuǎn)換誤差為–0.02V例：UR=-8V，UI=5.52V若輸出為8位數(shù)字量轉(zhuǎn)換數(shù)字量101100014+1+0.5+0.03125=5.53125V轉(zhuǎn)換誤差為+0.0