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1、主講：張學(xué)軍數(shù)模轉(zhuǎn)換與模數(shù)轉(zhuǎn)換的應(yīng)用電工電子實驗教學(xué)中心二〇〇七年五月三十一日目錄一、概述二、DAC三、ADC四、常用DAC五、綜合實驗設(shè)計1.概念及其應(yīng)用2.主要技術(shù)指標（1）精度：用分辨率、轉(zhuǎn)換誤差表示（2）速度：用轉(zhuǎn)換時間、轉(zhuǎn)換速率表示模擬控制被測被控對象傳感器A/D計算機D/A圖1典型的數(shù)字控制系統(tǒng)框圖一、概述二、DAC1.DAC的基本原理數(shù)碼寄存器模擬開關(guān)譯碼網(wǎng)絡(luò)求和放大器DuA參考電源UREF圖2DAC方框圖圖3D和uA的關(guān)系圖1111111011011100101110101001000100100
2、0110100010101110110246-6-4-2DuA（1）構(gòu)成（2）工作原理電阻網(wǎng)絡(luò)、雙向電子模擬開關(guān)、求和放大器、數(shù)碼寄存器、參考電源通常取Rf=R，則：2.倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)DAC圖4倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路滿量程電壓值：3.DAC的主要參數(shù)（1）分辨率LSB：LeastSignificantBita.用輸出的電壓（電流）值表示輸入變化1LSB時，輸出端產(chǎn)生的電壓變化。MSB：MostSignificantBitb.用百分比表示c.用位數(shù)n表示(2)轉(zhuǎn)換誤差a.絕對誤差：實際值與理想
3、值之間的差值。b.相對誤差：絕對誤差與滿量程的比值。從輸入的數(shù)字量發(fā)生突變開始，直到輸出電壓進入與穩(wěn)態(tài)值相差±?LSB范圍以內(nèi)的這段時間。(3)建立時間tsettset±?LSBuOt三、ADC1.模數(shù)轉(zhuǎn)換的一般過程（1）采樣和保持（2）量化與編碼量化電平（離散電平）：都是某個最小單位（量化單位△）的整數(shù)倍的電平。①舍尾方法②四舍五入方法Otu1(t)(a)模擬輸入信號Ot(b′)采樣信號Ot(b)采樣輸出信號圖5模擬信號的采樣保持OtuO(t)（c）采樣保持信號采樣—保持信號uO量化電平uq……采樣—保持信號u
4、O量化電平uq……（1）組成2.逐次逼近式ADC電壓比較器、D/A轉(zhuǎn)換器、時序分配器、JKFF、寄存器2.工作原理先使JKFF的最高位為1，其余低位為0，比較，下一CP有效沿到，決定1的去留；再使JKFF的次高位為1，其余低位為0，比較，下一CP有效沿到，決定1的去留；直到最低位比較完為止。此時JKFF中所存的數(shù)碼就是所求的輸出數(shù)字量。轉(zhuǎn)換位數(shù)為N，則轉(zhuǎn)換時間為(N+1)Tcp。3.ADC的主要參數(shù)（1）分辨率：所能分辨的輸入模擬量的最小值。a.用輸入的電壓（電流）值表示圖64位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)圖CPC
5、P0CP1CP2CP4CP3圖7時序分配器輸出波形b.用百分比表示c.用位數(shù)n表示（2）轉(zhuǎn)換誤差a.絕對誤差：與輸出數(shù)字量對應(yīng)的理論模擬值與產(chǎn)生該數(shù)字量的實際輸入模擬值之間的差值絕對誤差與額定最大輸入模擬值（FSR）的比值，通常用百分數(shù)表示。b.相對誤差：（3）轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換速率四、常用D/A轉(zhuǎn)換器美國NationalSemiconduct(NSC)公司DAC系列：八位、十位、十二位三種。采用CMOS/Si（硅）-Cr（鉻）工藝和倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)。1、八位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0830/0831/0832系列管腳圖及引
6、腳功能：片選寫入1模擬地數(shù)字輸入?yún)⒖茧妷簲?shù)字地反饋電阻電源輸入鎖存允許寫入2轉(zhuǎn)移控制數(shù)字輸入電流輸出1電流輸出2內(nèi)部框圖8位輸入寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器2、應(yīng)用提示所有不用的數(shù)字輸入端應(yīng)連到VCC或地，如果懸浮，則將該引腳作為邏輯“1”處理。單極性輸出五、綜合實驗(D/A轉(zhuǎn)換電路P222)1、實驗課題：設(shè)計一個可編程波形發(fā)生器技術(shù)指標：開關(guān)K2K1=01時，輸出正斜率鋸齒波。開關(guān)K2K1=10時，輸出負斜率鋸齒波。開關(guān)K2K1=11時，輸出由正負斜率鋸齒波合成的三角波。輸出鋸齒波時f=1kHz；輸出三角波時f=0.
7、5kHz.輸出正負斜率鋸齒波上升或下降的臺階數(shù)大于或等于16。輸出幅度V0在0V至2V間可調(diào)。電源電壓為±5V。輸出波形示意圖2、設(shè)計提示組成框圖：所用器件：DAC0832一片LM324一片74393一片7486一片7400一片時鐘可由數(shù)字實驗箱提供單元電路設(shè)計D/A轉(zhuǎn)換：由DAC0832完成。因16個臺階，可用4位二進制數(shù)。根據(jù)輸出電壓選定數(shù)字輸入端。輸出電壓計算公式：其中：VREF參考電壓，Dn是二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為等值的十進制數(shù)。4位二進制數(shù)接在不同的數(shù)字輸入端，轉(zhuǎn)換的Dn值不同，輸出電壓也就不同。例：輸入的二進
8、制數(shù)為“1111”，當接在D0~D3端時，Dn=23+22+21+20=15,若VREF為5V時，V0＝-(5/256)*15=-0.29V;接D3~D6端時，Dn=26+25+24+23=120,V0=-2.34V(輸出電壓也不能太大，要考慮運放的飽和失真)輸出幅度受到運放動態(tài)范圍的限制。LM324運放的輸出是一個對管，負載是有源負載，上飽和區(qū)為1.5V，下飽和區(qū)為1.
