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1、2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,1,第八章 A/D和D/A变换,一、概念及其应用,二、主要技术指标,1.精度：用分辨率、转换误差表示,2.速度：用转换时间表示,分辨率：表示理论上可以达到的精度；,转换误差：表示实际达到的精度；,节目录,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,2,第一节 DAC,一、DAC的基本原理,节目录,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,3,1.构成,2.工作原理,电阻网络、双向电子模拟开关、求和放大器、数码寄存器、参考电源,通常取 Rf=R，则：,二、倒T型R-2R电阻网络DAC,节目录,2019年4月8日星期一,第
2、八章 A/D和D/A变换,4,满量程(FSR:Full Scale Range)电压值：,例1 已知4位倒T型DAC，输入数字量为1101，uREF = - 8V，Rf=R，则输出模拟量uO=?,解：,节目录,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,5,三、DAC的主要参数,1.分辨率,LSB：Least Significant Bit,(1) 用输出的电压（电流）值表示,输入变化1LSB时，输出端产生的电压变化。,MSB：Most Significant Bit,节目录,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,6,(2) 用百分比表示,(3) 用位数n表示,2.转
3、换误差,(1) 绝对误差：实际值与理想值之间的差值。如LSB/2。,(2) 相对误差：绝对误差与满量程的比值。,主要包括非线性误差、漂移误差（平移误差）、比例系数误差。,节目录,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,7,从输入的数字量发生突变开始，直到输出电压进入与稳态值相差LSB范围以内的这段时间。,3.建立时间tset,节目录,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,8,第三节 ADC,一、模数转换的一般过程,1.采样和保持,2.量化与编码,量化电平（离散电平） ：都是某个最小单位（量化单位）的整数倍的电平。,舍尾方法,四舍五入方法,节目录,2019年4月8日
4、星期一,第八章 A/D和D/A变换,9,1.组成,二、逐次逼近式ADC,电压比较器、D/A转换器、时序分配器、JKFF、寄存器,2.工作原理,先使JKFF的最高位为1，其余低位为0，比较，下一CP有效沿到，决定1的去留；,再使JKFF的次高位为1，其余低位为0，比较，下一CP有效沿到，决定1的去留；,节目录,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,10,直到最低位比较完为止。此时JKFF中所存的数码就是所求的输出数字量。,转换位数为N，则转换时间为(N+1)Tcp。,三、ADC的主要参数,1.分辨率：所能分辨的输入模拟量的最小值。,(1) 用输入的电压（电流）值表示,节目录,20
5、19年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,11,例4 已知一ADC为10位，UREF=5V，则：,(2) 用百分比表示,(3) 用位数n表示,节目录,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,12,2.转换误差,(1)绝对误差 ：,与输出数字量对应的理论模拟值与产生该数字量的实际输入模拟值之间的差值。如1LSB,绝对误差与额定最大输入模拟值（FSR）的比值，通常用百分数表示。,(2相对误差 ：,3.转换时间,节目录,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,13,作业题,8.3 若倒T型,8.4,8.5,8.1,8.6,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和
6、D/A变换,14,图8.0.1典型的数字控制系统框图,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,15,图8.1. 2 D和uA的关系图,1111,1110,1101,1100,1011,1010,1001,0001,0010,0011,0100,0101,0111,0110,2,4,6,-6,-4,-2,D,uA,8,-8,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,16,图8.1. 4 倒T型R-2R电阻网络D/A转换电路,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,17,例2 已知uOm=5V，n=10，则,例3 倒T型网络DAC的uOm=10V，试问需多少
7、位代码，才能使分辨率R达到2mV。( Rf =R),解 由题意知：,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,18,图 8.3.2 基本采样保持电路,t,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,19,(a)模拟输入信号,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,20,( b)采样信号,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,21,t,(b)采样输出信号,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,22,图8.3. 1 模拟信号的采样保持,（c）采样保持信号,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,23,采样保持信号uO
8、,量化电平uq,uO,uq,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,24,采样保持信号uO,量化电平uq,uO,uq,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,25,图8.3. 3 4位逐次逼近型A/D转换器结构图,JKFFDFF,CP,CP0,CP1,CP2,CP4,CP3,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,26,CP,CP0,CP1,CP2,CP4,CP3,图8.3.4 时序分配器输出波形,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,27,ADC转换误差,主要包括非线性误差、漂移误差（平移误差）、比例系数误差。,非线性误差：由模拟电子开关的导通电阻和导通压降以及R、2R 电阻值的偏差造成。,漂移误差（平移误差）：由运放的零点漂移引起。,比例系数误差：由基准电压UREF和运放增益不稳定引起。,2019年4月8日星期一,第八章 A/D和D/A变换,28,ADC0801的量化方案,uO,uq,超量程,采用四舍五入方案,