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1、电工电子技术基础,人民邮电出版社,知识模块二十 模数与数模转换器,主要内容 模数和数模转换的基本概念和转换原理。 典型的ADC、DAC工作原理。 集成转换器的应用。 重点 ADC、DAC转换方法 。,一、模数转换器,1模数转换基本原理,A/D转换是将时间连续、幅值也连续的模拟信号转换为时间和幅值都离散的数字信号，首先对模拟信号进行周期性抽取样值获得一系列等间隔的脉冲，经保持后得到阶梯波，接着将样值电平归化到离散电平，最后用二进制数码表示输出的数字量。转换过程一般通过采样、保持、量化和编码四个步骤完成。,（1）采样和保持 采样是对模拟信号进行周期性抽取样值的过程，将时间上连续变化的信号转换为时间
2、上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量大小。,由于A/D转换需要一定的时间，模拟信号经采样后，得到一系列样值脉冲，在采样电路后必须加上保持电路，实际采样一保持是做成一个电路。 在采样脉冲S(t)到来的时间内，电容充电；采样结束，电容C上的充电电压保持前一取样时间的输入Ui(t)的值，一直保持到下一个取样脉冲到来为止，当下一个取样脉冲到来，电容C上的电压再按输入Ui(t)变化。,（2）量化和编码 输入的模拟电压经过采样保持后，得到阶梯波仍是一个可连续取值的模拟量，必须经过量化，将采样保持后的样值电平归化到与之接近的离散电平上。指定的离散电平称
3、为量化电平，两个量化电平之间的差值称为量化间隔S，位数越多，量化等级越细，S就越小。,编码，用一串二进制数码来表示各个量化电平，经编码后得到的代码就是ADC输出的数字量。采样保持后未量化的Uo值与量化电平Uq值通常是不相等的，其差值称为量化误差，即=UoUq。 量化的方法一般有两种：只舍不入法将取样保持信号Uo不足一个S的尾数舍去，取其原整数；有舍有入法当Uo的尾数S/2时，用舍尾取整法得其量化值，而当Uo的尾数S/2时，用舍尾入整法得其量化值。,只舍不入法 有舍有入法,2模数转换器的主要技术指标,3集成ADC,ADC0809芯片根据地址锁存译码器的输入组合来选择输出IN0IN7控制通道模拟开
4、关，同时芯片内有输出数据锁存器，当芯片与计算机连接时，转换电路的输出可以直接连接在CPU数据总线上，而无需再附加逻辑接口电路。,4几种典型的ADC工作原理,（1）逐次逼近式ADC,逐次逼近式ADC将输入的模拟电压Ui与一系列的基准电压UO从高位到低位逐位进行比较，并依次确定各位数码是1还是0，以此方式进行A/D转换，一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数模转换器和电压比较器等几部分组成。,转换开始前，先将逐位逼近寄存器清0，开始转换后，控制逻辑将逐位逼近寄存器的最高位置“1”，使其输出为 100000，这个数码被DAC转换成相应的模拟电压UO，送至比较器与输入Ui比较。 若UOUi，说明寄存
5、器输出的数码大了，应将最高位改为“0”（去码），同时设次高位为“1”； 若UOUi，说明寄存器输出的数码还不够大，需将最高位设置的“1”保留（加码），同时也设次高位为“1”。,【例1】在4位逐次逼近型ADC中，设UR = 10V，UI = 8.2V，试说明逐次比较的过程和转换结果。 【解】启动脉冲后，在第一个CP作用下，D/A转换器d3d2d1d0 = 1000。 则UO UI，故d3 = 1，在第二个CP脉冲下，d3d2d1d0 = 1100； 则UO UI，故d2 = 1，在第三个CP脉冲下，d3d2d1d0 = 1110；, 则UO UI，故d1 = 0，在第四个CP脉冲下，d3d2d1
6、d0 = 1101； 则UO UI，故d0 = 1； 因此转换结果：d3d2d1d0 = 1101。,（2）并联比较型ADC,并联比较型ADC由电压比较器，寄存器和编码器三部分构成，如3位并联比较型ADC，电压比较器由电阻分压器和七个比较器构成，将1/16UR到13/16UR之间分为七个量化电平，同时，将模拟输入UIN与这七个量化电平进行比较，若UIN大于比较器的参考电平，则比较器的输出1，否则输出0。,二、数模转换器,1DAC的基本原理和性能指标 （1）转换原理 数字量是代码按数位组合表示的，对于有权码，每位代码都有一定的权。将每一位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，实现从数字量到模拟量的转换。,DAC的转换特性，指其输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。 理想的DAC转换特性，是输出模拟量与输入数字量成正比，如果输入为n位二进制数dn-1dn-2d1d0，则输出模拟电压为：,（2）DAC的组成和分类,n位DAC由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。,（3）数模转换器的主要技术指标,2集成DAC,AD7520采用的倒T形电阻网络,3几种典型DAC工作原理,（1）倒T形电阻网络D/A转换器,（2）权电阻网络DAC,（3）T型电阻网络DAC,