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1、主编 李中发 制作 李中发 2005年1月,电子技术,第12章 模拟量与数字量的转换,学习要点 理解数模与模数转换的基本原理 了解常用数模与模数转换集成芯片的使用方法,12.1 数模转换器 12.2 模数转换器,第12章 模拟量与数字量的转换,12.1 数模转换器,能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。,12.1.1 T型电阻网络数模转换器,数码di=1（i=0、1、2、3），即为高电平时，则由其控制的模拟电子开关Si自动
2、接通左边触点，即接到基准电压UR上；而当di=0，即为低电平时，则由其控制的模拟电子开关Si自动接通右边触点，即接到地。,d3d2d1d0=0001时的电路：,用戴维南定理从左至右逐级对各虚线处进行等效。,由图可得输出电压为：,由于d0=1、 d3=d2=d1=0，所以上式又可写为：,同理，当d3d2d1d0=0010时的输出电压为：,当d3d2d1d0=0100时的输出电压为：,当d3d2d1d0=1000时的输出电压为：,应用叠加原理将上面4个电压分量叠加，即得T形电阻网络数模转换器的输出电压为：,当取Rf=3R时，则上式成为：,如果输入的是n位二进制数，则：,分别从虚线A、B、C、D处向
3、左看的二端网络等效电阻都是R。 不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变。 从参考电压UR处输入的电流IR为：,12.1.2 倒T型电阻网络数模转换器,各支路电流IR为：,12.1.3 集成数模转换器及其应用,（1）分辨率 分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。 分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为： （2）转换精度 D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的
4、实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。 （3）输出建立时间 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为输出建立时间。,12.1.4 数模转换器的主要技术指标,12.2.1 逐次逼近型模数转换器,转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为1000。这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与ui进行比较。若uiuo，说明数字过大了，故将最高位的1清除；若uiuo，说明数字还不够大，应将这一位保留。然后，再按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。
5、比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。,原理框图,基本原理,12.2 模数转换器,4位逐次逼近型A/D转换器,工作原理,为了分析方便，设D/A转换器的参考电压为UR=8V，输入的模拟电压为ui=4.52V。,转换开始前，先将逐次逼近寄存器的4个触发器FAFD清0，并把环形计数器的状态置为Q1Q2Q3Q4Q5=00001。,第1个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器右移一位，其状态变为10000。由于Q1=1，Q2、Q3、Q4、Q5均为0，于是触发器FA被置1，FB、FC和FD被置0。所以，这时加到D/A转换器输入端的代码为d3d2d1d0=1000 ，D/A转换器的输出电压为：,u
6、o和ui在比较器中比较，由于uoui，所以比较器的输出电压为uA=0。,第2个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器又右移一位，其状态变为01000。这时由于uA=0，Q2=1，Q1、Q3、Q4、Q5均为0，于是触发器FA的1保留。与此同时，Q2的高电平将触发器FB置1。所以，这时加到D/A转换器输入端的代码为d3d2d1d0=1100 ，D/A转换器的输出电压为：,uo和ui在比较器中比较，由于uoui，所以比较器的输出电压为uA=1。,第3个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器又右移一位，其状态变为00100。这时由于uA=1，Q3=1，Q1、Q2、Q4、Q5均为0，于是触发器FA的1保留，
7、而FB被置0。与此同时，Q3的高电平将触发器FC置1。所以，这时加到D/A转换器输入端的代码为d3d2d1d0=1010 ，D/A转换器的输出电压为：,uo和ui在比较器中比较，由于uoui，所以比较器的输出电压为uA=1。,第4个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器又右移一位，其状态变为00010。这时由于uA=1，Q4=1，Q1、Q2、Q3、Q5均为0，于是触发器FA、FB的状态保持不变，而触发器FC被置0。与此同时，Q4的高电平将触发器FD置1。所以，这时加到D/A转换器输入端的代码为d3d2d1d0=1001 ，D/A转换器的输出电压为：,uo和ui在比较器中比较，由于uoui，所以比
8、较器的输出电压为uA=0。,第5个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器又右移一位，其状态变为00001。这时由于uA=0，Q5=1，Q1、Q2、Q3、Q4均为0，于是触发器FA、FB、FC、FD的状态均保持不变，即加到D/A转换器输入端的代码为d3d2d1d0=1001。同时，Q5的高电平将门G8G11打开，使作为转换结果通过门G8G11送出。,这样就完成了一次转换。转换过程如表所示。,12.2.2 集成模数转换器及其应用,（1）分辨率 A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟电压的变化范围为05V，输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V2820mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V2121.22mV。 （2）相对精度 在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。 （3）转换速度 转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。,12.2.3 模数转换器的主要技术指标,