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1、第8章 数模和模数转换 学习要点： 数模和模数转换的基本原理 8.1 概述 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 。 8.2 D/A转换器 8.2.1 D/A8.2.1 D/A转换器的基本原理转换器的基本原理 8.2.2 D/A8.2.2 D/A转换器的构成转换器的构成 8.2.1 D/A转换器的基本原理 将输入的每一位二进制代码按其权的大小转 换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟 量相加，所得的总模拟量就与数字量
2、成正比 ，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。 基本原理基本原理 转换特性转换特性 D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字量之 间的转换关系。图示是输入为3位二进制数时的D/A转换器的 转换特性。理想的D/A转换器的转换特性，应是输出模拟量 与输入数字量成正比。即：输出模拟电压 uo=KuD或输出模 拟电流io=KiD。其中Ku或Ki为电压或电流转换比例系数，D 为输入二进制数所代表的十进制数。如果输入为n位二进制 数dn-1dn-2d1d0，则输出模拟电压为： （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
3、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。 8.2.2 D/A转换器的构成 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，各支路的电流不变的。 设RF=R/2 分别从虚线A、B、C、D处向右看的二端网络等效电阻都是R 。 不论模拟开关接到运算
4、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 。 8.3 A/D转换器 8.3.1 A/D转换器的基本原理 模拟电子开关S在采样脉冲CPS的控制下重复接通、断开的 过程。S接通时，ui(t)对C充电，为采样过程；S断开时，C 上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的 模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出 。 0uiVREF/14时，7个比 较器输出全为0，CP到来 后，7个触发器都置0。 经编码器编码后输出的 二进制代码为d2d1d0 000。 VREF/14ui3VREF/14时 ，7个比较器中只有C1输 出为1，CP到
5、来后，只有 触发器FF1置1，其余触 发器仍为0。经编码器编 码后输出的二进制代码 为d2d1d0=001。 3VREF/14 ui5VREF/14 时，比较器C1、C2输出 为1，CP到来后，触发 器FF1、FF2置1。经编码 器编码后输出的二进制 代码为d2d1d0010。 5VREF/14ui7VREF/14 时，比较器C1、 C2、 C3输出为1，CP到来后 ，触发器FF1、 FF2、 FF3置1。经编码器编码 后输出的二进制代码为 d2d1d0=011。 依此类推，可以列出ui 为不同等级时寄存器的 状态及相应的输出二进 制数。 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 。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。 原原 理理 框框 图图 基基 本本 原原 理理