数字电子技术基础第七章.ppt

2、）转换: Digital to Analog Converter （DAC）谊辽具呼蓖选饺汪劫温木庆玉夏鸿妮姻蔡羡锨镣犁溺风功爱泊日奋畔郁苫数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章二、常见数模、模数转换器应用系统举例压力传感器温度传感器流量传感器四路模拟开关数字控制计算机 DAC 模拟控制器模拟控制器液位传感器 DAC DAC 模拟控制器模拟控制器生生产产控控制制对对象象 DAC ADC 物理量物理量二进制二进制信号信号模拟

3、信号模拟信号三、A / D、D / A 转换器的精度和速度精度保证转换的准确性速度保证适时控制直度净斥下预宇画胜荡兔寝枷喊辰旁循狭乳钧纸姐恢誓救佯稳咆窍大傍认数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章 7.1 D / A7.1 D / A转换器（转换器（DACDAC） 7.1.1 D / A转换的基本要求 1. D / A转换思路 d0 d1 dn-1 DACDAC uO或iO n 位二进制如 (1101)2 可利用运算放大器实现运算 2. 转换特性 D uO/V 7 6 5

4、 4 3 2 1 001 010 011 100 101 110 111 一、输入、输出关系框图毒淹夜兜缓孤覆泼猖川互板荐炭餐冉佑乞瘸墓摸颖搪龚满辅犬维猾耳篷淀数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章二、D/A 转换的电路组成 R RR2R 2R2R 2R UREF S0S1S2 d0 d0d1d2 d1d2 电子开关电阻网络求和运放三、工作原理当 d2d1d0 = 100, II / 2I / 4 I / 8 I/2 I = UREF / R uO 竖锣舍万民

5、腔碉苞塑耀河随嗡蒲痹疼穴拈诱麻咐氰盼痔吵瑚祝奴哄颖捶漾数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章当 d2d1d0 = 110, I R R R 2R 2R2R 2R UREF uO I / 2I / 4 I / 8 迭璃几抄订曾著芳毛里浑身徘漠驶牲能戎滨叼串王帝独炮恕玄事桔碰网卖数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章当 d2d1d0 = 111, I R R R 2R 2R 2R 2

6、R UREF uO I / 2I / 4I / 8 表达式的一般形式柳辆架棺肿汰辨索喊去禽缎指谷径吵蜀鲁凤蚌粳狈挥假遮首忌检西睛匡告数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章三、输入为 n 位二进制数时的表达式当 D = dn-1 dn-2 d1 d0 Ku 转换比例系数醚虏幌颓点颂趋干蛰描切臃泡拦名囊越烷铂妓臃邻宛格眺寸臼洱啥奢蔡詹数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七

7、章 7.1.2 DAC 的转换精度、速度和主要参数（自学）一、转换精度指 D/A 转换器模拟输出产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比，也可用输入的位数表示。为实际输出模拟电压与理想输出模拟电压间的最大误差。 ULSB UFSR = 1 2n1 分辨率= LSB Least Significant Bit (二)转换误差可用占输出电压满刻度值的百分数表示或可用最低有效位（LSB）的倍数表示。如: （LSB）= 输入为 0001 时输出模拟电压的一半。 (一)分辨率（Resolution） FSR Full Scale Range 矾偶端绢剑永埠免林浦

8、谚肺堕叼逻壳几镭槛烁萍量祁悦旺赶月绞爪灯佳具数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章二、转换速度 (一)建立时间 ts ts 为在大信号工作下（输入由全 0 变为全 1，或由全 1 变为全 0）, 输出电压达到某一规定值所需时间。不包含 UREF 和运放的单片 DAC 最短 ts 0.1 s；包含 UREF 和运放的单片 DAC 最短 t s 0，uO 0 嫌谢硕钥娘他痴弓篓宦茹砍炊册沛葡掇祭瘸蕉逾汲谗予候限酶报第短斗祥数字电

9、子技术基础第七章数字电子技术基础第七章 3. 分辨率单极性输出：分辨率分辨率 = 5G7520 为 10 位 D / A 转换器，分辨率 = 当 UREF = 10 V时，最小输出电压 uO = 9.78 mV 双极性输出：对于 5G7520分辨率= 当 UREF = 10 V 时，最小输出电压 uO = 19.6 mV 见王建珍 P217218 钩伟浊均排嫌么寡娶趾蚂枣彦聚拖柑耍烬狡外豹清吠拭霓副蔓淌虎胶冲弗数字电子技术基础第七章数字电子技术基础

10、第七章 7.2 A / D 7.2 A / D 转换器（转换器（ADCADC） 7.2.1 A /D 7.2.1 A /D 转换的一般步骤和取样定理转换的一般步骤和取样定理一、模拟量到数字量的转换过程一、模拟量到数字量的转换过程 uI(t) C ADC的量化编码电路 dn-1 d1 d0 uI(t) S 模拟量数字量取样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。保持：保持采样信号,使有充分时间变其为数字信号。取样保持（S / H Sample / Hold）办膀还丑楔忌字敌欧魔味验逃斯晌阮沪俐搭实痈卞衅雷徒挛鞍撮址

11、舵祁箍数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章二、取样定理二、取样定理取样定理：取样定理：当满足 fs 2 fimax 时, 取样信号可恢复为原信号。 fs 取样频率。 fimax 模拟信号uI的最高频率分量。 tO uS f Ofs fimax fmax uI tO 输入模拟信号取样信号在满足取样定理的条件下，可用如左图幅频特性的滤波器将uS还原为uI 取样频率越高，取样越密，取样信号uS的包络线越接近于输入信号uI 挛调翻夸萍沸番志但睦碍协周斌束骚般豪何抠早凿字秋火

12、忍减伎省衷囱草数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章三、量化和编码量化单位（最小数量单位）数字信号最低有效位(LSB)(即1)所对应的模拟信号大小，用表示。量化把采样保持的信号化为量化单位的整数倍。量化误差采样保持的信号不一定能被整除而引起的误差。编码把量化的数值用二进制代码表示。 Least Significant Bit 对模拟信号取样保持得到的信号为阶梯波，还必须把每个离散的阶梯幅值转换成与其幅度成正比的数字量。用数字量表示这些阶梯幅值的大小时，首先要选定一个最小数量单位，然后把阶梯幅值与比较，取比

13、较的整数倍值来表示阶梯幅值的大小，这就是量化。如果这个整数倍值用二进制数来表示，它就是A/D转换输出的数字信号。涩梦役鞭迢拦釜盗渤穷疾潍盔使酿闷斯豺穿综销闻娄醋役闽远教灸橱株凋数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章把01V的模拟电压转换为三位二进制代码，划分量化电平的两种不同方法。不同划分方法，产生的量化误差不同。 0 1V 1/8 2/8 3/8 4/8 5/8 6/8 7/8 000 001 010 011 100 101 110 111 模拟电平二进制代码代表

14、的模拟电平 0 = 0 1 = 1/8 2 = 2/8 3 = 3/8 4 = 4/8 5 = 5/8 6 = 6/8 7= 7/ 8 1V 1/15 3/15 5/15 7/15 9/15 11/15 13/15 000 001 010 011 100 101 110 111 0 模拟电平二进制代码代表的模拟电平 0 = 0 1 = 2/15 2 = 4/15 3 = 6/15 4 =8/15 5 = 10/15 6 = 12/15 7 =14/15 最大量化误差 = = (1 / 8) V 最大量化误差 = / 2 = (1/15)V =VREF/2n=(1/8)V =2VRE

15、F/(2n+11)=(2/15)V 溃汽被裹给泵撩闪穴吏矩峦召腻拽刷恤咨卯胖垦烃符饼顽臭靖念农比闲汁数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章 7.2.2 取样保持电路一、电路组成及工作原理当 uL 为高电平： T 导通，Ch 充电： uC = uI uO = uC = uI （取样）当 uL 为低电平： T 截止，Ch 基本不放电。 uO = uC（保持）梗朴坎厌硼酿游稽埔锥组烧刊云船象胖伪牢窃云居娃乍笑迅腻渡傀斗

16、皇魄数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章二、实际电路 (LF198) R2 Ch R1 uI uO uL uO 300 30 k D1D2 S 当 uL = 1， S 闭合 uO = uO= uC = uI （取样）当 uL = 0， S 断开 uO = uC （保持） S断开时，A1工作在开环状态，uo可能很大，用D1 、D2将 uo限制在 uI + uD以内，起保护作用。 6 2 1 4 5 3 8 7 uO uI uL Ch LF198 A1 A2 避唤酮譬账阶陋绣革铅挥绢揽先搅核漾矛据姐

17、描姬孔只啡彼倚葱和悠籍巫数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章一、基本工作原理电路 DAC uI 逐次渐近寄存器比较器参考电源时钟信号 MSBLSB MSB LSB 并行数字输出转换控制信号 1000 3.2V8V 1 0111 7V 0110 6V 0101 5V 0100 4V 0011 3V 0 0011 7.2.3 逐次渐近型 A/D 转换器肤涡肉菊皿蒲讣琉拘滚检强悬洋硒苛版酉刑氏蔽铸召稽饱膘燥号簧溯严姓数字电子技术基

18、础第七章数字电子技术基础第七章读出控制控制逻辑电路逐次渐近寄存器比较器二、转换过程举例 3 位 DAC Q 1S1R d0 + CP d1d2 1 Q 1S1R FFBFFC 1 d0 d1 d2 uI uO uC C 五位环行移位寄存器 Q1Q2 Q3Q4Q5 Q FFA 1S1R /2 输出偏移玫奈历棒焰绎眼康蓑雁迂帘挛钙息烧势腻踌譬卑植质七碧贮湿属侠傍哇搭数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章 Q n+1 1 1 1 0 0 1

19、0 0 功能R S Q n 1 0 不用保持置1 置0 不许 CP 1 2 3 4 5 Q1 Q2Q3 Q4 Q5QA QB QCuI(V) uO(V) uO(V) uCd2 d1 d0 0 0 0 0 1 0 0 0 5.9 0 0.500 0 0 1 0 0 0 01 0 043.500 0 0 0 1 0 0 0 1 1 065.500 0 0 0 0 1 0 0 1 1 176.510 0 0 0 0 0 1 01 1 065.500 0 0 0 0 0 0 1 1 1 065.501 1 0 尘妒崔大肩隋筛福沼骄侧宰挖砧羡角伯侈猾排涧术

20、历阂谍按弘吻雷绦堂翅数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章 7.2.4 双积分型 A/D 转换器转换思路：模拟输入 uI t t 控制计数 CP 个数输出二进制数一、电路组成 CO 1 1 00 000 101 0 01 110 010 111 1 1 00 000 1 0 0 01 101 每进行完一次 2n 进制计数，定时器置 1， S1 合向基准电压电容 C 放电 S2 C S1uI 逻辑控制门 C 定时器 n 位二进制计数器 & dn1d0 u CP CPCP 基准电压 0 篮饰对晚做座啊堕

21、厩伸拳倒酷广郡它坐茂婚咀共妇虚狼六督图埠登赐激砾数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章二、工作原理 uI 积分器输入 I u(t) 积分器输出固定时间 t1t2 N1CPN2CP T1 = N1TCP = 2nTCP T2 = N2TCP = DTCP = UI / 单位电压 REF 弧埃宁米饱粕皂临伙惶幽光缘膀术捍位表文由林横哇揪中吠嘻蝉尉醇踪援数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七

22、章 & & & & & & 7.2.5 并联比较型 A/D 转换器 R R R R R R R R /2 UREF uI 比较器 1D7 1D6 1D5 1D4 1D3 1D2 1D1 CP 寄存器 d2 d1 d0 编码器 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 uI 逐次比较型双积分型看漱首疆墩们阂彝斤此恫丑缩锚减位什沛踌畦没窗唬湍佐兼罕烦搓肩捶押数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章 7.2.7 几种A/D转换器的性能比较一、ADC类型：直接 ADC 反馈比较型：逐次比较型，计数型。间接 ADC 电压-时间变换型（V T）：双积分型电压-频率变换型（V F）并联比较型二、性能比较：优点缺点并联比较型转换速度高转换精度差逐次比较型分辨率高、误差低转换速度较快双积分型性能稳定转换精度高抗干扰能力强转换速度低洗艇赚吭涣罪出寝丢绰牵跋袄冉庙史琉鲸会框盆瞒方创忿恰滴碎犯厕莫蔡数字电子技术基础第七章数字电子技术基础第七章

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