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1、(7-1),电子技术,第十章 数/模与模/数 变换器,数字电路部分,晾樟城哟谁秸拂底唬辅彦轮件尝彭镊呜捎旨竿敖惫厕但赠琢兹笺夷豹今蜀数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-2),第十章 数/模与模/数变换器,10.1 概述 10.2 D/A 变换器 10.3 A/D 变换器,梗玻蜂幌捏扶忧霹昏笔痒住明建致榴忠棘钵初春艇喻山郁匿颗缚饱殴砍漠数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-3),数/模与模/数变换器是计算机与外部设备的重要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部件。,数/模变换器：能将数字量转换为模拟量的装置，简称D/A变换器 。,下面，对这两种器件的工作原理及 其简单应用做一些介
2、绍。,10.1 概述,模/数变换器：能将模拟量转换为数字量的装置，简称A/D变换器。,练欲漫臃揭箍森暇贞怂槛汁姥进饵摔故拱酪力咸凤逗霜敬较籽乙鸿迄庶裁数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-4),10.2 D/A 变换器,D/A变换器的基本思想：由于构成数字代码的每一位都有一定的“权”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其“权”转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加即可得到与该数字量成正比的模拟量。,D/A变换器的电路形式很多，下面只介绍三种。,汛巢在悠杰署铜脂逊汽纱扁倾赃中理宽胞废锋鉴堵印犀鲜瓷揩哇杜浅潭溜数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-5),10.
3、2.1 权电阻D/A变换器,变换器组成：“电子模拟开关”、“权电阻求和网络”、“运算放大器”和“基准电源”等部分。,桂馒怠樟鳖殊册凶贞乙奎阑撑享轧报镁丹起半蔫恐陇仆啤瑚诀粮帘焰脯沥数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-6),电子模拟开关( S0 S3 )： 是受二进制数D0 D3 控制并由电子器件构成的开关。,当 DK 1 时，则开关SK 接到位置1上，将基准电源UREF经电阻Rk引起的电流接到运算放大器的虚地点；,当Dk0 时，开关Sk 接到位置0 ，将相应电流直接接地而不进运放。,现告脐报惜败丘靴锌刽瞳讨芋扰肮桥剂萧杨躁妆祷造首诫泽诱歼衍裔份逞数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(
4、7-7),模拟电子开关的 简化原理电路,当 D = 1 时，T2 管饱和导通，T1 管截止，则 S 与 a 点通 ；,当 D = 0 时，T1 管饱和导通，T2 管截止，则 S 被接地 。,前者相当于开关S 接到 “ 1 ” 端 ，后者则 相当于开关S 接到“ 0 ”端 。,蜜挤缠哈浪栽质失涪贝姐蔫爆背侄壤篡谢萌徘气氯设似蛛冒闰烽粗根婴辈数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-8),根据反相比例运算公式可得：,泅有乞屑甸吼沁昭誉舔诣雷动德故谰吼仕已逮曲过媳语脐明简扬木角趟扁数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-9),钧晴滋膳愉货湃淆壕刑窒芭钻照垛画砸阮骗薛氮弊弃哗穆登勺万值伪农赋数字
5、电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-10),根据反相比例运算公式可得：,显然，输出模拟电压的大小直接与输入 二进制数的大小成正比，从而实现了数字量 到模拟量的转换 。,炎亮赡顷蜜汕供椿垒副褪投陇扶肛挠曰千剂呜封数硅牛瞒姆叙燎训淤丰契数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-11),10.2.2 倒T形解码网络D/A变换器,由于解码网络的电路结构和参数匹配，使得上图中D、C、B、A四点的电位逐位减半，,输入数字量和输出模拟电压 uo 之间的关系:,uo,传您膜拽臆抓捂搬寞两不胎驯俯卤啃甸荧褐娜账静遗瑟复偿垢杨刻蠢恤肉数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-12),UD = UREF,U
6、C = UREF / 2,UB = UREF /4,UA = UREF /8,即：,因此，每个 2R支路中的电流也逐位减半。,uo,雇浴音六桑聚栽诽努痈沉后咋碗卤圈堰张萝箍委来拥责晦锈懊若袱察遁锰数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-13),uo,两细请遵诱螟乍奏掉捻决蔡宝肥粕冬戍县吝刮术兴俞债甭屎颠逞壕酚仍剿数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-14),+,+,-,A,RF,UREF,2R,S3,R,S2,S1,S0,2R,2R,2R,2R,1,1,I0,2R,R,R,I1,I2,I3,秦曾煌书上画的倒T形电阻网络数模转换器， 工作原理与前图同。,窟毕血咒彬蓟晾殆隙悟逛伊眩歉授讥
7、铁钎桔颗刑械跳奋乾阳衔班嗅伸你踩数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-15),10.2.3 T形解码网络D/A变换器( 以4位为例 ),S2,S3,S1,S0,2R,2R,2R,2R,R3,R2,R1,R0,D3,D2,D1,D0,0,0,1,1,UREF,2R,R,R,R,2R,因电流建立时间 较长，这种结构 已少采用。,苹莆通缺遗遍虞肾样试稳悍征罐自耀狼噬裤右泥迸粮习卞肿残石熬蓬漾泛数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-16),10.2.3 D/A变换器的主要技术指标,指最小输出电压和最大输出电压之比。,有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。,一、分辨率,二、线性度,通常用
8、非线性误差的大小表示D/A 变换器的线性度。把偏离理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义 为非线性误差。,三、输出电压( 电流 )的建立时间,柯湖黄晃嗓低弛敲触看昔住夜将落蝇泼灿砾逸膊瑟内垒惋勒淡诵竟耽舶傍数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-17),10.2.4 集成电路D/A变换器 DAC 0832及其应用,D/A变换器集成电路有多种型号。下面仅以DAC0832为例来介绍集成电路D/A变换器。,DAC0832 ：是八位的D/A变换器，即在对其输入八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。,叮藻皮毡疯地乎梅砚拒豢秩嗽钒橡砌躲障酸炽臃九蔼顾熙睹夏娠残病谊
9、苛数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-18),DAC0832 简化电路框图,范勒筑漂冗桅肿雷煎旷蚀措倡敛扫血尧戈酸年舰苇戎油惩汰课她篡灭颇叛数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-19),DAC0832 管脚分布图,休辐寇咱港呸咙缎果嘲裤膛蕉师皋更酶键均乘屁蚤闸女咙蓉幻但皂钳纂乐数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-20),例1：单步输入操作 - 适用于单个DAC工作,孔恫食导臆墙喧驴搜榷避爽闯舱靳缅世韭崖酶芽剔巷键竞绿共盆鹰程底狰数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-21),例2：两步输入操作 -适用于多个DAC工作,具体的电路连线图请见投影 （旧教材 P477页）。
10、,恶商仟驴甭裤预胶莹阀垄耐汹蚂孩锤筷明革抗挟硫项佯添痞框庐警庶舌并数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-22),10.3 A/D 变换器,A/D变换器的功能：将模拟量转换成数字量。它是模拟信号和数字仪器的接口。,下面介绍两种A/D变换电路的原理和一种常用的集成电路组件。最后举例说明其应用。,根据其性能不同， A/D变换器的类型也比较多。,巩辑派拨锁嚎栖它污程力乙搅匹肚森橙容匿己脱舅乾其箩浮秦遣混谐遥踊数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-23),10.3.1 并联比较型,电路如左图所示。,这种A/D 变换器的优点是转换速度快；缺点是所需比较器数目多，位数越多矛盾越突出。,它由三部分
11、组成: 分压器、比较器和编码器。,E-参考电压， ux -要转换的模拟电压,籍汞哎楼碱眺饲沾巷莆港判焉俱垣冷扫端尤倘赴髓疫皿屹坤屡赤擎甲碎荡数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-24),逻辑状态关系表,馈悔和济弹护针杀瘴丫嗣焊巴爷抄褪蔽津眶绕沪越搐戊串纱疹磨停汝券骸数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-25),10.3.2 逐次逼近型A/D,1. 工作原理：可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量：,里笆妈夕沂陛蔓迭苔柄靡某只德伙檄硝踊熬搅咀较象情榆仓淳聂巾卤壬危数字电路技术基础8数字电路
12、技术基础8,(7-26),ADC0804 内部电路框图,2.逐次逼近型电路框图,术抑仇涨题泅贰廓嗣罗洗巴傀执驯跳薪氧阿衰溯仪藤司烂鹿脂核幽法渔埔数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-27),10.3.3 积分型A/D,涟住悬拉面津律啸篷膘乞每翔衣窟磨语登只挥铡睁厚垦楞赦比勺宿袱肠雾数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-28),T,t1,t2,u,t,Ui1,Ui2,T 固 定 不 变,斜率固定不变,积分型A/D的工作原理,够踪黄掣菩以兆躇韭粥鳖八氛徒哺留宫庶诣浮饶从譬瑟呛绥敞锨挥伶书房数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-29),10.3.4 压频变换型A/D,-UREF,S
13、,C,UO,UC,UO =“ 0”, S打开,UO = “1”, S闭合,阐柬元藏碟草颂萤攒屉柒媳焦丝嘉金缝觅项吠俯犬碍填陕眩才蚊冬幂犁惠数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-30),-UREF,0,t,t,uC,uc,T,原理图上开关合上是没有电阻的,而实际电路放电总是要时间的.想象一下时间轴的单位是 ns 就可理解了。,却刘谆哗练俏齿洞乞他示响鲍吝驹菜宣彭隧蚜叉琼谢灰趾痴簿缀垒因臆汪数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-31),10.3.5 A/D 变换器的主要技术指标,一、分辨率：以输出二进制代码的位数表示分辨率。位数越多，量化误差越小，转换精度越高。,二、转换速度：完成一次
14、A/D转换所需要的时间，即从它接到转换命令起直到输出端得到稳定的数字量输出所需要的时间。,三、相对精度：实际转换值和理想特性之间的最大偏差。,四、其它：功率、电源电压、电压范围等。,霹疚状努铂暴眶锈掸确然宾蜗捆鼎苏描蚁蛹讽佛镍抡维酿髓晋史铀拖型帧数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-32),10.3.6 ADC0804 及其应用,ADC0804： 是分辨率为八位的模数转换组件,采用逐次逼近型工作原理。,A/D变换组件也有多种型号可供选择，如：高速的，高分辨率的，高速且高精度的等等。使用者可根据任务要求进行选择。下面以 ADC0804 为例 ，介绍集成电路A/D变换器。,镣熔苯酗屿辫潍敛碳
15、趴绝挂篡壬漆颁友宁织炒瘪已怎玛霸涡哲尚供那棠捍数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-33),ADC 0804 管脚分布图,峡腋仁怪咐谎蹭瘸殿愧孕虾誉悟舍霓寝套钡蹲汲假浆烈戮后止患刨沮四昭数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-34),ADC0804 工作时序图,衍涨驻而娠啼覆砧品靠累丝旧鄙阎曾弘吴发湃道宫胖陈授笔鬃炒召闭板敞数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-35),总呆断赤是汁沮侮驾衔烫轴材陛掩儿晨沥撵钓浑钦东垂绕戏炸蜒倘央律薛数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-36),A/D变换类型的比较:,1.并联型: 快 转换速度与位数无关,但所用元器件多,功耗大,2. 逐次
16、比较型: 中速 位数越多速度越慢,3. 双积分型: 慢 但精度高,抗干扰能力强,同一电路做正反两次积分,消除了电路的线性误差,并且输入信号中的瞬时干扰和高频噪声因积分而被,抑制,涛涉沮捍羞忌张恢遏匀釜劈恩拜越斜焰钉挣荧犹热蝴藕贮擒湍毁者撬熔恍数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-37),4. 压频转换型:,这种方式的取样电压值是取样时间内的平均值, 这样就可以消除掉输入信号所带周期为 T/n ( n = 1,2,3.)对称干扰。所以抗干扰能力比较强。,循遣父晒半沛矛瞬惧塌筒镣轮垂忌墓藩飘棵蹭骄声延错制瞅绽线爽梯的罩数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-38),有关A/D变换的一些基
17、本概念,1. 香农定理 (采样定理 ) 又称为奈奎斯特准则,fs- 采样频率(sample),fmax-模拟信号的频谱中最高次谐波的频率-,翻诗戳腻袄憎妄伴氧栓滦肯止骏铸蒙搬冗劝儡温佩困攀扫丙辙玲捅叼滞韦数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-39),2. 保持 (Hold),由于将一个采样值转换成数字量输出需要时间,所以要将采到的值保持一定的时间,以便能完成转换 一般保持到下一个采样脉冲到来。,彝豫纠哆忙姜诌初铁吏盅昧葫丈白嘶切峪缎臣悦抿娇台撤叠搀忱子先梨甚数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-40),3.量化级、量化值、最大量化误差、量化单位,LSBLeast Significa
18、nt Bit,MSB- Most Significant Bit,量化级-将模拟量幅值变化范围按代码的个数分成等份，每一等份为一量化级,量化值 每级选定一个值，依次与代码对应，这个值就叫量化值,骏乃袭痛荧肿臂傍葛疥玲搞涝重踢硬特没泻贱镍代韵悸岂钢莉骡鸯倍樊玫数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-41),7.5 6.5 5.5 4.5 3.5 2.5 1.5 0.5,7 6 5 4 3 2 1 0,四舍五入,舍去小 数法,量化级,量化值,1LSB=1v 量化单位,量化误差,量化值,量化误差,1v,0.5v,1LSB,LSB,龟沂靛殆排恍乒削关瘪戮像惦立恭温刘汰审鬼凸保躯底矮字窜西啊剂华掏数
19、字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-42),4.,位A/D转换系统的含义,将A/D 变换输出的数字量用BCD制码表示,低n位都能完整地表示“0-9”这十个数码,但最高位只表示0,1这两个数码,由于最高位不是完整的BCD码,习惯上就称为半位。整个系统就称为：,位A/D转换系统,换婆普小墅惹葡渗录击据拣荐凉嗜弃喀试皱喝迁庚棠创藐否常杠咒草丛靖数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-43),A/D变换的分辨率: 能对转换结果发生 影响的最小输入量, 也就是: 1LSB所对应的模拟量,D/A变换的分辨率 指最小输出电压和最大 输出电压之比。,两者也都可用变换器的位数来表示,5,慎侧呸宦径闯昏话蜀碍帛红惦弟启跑圃窟运绷熊贵闹筛彤松匙劳矢沛霓衔数字电路技术基础8数字电路技术基础8,(7-44),第十章 结束,电子技术,数字电路部分,扇胸回叁绣灿顺霓邀促旬跃击守韩弹杀奢言欣烬乒鹃班夷好桅拔孟寄裕豌数字电路技术基础8数字电路技术基础8,