《数字电子技术基础》第五版 阎石 第11章 课件PPT.doc 6页

'《数字电子技术基础》第五版阎石第11章课件PPT.txt为什么我们在讲故事的时候总要加上从前？开了一夏的花，终落得粉身碎骨，却还笑着说意义。《数字电子技术基础》第五版阎石第11章课件PPT.txt52每个人都一条抛物线，天赋决定其开口，而最高点则需后天的努力。没有秋日落叶的飘零，何来新春绿芽的饿明丽？只有懂得失去，才会重新拥有。本文由风霜雨雪淋洲贡献ppt文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。第十一章数－模和模－数转换教学内容§11.1概述§11.2D/A转换器§11.3A/D转换器教学要求1、掌握DAC和ADC的定义及应用；2、了解DAC的组成、倒T型电阻网络、集成D/A转换器、转换精度及转换速度；3、了解ADC组成、逐次逼近型A/D转换器、积分型A/D转换器、转换精度及转换速度。11.1概述模－数转换（A/D转换）：将模拟信号转换为数数转换（转换）：将模拟信号转换为数转换）：字信号。实现转换的电路称为A/D转换器，简转换器，字信号。实现A/D转换的电路称为转换的电路称为转换器写为ADC(Analog-DigitalConverter)写为转换）：数－模转换（D/A转换）：将数字信号转换为模模转换（转换）：将数字信号转换为模拟信号。实现转换的电路称为D/A转换器，简转换器，拟信号。实现D/A转换的电路称为转换的电路称为转换器写为DAC(Digital-AnalogConverter)写为11.2D/A转换器转换器将数字信号转换为模拟信号的电路。将数字信号转换为模拟信号的电路。例如：对于的直流电压，例如：对于0~5V的直流电压，计算机用位数字的直流电压计算机用8位数字量来描述时：量来描述时：最小值（对应0V，最小值（00000000）B=0对应，）对应最大值（最大值（11111111）B=255对应5V，），中间值（对应2.中间值（01111111）B=127对应5V等）D/A的任务是接收到一个数字量后，给出一个的任务是接收到一个数字量后，的任务是接收到一个数字量后）相应的电压。比如收到（00111111）B，应给出幅相应的电压。比如收到（度为1.25V的电压。的电压。度为一、权电阻网络D/A转换器权电阻网络转换器求和放大器电阻网络模拟电子开关参考电压集成运放通过R接入负反馈，有虚短，集成运放通过F接入负反馈，有虚短，V-≈V+=0vo=?RFiΣ=?RF(I3+I2+I1+I0)VREFI3=d3RVREFI1=2d12RVREFI2=d22RVREFI0=3d02R取RF=R/2VREF3210vo=?4(d32+d22+d12+d02)2n位权电阻网络位权电阻网络D/A转换器，当反馈电阻取为转换器，位权电阻网络转换器R/2时，输出电压的计算公式：时输出电压的计算公式： VREFn?1n?210vo=?n(dn?12+dn?22+……+d12+d02)2输出电压的变化范围:输出电压的变化范围2?10~?nVREF2n优点：结构简单，所用的电阻元件数很少。优点：结构简单，所用的电阻元件数很少。缺点：各电阻的阻值相差较大，缺点：各电阻的阻值相差较大，不能保证有很高的精度。高的精度。形电阻网络D/A转换器二、倒T形电阻网络形电阻网络转换器求和放大器模拟电子开关电阻网络由于V-≈V+=0,所以开关合到哪一边，都相当所以开关S合到哪一边由于所以开关合到哪一边，于接到了“电位，于接到了“地”电位，流过每条电路的电流始终不可等效为：变。可等效为：IIIIiΣ=d3+d2+d1+d024816取RF=RVREFI=RVREF3210vo=?RΣ=?4(d32+d22+d12+d02)i2n位输入的倒形电阻网络位输入的倒T形电阻网络转换器，位输入的倒形电阻网络D/A转换器，当反馈转换器电阻取为R时，输出电压的计算公式：电阻取为时输出电压的计算公式：VREFn?1n?210vo=?n(dn?12+dn?22+……+d12+d02)2优点：优点：两种阻值的电阻，（1）只有和2R两种阻值的电阻，可达到较高的）只有R和两种阻值的电阻精度；精度；（2）各支路电流恒定不变，在开关状态变化时，）各支路电流恒定不变，在开关状态变化时，不需电流建立时间，所以电路转换速度高，不需电流建立时间，所以电路转换速度高，使用广泛。广泛。CB7520电路原理图电路原理图三、权电流型D/A转换器权电流型转换器恒流源恒流源模型：恒流源模型：VB?VEE?VBEIi≈REi只要电路工作时保证V稳定不变，只要电路工作时保证B和VEE稳定不变，则三极管的集电极电流即可保持恒定，三极管的集电极电流即可保持恒定，不受开关内阻的影响。阻的影响。vo=iΣRFIIII=RF(d3+2d2+3d1+4d0)2222RFI=4(d323+d222+d121+d020)2为减少电阻阻值的种类，在实用的权电流型为减少电阻阻值的种类，在实用的权电流型D/A转换器转换器中，经常利用倒T形电阻网络的分流作用产生一组所需的恒经常利用倒形电阻网络的分流作用产生一组所需的恒流源。流源。按比例加大发射结的面积DAC0808电路结构框图电路结构框图已知VREF=10V已知RR=5k?RF=5k?RFIRFVREF10vo=8Dn=8?Dn=8Dn22RR2 四、具有双极性输出的D/A转换器具有双极性输出的转换器接一偏置电流符号位求反五、D/A转换器的主要参数转换器的主要参数1.D/A转换器的转换精度转换器的转换精度转换器理论上可达到的精度。（1）分辨率：D/A转换器理论上可达到的精度。分辨率：转换器理论上可达到的精度分辨率可以用输入二进制数码的位数给出。分辨率可以用输入二进制数码的位数给出。分辨率也可用D/A转换器能够分辨出来的最小输转换器能够分辨出来的最小输分辨率也可用出电压与最大输出电压的比值来表示。位出电压与最大输出电压的比值来表示。10位D/A转换转换器的分辨率为：器的分辨率为：转换器实际上能达到的转换精度。（2）转换误差：D/A转换器实际上能达到的转换精度。）转换误差：转换器实际上能达到的转换精度可以用输出电压满刻度值的百分数表示，可以用输出电压满刻度值的百分数表示，也可用最低位有效值的倍数表示。最低位有效值的倍数表示。如：转换误差为0.5LSB，表示输出模拟电压的转换误差为，绝对误差等于当输入数字量的LSB＝1时，其余各位＝时绝对误差等于当输入数字量的均为0时输出模拟电压的一半。均为时输出模拟电压的一半。时输出模拟电压的一半转换误差可分为静态误差和动态误差。转换误差可分为静态误差和动态误差。产生静态误差的原因是基准电源不稳定、运放的零点漂移、差的原因是基准电源不稳定、运放的零点漂移、模拟开关导通时的内阻和压降及电阻网络中阻值的偏差等；关导通时的内阻和压降及电阻网络中阻值的偏差等；动态误差则是在转换的动态过程中产生的附加误差。态误差则是在转换的动态过程中产生的附加误差。2.D/A转换器的转换速度转换器的转换速度指输入数字量各位由全0变为全（1）建立时间set：指输入数字量各位由全变为全）建立时间t1或由全变为全时,输出电压达到某一规定值所需或由全1变为全或由全变为全0时输出电压达到某一规定值所需要的时间。通常建立时间在几十μ之间。要的时间。通常建立时间在100ns~几十μs之间。几十之间（2）转换速率R：指输入数字量各位由全变为全）转换速率S指输入数字量各位由全0变为全1或由全变为全时，输出电压的变化率。或由全1变为全或由全变为全0时输出电压的变化率。11.3A／D转换器／转换器输入模拟电压UI0~5VA/D输出数字量D7~D000000000~11111111一、A/D转换的基本原理转换的基本原理CPSui(t)us(t)SCADC的字数化码路编电…dn-1d1d0数量出字输(n位)输电ADC-电路取样－取样－保持取样是对模拟信号进行周期性地抽取样值的过程，样值的过程，就是把 随时间连续变化的信号转换成在时间上断续、在幅度上等于取取样频率样时间内模拟信号大小的一串脉冲。小的一串脉冲。输入模拟信号的最高频率分量的频率取样定理：取样定理：fs≥2fi(max)量化－量化－编码将取样－保持电路的输出电压，将取样－保持电路的输出电压，按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上，这一转化过程称为数归化到与之相应的离散电平上，这一转化过程称为数值量化，简称量化。值量化，简称量化。量化将取样电压表示为一个最小单位的整数倍，将取样电压表示为一个最小单位的整数倍，所取的最小数量单位称为量化单位，取的最小数量单位称为量化单位，用表示。表示。量化后的数值最后还须通过编码过程用一个代码表示出来，这一过程称为编码。码表示出来，这一过程称为编码。编码1取?=8取?=215最大量化误差为△，即1／8V／最大量化误差为1/2△，即1／15V△／对双极性模拟电压的量化和编码二进制补码的形式编码二、直接A/D转换器直接转换器并联比较型0≤vi＜VREF/15时，7个比较器输出全为0，CP到来后，7到来后，个触发器都置个触发器都置0。经编码器编码后编码器编码后输出的二进制输出的二进制代码为d2d1d0＝000。。VREF3V≤ui待测重量x，故撤除待测重量W第二次加4克砝码总重仍<待测重量x，故保留待测重量克克第三次加2克第四次加1克砝码总重＝待测重量x，故保留克待测重量W转换开始前先将所有寄存器清零。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首先将寄存器最高位置成1，以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成，使输出数字为100…0。这个数码被D/A转换器转换成相。这个数码被 转换器转换成相出数字为转换器应的模拟电压u送到比较器中与进行比较。应的模拟电压o，送到比较器中与ui进行比较。若ui＜uo，说明数字过大了，故将最高位的清除；说明数字过大了，故将最高位的1清除清除；说明数字还不够大，应将这一位保留。若ui＞uo，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，然后，再按同样的方式将次高位置成，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。比较以后确定这个是否应该保留。这样逐位比较是否应该保留下去，一直到最低位为止。比较完毕后，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。中的状态就是所要求的数字量输出。vc－＋vivo(待转换的模拟电压待转换的模拟电压)待转换的模拟电压D/A控制逻辑时钟清0、置数、“1”状态是否保留状态是否保留控制端清0、置数、CP、(移位命令、移位命令移位命令)1000数码寄存器1000移位寄存器原理框图三、间接A/D转换器间接转换器双积分型又称为电压－时间变换型（－变换型变换型）又称为电压－时间变换型（V－T变换型）固定时间积分首先使积分电容C完全放电。首先使积分电容完全放电。完全放电第一步，第一步，对输入模拟电压进行固定时间T积分;压进行固定时间1积分第二步，第二步，对基准电压进行反向积分，使电容放行反向积分，电，放光为止（即放光为止（vo=0）。对反向放电时）。对反向放电时）。间计数，间计数，它与输入幅度成正比。成正比。反方向积分四、A/D转换器的主要参数转换器的主要参数1.A/D转换器的转换精度转换器的转换精度(1)分辨率：分辨率：分辨率A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位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。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0例如，输入模拟电压的变化范围为0～5V，输10位二进制数可以分辨的最小模拟电压为出10位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－10＝4.88mV。×。（2）转换误差）通常以输出误差最大值的形式给出，通常以输出误差最大值的形式给出，一般多以最低有效位的倍数给出。低有效位的倍数给出。有时也用满量程输出的百分数给出转换误差。给出转换误差。2.A/D转换器的转换速度转换器的转换速度转换速度是指完成一次转换所需的时间。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模拟输入信号开始，时间是指从接到模拟输入信号开始，到输出端得到 稳定的数字输出信号所经过的这段时间。稳定的数字输出信号所经过的这段时间。课程结束谢谢大家!谢谢大家1'