电路与模拟电子技术第十一章模拟量与数字量的转换

返回第11章模拟量和数字量的转换开始…模拟量和数字量的转换是实现模拟电路与数字电路协同工作的接口，本章首先介绍A/D、D/A转换的基本原理，然后分析几种典型的A/D、D/A电路，最后简单介绍集成A/D、D/A器件的型号、特性和基本用法。目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第2页本章目录11.1数/模（D/A）转换器11.2模/数（A/D）转换器返回总目录目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第3页11.1数/模(D/A)转换器（1）D/A转换电路的目的是将数字式信号（一列数码脉冲）转换成幅度对应于数码值的模拟电信号，它是数字设备与模拟设备通信的必备部件。D/A转换电路一般由基准电压源/电流源;模拟开关;电阻网络;运算放大器等部分组成。本节介绍几种常用D/A转换电路及集成D/A转换电路。目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第4页11.1数/模(D/A)转换器（2）权电阻D/A转换电路集成运放反相输入端为“虚地”，每个开关可以切换到两个不同的位置，切换到哪个位置由相应位数字量Bi控制。当数字量为“1”时，开关接基准电压ER；当数字量为“0”时，开关接地。Bn-1Bn-2B1B0目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第5页11.1数/模(D/A)转换器（3）选择权电阻网络中电阻的阻值使流过该电阻的电流与该电阻所在位的权值成正比。这样，从最高位到最低位，每一位对应的电阻值应是相邻高位的2倍，使各支路电流从高位到低位逐位递减1/2。当输入二进制数码中某一位Bi=1时，开关Si接至基准电压ER，这时在相应的电阻Ri支路上产生电流为11222iRRRininiEEEIRRR当Bi=0时，开关Si接地，电流Ii=0。目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第6页11.1数/模(D/A)转换器（4）第i路的电流为1fof1022niRiniREURIBR总的输出电流输出电压122iRiinEIBR111110002222nnniiRRiiinniiiEEIIBBRR正比于输入数码对应的十进制数值目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第7页11.1数/模(D/A)转换器（5）R-2RT型D/A转换电路R-2RT型D/A转换原理电路如图。与权电阻D/A转换电路一样，二进制码Bi控制着开关Si的位置。Bi为1，Si接ER；Bi为0，Si接地。B0B1B2Bn-2Bn-1目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第8页11.1数/模(D/A)转换器（6）集成运放反相输入端为“虚地”。因此，从两端的T型结点开始，向中间逐结点推算，很容易得到：当Bi=1,其余位均为0时，从结点i向左向右看的电阻都是2R，这样,从开关Si经2R支路流进结点的电流等分后分别向左向右流出,其等效电路如图I目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第9页11.1数/模(D/A)转换器（7）由等效电路可求出，接电源支路所提供的电流均为Ii=EＲ/3R。由于在每个结点向三个反向看的等效电阻相等（2R），因此，这个电流在流向集成运放反相输入端的途中，每经过一个结点，电流都要减小一半。二进制码最高位对运放输入端方向的电流为01236RREEIRR其它各位产生的电流逐位减小一半，依次为00002(1)11111,,,2222ninIIII目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第10页11.1数/模(D/A)转换器（8）这种电路中电阻阻值只有R和2R两种，精度易于保证，且流过各模拟开关的电流均相同，所以给设计和制作带来方便，故集成D/A电路中多采用这种电路形式。二进制码控制的各开关对集成运放输入端产生的总电流为110(1)00112232nniRininiiEIIBR输出电压1o0232nfRiiniREUBR正比于输入数码对应的十进制数值。目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第11页11.1数/模(D/A)转换器（9）倒置T型D/A转换电路R-2RT型D/A转换电路中,数字信号各位的传输时间不同，因而输出端会产生尖峰效应。倒置T型D/A转换电路可以克服这种缺点。目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第12页11.1数/模(D/A)转换器（10）集成运放反相输入端为“虚地”，所以，不论开关切换到哪个位置，2R上端都接了0电位。这样，从电阻网络左端开始,用串并联方法可以得到从ER看进去的对地的等效电阻为R。这样，从参考电源ER流进电阻网络的电流为I=ER/R。类似R-2RT型D/A转换电路的分析可知，每经过一个节点，经过电阻向上流的电流减小一半，正好反映了二进制各位码应满足的位权关系。因此，2222of01(1)1120f1201()222221(2222)2nnnnininnniRnninBBBBUIRERBBBBR目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第13页11.1数/模(D/A)转换器（11）该电路工作时,在前一组二进制码切换到后一组二进制码时,各位码对应的电流同时到达集成运放输入端,因而不会产生尖峰效应。目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第14页11.1数/模(D/A)转换器（12）D/A转换器的主要技术指标分辩率输出模拟电压可能被分离的数目。常用输入二进制数的位数N表示其分辨率。精度D/A转换器实际输出模拟电压与理想输出值之间存在的最大偏差。建立时间D/A转换器输入从全“0”突变为全“1”（或从全“1”突变为全“0”）时，转换器输出达到与最终稳定值相差1/2LSB范围内所需要的时间，又称满量程建立时间。是描述D/A转换器转换速度的重要性能指标。目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第15页11.1数/模(D/A)转换器（13）D/A转换器的主要技术指标(续)非线性误差D/A转换器实际传输特性曲线和平均传输特性曲线之间的最大偏差。也称非线性度或线性度。传输延迟从数字输入变化到模拟输出，电流达到其最终值的90%所需的时间。静态功耗规定负载下，输入全“0”和全“1”时所消耗的最大功率。电源电压抑制比单位电源电压变化所引起的模拟量输出的变化。目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第16页11.1数/模(D/A)转换器（14）DAC0830系列集成D/A转换器DAC0830系列包括DAC0830，DAC0831，DAC0832。我们以DAC0832为例说明其基本工作过程。DAC0832芯片内含有一个八位D/A转换电路，由倒T型电阻网络和电子开关组成。还包括一个八位的输入寄存器和一个八位的DAC寄存器。当DAC寄存器中的数字信号在进行D/A转换时，下一组数字信号可存入输入寄存器，这样可提高转换速度。芯片外接集成运放，将转换成的模拟电流信号放大后转变成电压信号输出。目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第17页11.1数/模(D/A)转换器（15）DAC0832原理框图目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第18页11.1数/模(D/A)转换器（16）DAC0832引线排列图目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第19页11.1数/模(D/A)转换器（17）D0～D7：八位数字数据输入，D7为最高位，D0为最低位。Iout1:模拟电流输出端。Iout2:模拟电流输出端，接地。Rf:若外接的集成运放电路增益小，则在该引出端与集成运放输出端之间加接电阻；若外接的集成运放电路增益足够大，则不必外接电阻，直接将该引出端与运放输出端相连。Uref:基准参考电压端，在+10V～-10V之间选择。UCC:电源电压端，在+5V～+15V之间选择，+15V最佳。DGND：数字电路接地端。AGND：模拟电路接地端，通常与DGND相接。目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第20页11.1数/模(D/A)转换器（18）：片选信号，低电平有效。CS：DAC寄存器的传送控制信号，低电平有效。XFER：DAC寄存器的写入控制信号，低电平有效。2WRILE(InputLatchEnable)：数据允许锁存信号，高电平有效。：输入寄存器的写入控制信号，低电平有效。1WR目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第21页11.2模/数(A/D)转换器（1）A/D转换器的功能是将输入的模拟信号转换成数字信号输出。由于输入的模拟信号在时间上是连续变化的，而输出的数字信号是不连续的，所以转换只能在某些瞬间对输入进行取样，然后将这些取样值转换成数字量输出。因此，A/D转换须先对输入的模拟信号进行采样，然后进入保持，在保持时间内将采样的信号转换为数字量，并按一定编码形式输出。目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第22页11.2模/数(A/D)转换器（2）逐次逼近式A/D转换器逐次逼近型A/D转换器的原理寄存器从最高位置开始每次在该位设“1”，该数字量经D/A转换器转换成相应的模拟电压uo，送入比较器与输入模拟电压ui进行比较。若uoui，说明数字量过大，此位应改回“0”；若uoui，说明数字量还不够大，此位“1”应保留。逐位进行尝试直到最低位，寄存器里的数字就是对应于输入电压ui的输出数字量。目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第23页11.2模/数(A/D)转换器（3）4位二进制数的逐次逼近型A/D转换器六位顺序脉冲发生器逻辑控制门移位寄存器电压比较器四位D/A转换器读出门目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第24页11.2模/数(A/D)转换器（4）顺序脉冲发生器工作波形CPQ5Q4Q3Q2Q1Q0CPQ5Q4Q3Q2Q1Q0123456最高位设“1”次高位设“1”第三位设“1”最低位设“1”控制读出数字量锁定读出门目录前一页下一页结束返回高等学校电子教案：电路与模拟电子技术第十一章模拟量和数字量的转换按空格键继续第25页11.2模/数(A/D)转换器（5）四位逐次逼近型ADC的转换过程（基准电压8V）10004d3=001002d2=101103d1=101113.5d0=10111开启其读出门，读出结果d3d2d1d0uo(V)确定位码ui(V)3.63.63.63.6顺序1234561000