7第七章 数模和模数变换器.ppt
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1、电子技术电子技术数字电路部分数字电路部分第七章第七章 数数/模与模模与模/数变换器数变换器1第七章第七章 数数/模与模模与模/数变换器数变换器7.1 概述概述7.2 D/A 变换器变换器7.3 A/D 变换器变换器2 数数/模与模模与模/数变换器是计算机与外部数变换器是计算机与外部设备的重要接口设备的重要接口,也是数字测量和数字控也是数字测量和数字控制系统的重要部件。制系统的重要部件。能将数字量转换为模拟量的装置称为能将数字量转换为模拟量的装置称为数数/模变换器模变换器(简称简称D/A变换器变换器);能将模能将模拟量转换为数字量的装置称为模拟量转换为数字量的装置称为模/数变换数变换器器(简称简
2、称A/D变换器变换器)。下面,对这两个器件的工作原理及下面,对这两个器件的工作原理及 其其简单应用做一些介绍。简单应用做一些介绍。7.1 概述概述3 由于构成数字代码的每一位都有由于构成数字代码的每一位都有一定的一定的“权重权重”,因此为了将数字量,因此为了将数字量转换成模拟量,就必须将每一位代码转换成模拟量,就必须将每一位代码按其按其“权重权重”转换成相应的模拟量,转换成相应的模拟量,然后再将代表各位的模拟量相加,即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,可得到与该数字量成正比的模拟量,这就是构成这就是构成D/A变换器的基本思想。变换器的基本思想。D/A变换器的电路形
3、式很多,这里变换器的电路形式很多,这里只介绍两种。只介绍两种。7.2 D/A 变换器变换器47.2.1 权电阻权电阻D/A变换器变换器 这种变换器由这种变换器由“电子模拟开关电子模拟开关”、“权电阻求和网络权电阻求和网络”、“运算运算放大器放大器”和和“基准电源基准电源”等部分组等部分组成。成。UR+-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D000115 kR=80 k00115 电子模拟开关电子模拟开关(S S0 0-S-S3 3)由电子器件构成,其动作由电子器件构成,其动作受二进制数受二进制数D D0 0-D-D3 3 控制。当控制。当 D DK K 1
4、 1 时,则相应的开时,则相应的开关关S SK K 接到位置接到位置1 1上,将基准电源上,将基准电源U UR R经电阻经电阻R Rk k引起的电引起的电流接到运算放大器的虚地点(如图中流接到运算放大器的虚地点(如图中S S0 0、S S1 1););当当D Dk k0 0 时,开关时,开关S Sk k 接到位置接到位置0 0,将相应电流直接接地,将相应电流直接接地而不进运放(如图中而不进运放(如图中S S2 2、S S3 3)。)。+-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR5 kR=80 k6T1T2SDa电子模拟开关的电子模拟开关的简化
5、原理电路简化原理电路 当当 D D=1=1 时,时,T T2 2 管管饱和导通,饱和导通,T T1 1 管截止,管截止,则则 S S 与与 a a 点通点通 ;当当 D D=0=0 时,时,T T1 1 管管饱和导通,饱和导通,T T2 2 管截止,管截止,则则 S S 被接地被接地 。前者相当于开关前者相当于开关S 接到接到“1”端端,后者,后者则则 相当于开关相当于开关S 接到接到“0”端端。7Uo =-URRFR()D3D0D1D223202122根据反相比例运算公式可得: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
6、,从而实现了数字量二进制数的大小成正比,从而实现了数字量 到模拟量的转换到模拟量的转换。+-AuoS2S3S1S0RR/2R/4R/8R3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR5 kR=80 k87.2.2 T形解码网络形解码网络D/A变换器变换器(以以4位为例位为例)由于解码网络的电路结构和参数匹配,使得上图由于解码网络的电路结构和参数匹配,使得上图中中D、C、B、A四点的电位逐位减半四点的电位逐位减半.AB+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0ICD 和权电阻网络相比,和权电阻网络相比,T T形解码网络
7、中电阻的类型少,形解码网络中电阻的类型少,只有只有R、2R两种,电路构成比较方便。两种,电路构成比较方便。9UD =URUC =UR/2UB =UR/4UA =UR/8即:即:因此,每个因此,每个 2R支路中的支路中的电流也逐位减电流也逐位减半。半。AB+-AuoS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0ICD10I=I3 +I2 +I1 +I0UR2R=D3UR16RD0UR8RD1UR4RD2+=UR16R(8D3 +4D2 +2D1 +1D0)=URRF16R(8D3 +4D2 +2D1 +1D0)uo-AB+-AuoS2
8、S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0RFD3D2D1D00011 UR2RRRRI3I2I1I0ICD117.2.3 D/A变换器的主要技术指标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。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有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。分辨率。一、一、分辨率分辨率 二、二、线性度线性度 通常用非线性误差的大小表示通常用非线性误差的大小表示D/A 变换变换器的线性度。把偏离理想的输入输出特性器的线性度。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的偏差与满刻度输出之比的百分数定义 为为非线性误差。非线性
9、误差。三、三、输出电压输出电压(电流电流)的建立时间的建立时间127.2.4 集成电路集成电路D/A变换器变换器 DAC 0832及其应用及其应用 D/A变换器集成电路有多种型号。变换器集成电路有多种型号。下面仅以下面仅以DAC0832为例来介绍集成电为例来介绍集成电路路D/A变换器。变换器。它是八位的它是八位的D/A变换器变换器,即在对即在对其输入八位数字量后,通过外接的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运算放大器,可以获得相应的模拟电压值。电压值。下图是它的内部下图是它的内部简化电路框图简化电路框图 和和管脚图管脚图:13DAC 0832 简化电路框图简化电路框图
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- 7第七章 数模和模数变换器 第七 数模 变换器
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