數(shù)模和模數(shù)轉換1學習教案

1、會計學1數(shù)模和模數(shù)轉換數(shù)模和模數(shù)轉換1第一頁，共41頁。傳感器放大器A/D轉換轉換(zhunhun)微型微型(wixng)計算機計算機控制對象D/A轉換轉換溫度時間電加熱爐熱電偶執(zhí)行機構第1頁/共41頁第二頁，共41頁。 能將數(shù)字量轉換為模擬量的裝置(zhungzh)稱為數(shù)/模變換器( 簡稱D/A轉換器 Digital Analog Converter); 能將模擬量轉換為數(shù)字量的裝置(zhungzh)稱為模/數(shù)變換器( 簡稱A/D變換器 Analog Digital Converter)。 數(shù)數(shù)/ /模與模模與模/ /數(shù)轉換器是計算機與外部設備數(shù)轉換器是計算機與外部設備(wi b (wi b

2、 sh bi)sh bi)的重要接口的重要接口, ,也是數(shù)字測量和數(shù)字控制系統(tǒng)的也是數(shù)字測量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件。重要部件。第2頁/共41頁第三頁，共41頁。變換型變換型間接型反饋比較型并聯(lián)比較型直接型權電容網(wǎng)絡開關樹型權電流型形電阻網(wǎng)絡倒權電阻網(wǎng)絡FVTVDADACDACDACDACTDACAD/第3頁/共41頁第四頁，共41頁。D111101D/AA(電壓(diny) 或 電流)？ 由于構成數(shù)字代碼由于構成數(shù)字代碼(di m)(di m)的每一位都有一定的的每一位都有一定的“權權重重”，因此為了將數(shù)字量轉換成模擬量，就必須將每一，因此為了將數(shù)字量轉換成模擬量，就必須將每一位代碼位代碼(

3、di m)(di m)按其按其“權重權重”轉換成相應的模擬量，然轉換成相應的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加，即可得到與該數(shù)字量成后再將代表各位的模擬量相加，即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量，這就是構成正比的模擬量，這就是構成D/AD/A變換器的基本思想。變換器的基本思想。 D/A變換器的電路形式(xngsh)很多，這里只介紹兩種。第4頁/共41頁第五頁，共41頁。11.2.1 權電阻(dinz)網(wǎng)絡D/A轉換器權電阻網(wǎng)絡模擬開關求和放大器000, 0,IOIViVVRiAA，且必有當接成深度負反饋時，為理想放大器，即設負反饋放大器：這種變換器由這種變換器由“電子模擬開關電子模擬開關”、“

4、權電阻求和權電阻求和網(wǎng)絡網(wǎng)絡”、“運算運算放大器放大器”和和“基基準準(jzhn)電源電源”等部分組成。等部分組成。一、電路一、電路(dinl)結構和工作原理結構和工作原理第5頁/共41頁第六頁，共41頁。權電阻網(wǎng)絡模擬開關求和放大器控制受數(shù)字0303ddSS點流向時，時，iiiiIdId100RVIRVIRVIRVIRVIREFREFREFREFiREFi031221302222權電流：第6頁/共41頁第七頁，共41頁。權電阻網(wǎng)絡模擬開關求和放大器)2222(2)222()(0011223340312230123ddddVdRVdRVdRVdRVRIIIIRiRVREFREFREFREFRE

5、FFFFO輸出電壓：2RRF顯然，輸出模擬電壓的大顯然，輸出模擬電壓的大小直接小直接(zhji)(zhji)與輸入與輸入 二二進制數(shù)的大小成正比，從進制數(shù)的大小成正比，從而實現(xiàn)了數(shù)字量而實現(xiàn)了數(shù)字量 到模擬量到模擬量的轉換的轉換 。第7頁/共41頁第八頁，共41頁。希望用較少類型(lixng)的電阻，仍然能得到一系列權電流第8頁/共41頁第九頁，共41頁。RRRR所以所以(suy)，無論，無論Si處于何種位置，與處于何種位置，與Si相連的相連的2R電阻均接電阻均接“地地”（地或虛地）。（地或虛地）。圖中圖中S0S3為模擬開關，由輸入為模擬開關，由輸入(shr)數(shù)碼數(shù)碼Di控制，控制，當當Di=

6、1時，時，Si接運算放大器反相輸入端（虛地），電流接運算放大器反相輸入端（虛地），電流(dinli)Ii流入求和電路；流入求和電路；當當Di=0時，時，Si將電阻將電阻2R接地。接地?？伤愠?，基準電可算出，基準電流流 I I= =V VREFREF/ /R R，則流過各開關支路則流過各開關支路（從右到左）的電（從右到左）的電流分別為流分別為 I I/2/2、I I/4/4、I I/8/8、I I/16/16。于是得總電流：于是得總電流：)16()8()4()2(0123IdIdIdIdi第9頁/共41頁第十頁，共41頁。流入地端時，流入時，iiiiIdiId01DVddddRVRRiVREFR

7、EFO40011223342222221)()16()8()4()2(0123IdIdIdIdi第10頁/共41頁第十一頁，共41頁。DVddddRVRRiVnnREFnnnnnREFO222222100112211)(位輸入時，應有對REFnnOnnVVD2120120,范圍為為“正”取“負”則得OREFVVDVddddRVRRiVREFREFO40011223342222221)(第11頁/共41頁第十二頁，共41頁。7520CB實例：第12頁/共41頁第十三頁，共41頁。為進一步提高為進一步提高D/A轉換器的轉換精度轉換器的轉換精度(jn d)，可采用權電流型，可采用權電流型D/A轉換器

8、。轉換器。iiiffffODRIDDDDRIDIDIDIDIRRiv22)2222(2)16842(3040011223340123DDD(LSB)(MSB)SSSS00112233R+AvoifI24I8I16IVREFD第13頁/共41頁第十四頁，共41頁。 權電流(dinli)型D/A轉換器DAC0808的電路結構框圖IO是求和電流的 輸 出 端 。V R E F +和VREF接基準(jzhn)電流發(fā)生電路中運算放大器的反相輸入端和同相輸入端。COMP供外接補償電容之用。VCC和VEE為正負電源輸入端。第14頁/共41頁第十五頁，共41頁。DAC0808是是8位權電流型位權電流型D/A轉

9、換器，其中轉換器，其中D0D7是數(shù)字量輸入是數(shù)字量輸入(shr)端。端。用這類器件構成的用這類器件構成的D/A轉換器時，需要外接運算放大器和產(chǎn)生基準電流用的電阻轉換器時，需要外接運算放大器和產(chǎn)生基準電流用的電阻R1。當當VREF=10VVREF=10V、R1=5kR1=5k、Rf=5kRf=5k時，時，輸出輸出(shch)(shch)電壓電壓為：為：7087018221022iiiiiiREFfODDRVRv第15頁/共41頁第十六頁，共41頁。DAC0808 D/A轉換器輸出與輸入轉換器輸出與輸入(shr)的關系（的關系（ 設設VREF=10V）第16頁/共41頁第十七頁，共41頁。第17頁

10、/共41頁第十八頁，共41頁。D/A*將符號(fho)位反相后接至高位輸入*將輸出偏移使輸入為100時，輸出為01第18頁/共41頁第十九頁，共41頁。VVVVVVVVddddddVVVOOOOOREF410071111001000022228810120011223則則)(.*將符號位反相后接至高位輸入*將輸出(shch)偏移使輸入為100時，輸出(shch)為0即可只需令時，輸入時，使輸入偏移RVIRViIRVIiVVREFBBBREFO2222100010042,.第19頁/共41頁第二十頁，共41頁。輸入數(shù)字量位數(shù)越多，分辨率越高。所以，在實際輸入數(shù)字量位數(shù)越多，分辨率越高。所以，在實

11、際(shj)(shj)應應用中，常用字量的位數(shù)表示用中，常用字量的位數(shù)表示D/AD/A轉換器的分辨率。轉換器的分辨率。 此外，也可用此外，也可用D/AD/A轉換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比來轉換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比來表示分辨率，表示分辨率，N N位位D/AD/A轉換器的分辨率可表示為轉換器的分辨率可表示為 1/1/（2 2n n-1-1）。）。121) 12(FSR1LSBnnkk最大輸出電壓最小輸出電壓分辨率第20頁/共41頁第二十一頁，共41頁。nnREFOnnREFOREFDVVDVVV221引起的誤差.第21頁/共41頁第二十二頁，共41頁。移零點漂移導致的曲線漂由

12、漂移誤差OpA. 2，電阻網(wǎng)絡的偏差引起為模擬開關的導通內(nèi)阻不非線性誤差03.對值相加總誤差：幾種誤差的絕*第22頁/共41頁第二十三頁，共41頁。）。的相對穩(wěn)定度（試求偏差引起的誤差）中，若保證由形位倒（例：REFREFREFREFVVVLSBVDACTG211075205111022121221REFREFOnnnREFOVLSBVVDDVVLSB產(chǎn)生的輸出電壓為：）時，所以（因為在輸出產(chǎn)生的電壓為,REFOnnnnREFOOREFVVDDVVVV1010212122)(,最大誤差時對應為產(chǎn)生的由第23頁/共41頁第二十四頁，共41頁。%.0502112221221221110101111

13、101011REFREFREFREFREFOVVVVVV所以即要求第24頁/共41頁第二十五頁，共41頁。D111101A/DA(電壓(diny) 或 電流) ？(max)(max),iSiSffff532一般取一、采樣定理第25頁/共41頁第二十六頁，共41頁。111110101100011010001000111110101100011010001000輸入信號1V7/8V6/8V5/8V4/8V3/8V2/8V1/8V0二進制代碼輸入信號二進制代碼1V13/15V11/15V9/15V7/15V5/15V3/15V1/15V0代表的模擬電壓7=7/8（V）6=6/8（V）5=5/8（V）

14、4=4/8（V）3=3/8（V）2=2/8（V）1=1/8（V）0 =0 （V）代表的模擬電壓7=14/15（V）6=12/15（V）5=10/15（V）4= 8/15（V）3= 6/15（V）2= 4/15（V）1= 2/15（V）0 = 0 (V）第26頁/共41頁第二十七頁，共41頁。！加大輸入電阻！減小輸出電阻！Av=1第27頁/共41頁第二十八頁，共41頁。第28頁/共41頁第二十九頁，共41頁。00000001510RV0000001153151RRVV0000011155153RRVV0000111157155RRVV0001111159157RRVV00111111511159

15、RRVV011111115131511RRVV111111115151513RRVVRV151RV153RV155RV157RV159RV1511RV1513量化第29頁/共41頁第三十頁，共41頁。00000001510RV0000001153151RRVV0000011155153RRVV0000111157155RRVV0001111159157RRVV00111111511159RRVV011111115131511RRVV111111115151513RRVV輸入(shr)量化 編碼111110101100011010001000第30頁/共41頁第三十一頁，共41頁。*有存儲器，不

16、需要S/H電路*電路規(guī)模，n位需要2n-1比較器，觸發(fā)器第31頁/共41頁第三十二頁，共41頁。！簡單(jindn)！慢CLKnT）最多需要（12 第32頁/共41頁第三十三頁，共41頁。.,.nVVVVIOIO”再將次高位置“”，改為“則去掉“則保留若”高位先置“1201111次就夠了只要比較 n！電路(dinl)不太復雜！較快第33頁/共41頁第三十四頁，共41頁。1 0 0 0 03位：5個CLKN位: ( n+2)個CLK第34頁/共41頁第三十五頁，共41頁。IOTIIOIILVVVRCTdtRVCVVTTVSSV所以不變期間的積分，積分器作固定時間第一步，斷開轉換開始起始狀態(tài)：計數(shù)器清零10111101121)(,.第35頁/共41頁第三十六頁，共41頁。IREFIREFITREFOOREFIVVTTTRCVTRCVTRCVdtR