電子技術(shù)第10章課件

1、數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換第十章本章導(dǎo)讀在電子電器、工業(yè)控制設(shè)備中，絕大部分系統(tǒng)的模擬量和數(shù)字量是同時(shí)存在的。如溫度檢測(cè)控制系統(tǒng)中，檢測(cè)的溫度是一個(gè)模擬信號(hào)，而處理控制系統(tǒng)一般使用數(shù)字信號(hào)，輸出信號(hào)一般又要使用模擬信號(hào)，這樣就需要將檢測(cè)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)提供給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)計(jì)算完成后，又要輸出控制信號(hào)，需要轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，如電壓信號(hào)控制加熱器，提升或降低所控制的溫度。模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過程叫做模數(shù)轉(zhuǎn)換，簡稱A/D，把完成這種功能的電路叫模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱ADC。把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的過程叫做數(shù)模轉(zhuǎn)換，簡稱D/A，完成這種功能的電路叫做數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡稱DAC。本章簡單介紹DAC、ADC的基本

2、工作原理及典型器件。數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）10.1模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）10.2工程應(yīng)用（ADC在智能溫度控制系統(tǒng)中應(yīng)用）10.3第十章數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）10.110.1.1DAC的基本概念D/A轉(zhuǎn)換器基本上由4個(gè)部分組成，即權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)算放大器、基準(zhǔn)電源和模擬開關(guān)。數(shù)模轉(zhuǎn)換有兩種轉(zhuǎn)換方式：并行數(shù)模轉(zhuǎn)換和串行數(shù)模轉(zhuǎn)換。三位DAC示意圖數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）10.110.1.1DAC的基本概念假設(shè)此DAC的輸出滿度值為1。則數(shù)字量與模擬量的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖所示。三位DAC數(shù)字量與模擬量的對(duì)應(yīng)關(guān)系數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）10.110.1.1DAC的基本概念如果輸出模擬電壓最大值為10V，則輸入

3、數(shù)字量與輸出模擬量的關(guān)系如表所示。數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）10.110.1.1DAC的基本概念數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）10.110.1.權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC電路組成1權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC實(shí)際上是一個(gè)反向求和放大器，既加法器。它的原理圖如圖所示。它由電子切換開關(guān)、權(quán)電阻、運(yùn)算放大器組成。權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC原理圖數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）10.110.1.權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC工作原理2如圖所示，權(quán)電阻分別是R、2R、4R、8R，位切換開關(guān)受四位二進(jìn)制數(shù)控制，當(dāng)二進(jìn)制d3d2d1d0某一位是1時(shí)間，對(duì)應(yīng)的開關(guān)閉合，反之，對(duì)應(yīng)的開關(guān)打開。根據(jù)開關(guān)所在的位不同，放大器輸出的電壓是不同的。數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）10.110.1.權(quán)電阻

4、網(wǎng)絡(luò)DAC工作原理2如圖所示，權(quán)電阻分別是R、2R、4R、8R，位切換開關(guān)受四位二進(jìn)制數(shù)控制，當(dāng)二進(jìn)制d3d2d1d0某一位是1時(shí)間，對(duì)應(yīng)的開關(guān)閉合，反之，對(duì)應(yīng)的開關(guān)打開。根據(jù)開關(guān)所在的位不同，放大器輸出的電壓是不同的。數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）10.110.1.權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC工作原理2可見，d3d2d1d0對(duì)輸出模擬電壓的貢獻(xiàn)正好是符合8421權(quán)值。這樣就把輸入的二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成了模擬信號(hào)。這種方式在轉(zhuǎn)換位數(shù)較多的二進(jìn)制數(shù)時(shí)，由于權(quán)電阻的分散性較大，精度受到影響，所以集成DAC一般不使用該方法。數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）10.110.1.3R-2R T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC電路組成1R-2R T 形電阻DAC

5、由T形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)、模擬電子開關(guān)及求和放大器組成。四位T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC原理圖，如圖所示。四位T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC原理圖數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）10.110.1.4DAC 的主要技術(shù)參數(shù)1.分辨率2.線性度3.轉(zhuǎn)換速度（建立時(shí)間）4.失調(diào)誤差5.輸出極性及范圍模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）10.2模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）10.210.2.1采樣/保持和ADC的基本概念采樣/保持電路示意圖（1）采樣/保持電路1.采樣/保持的基本概念模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）10.210.2.1采樣/保持和ADC的基本概念采樣/保持波形（2）工作原理1.采樣/保持的基本概念模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）10.210.2.1采樣/保持和ADC的基本概

6、念三位ADC示意圖我們使用一個(gè)三位ADC來說明ADC的基本概念。三位ADC示意圖如圖所示。2. ADC的基本概念模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）10.210.2.2逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器工作原理圖逐次逼近型是目前應(yīng)用最多、使用較廣的A/D轉(zhuǎn)換器。圖是逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖。它由寄存器、D/A轉(zhuǎn)換器、比較器和控制邏輯等組成。1.轉(zhuǎn)換原理模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）10.210.2.3雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器雙積分A/D轉(zhuǎn)換器電路工作原理雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理如圖所示。它由電子開關(guān)、積分器、比較器、計(jì)數(shù)器和邏輯門等部分組成。雙積分就是進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換需要進(jìn)行兩次積分。雙積分電路工作過程積分

7、器輸出電壓變化情況模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）10.210.2.4并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器直接A/D轉(zhuǎn)換器能把輸入的模擬電壓直接轉(zhuǎn)換成輸出的數(shù)字量而不需要經(jīng)過中間變量.常用的電路有并聯(lián)比較型和反饋比較型兩類。三位并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器電路三位并行比較型A/D轉(zhuǎn)換原理電路如圖所示，它由電壓比較器、寄存器和代碼轉(zhuǎn)換器三部分組成。模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）10.210.2.5ADC主要技術(shù)參數(shù)1.分辨率2.量化誤差3.轉(zhuǎn)換精度4.轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換速度模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）10.210.2.6電子模擬開關(guān)模擬開關(guān)(有時(shí)簡稱為“開關(guān)”)是根據(jù)數(shù)字控制信號(hào)的電平切換或路由模擬信號(hào)(信號(hào)可以是規(guī)定范圍內(nèi)的任何電平)的開關(guān)器件。通常由“

8、傳輸門電路”構(gòu)成，模擬開關(guān)的功能類似于繼電器。（1）信號(hào)可雙向傳輸（2）開關(guān)斷開后漏電流極小電子模擬開關(guān)具有以下特性：工程應(yīng)用ADC在智能溫度控制系統(tǒng)中的應(yīng)用10.310.3.1溫度智能控制系統(tǒng)概述在現(xiàn)代過程控制及各種智能儀器和儀表中，為采集被控（被測(cè)）對(duì)象數(shù)據(jù)以達(dá)到由計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、控制的目的，常用微處理器和A/D轉(zhuǎn)換器組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。為了使水溫保持在設(shè)定的溫度范圍你，要使用智能溫度控制系統(tǒng)。智能溫度測(cè)控裝置框圖如圖所示。智能溫度控制系統(tǒng)框圖數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換第十章本 章 小 結(jié)1.ADC、DAC是實(shí)現(xiàn)模擬電路和數(shù)字電路相互轉(zhuǎn)換的橋梁，是數(shù)字電路系統(tǒng)重要的接口電路。2.DAC是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)

9、換為模擬信號(hào)的電子線路，它主要由電阻網(wǎng)絡(luò)、求和放大器、模擬開關(guān)等組成，它輸出的模擬電壓與輸入的二進(jìn)制數(shù)碼呈線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。本章主要介紹了權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器及倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC的工作原理。3.ADC是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電路。逐次逼近型ADC是由D/A轉(zhuǎn)換電路、比較器、輸出寄存器、移位寄存器、控制電路與時(shí)鐘產(chǎn)生脈沖電路組成。數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換第十章本 章 小 結(jié)4. ADC0809/0808型A/D轉(zhuǎn)換器有8路模擬輸入信號(hào)，通過電子開關(guān)控制可以輪流對(duì)8路輸入模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，是計(jì)算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)中常見的ADC芯片，對(duì)引腳的功能學(xué)習(xí)及外部引用學(xué)習(xí)是重點(diǎn)。5.ADC、DAC的基準(zhǔn)參考電壓VREF是重要的概念，要理解其作用，特別是A/D中，它對(duì)量化誤差、分辨路都有影響。數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換第十章本 章 小 結(jié)6.逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器和雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器具有各自的特點(diǎn)及各自的應(yīng)用場(chǎng)合。在不同的