《基于Proteus的數(shù)字電路分析與設(shè)計(jì)》課件第9章新課件

第9章數(shù)－模和模－數(shù)轉(zhuǎn)換教學(xué)內(nèi)容§9.1

概述§9.2

D/A轉(zhuǎn)換器§9.3

A/D轉(zhuǎn)換器

教學(xué)要求1、掌握DAC和ADC的定義及應(yīng)用；2、了解DAC的組成、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)、集成D/A轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換精度及轉(zhuǎn)換速度；3、了解ADC組成、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器、積分型A/D轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換精度及轉(zhuǎn)換速度。9.1概述模－數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換）：將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電路稱為A/D轉(zhuǎn)換器，簡寫為ADC(Analog-DigitalConverter)數(shù)－模轉(zhuǎn)換（D/A轉(zhuǎn)換）：將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的電路稱為D/A轉(zhuǎn)換器，簡寫為DAC(Digital-AnalogConverter)9.2A／D轉(zhuǎn)換器A/DUI輸入模擬電壓D7~D0輸出數(shù)字量0~5V00000000~11111111一、A/D轉(zhuǎn)換的基本原理取樣－保持取樣是對模擬信號進(jìn)行周期性地抽取樣值的過程，就是把隨時(shí)間連續(xù)變化的信號轉(zhuǎn)換成在時(shí)間上斷續(xù)、在幅度上等于取樣時(shí)間內(nèi)模擬信號大小的一串脈沖。取樣定理：fs≥2fi(max)輸入模擬信號的最高頻率分量的頻率取樣頻率量化－編碼將取樣－保持電路的輸出電壓，按某種近似方式歸化到與之相應(yīng)的離散電平上，這一轉(zhuǎn)化過程稱為數(shù)值量化，簡稱量化。量化后的數(shù)值最后還須通過編碼過程用一個(gè)代碼表示出來，這一過程稱為編碼。將取樣電壓表示為一個(gè)最小單位的整數(shù)倍，所取的最小數(shù)量單位稱為量化單位，用表示。最大量化誤差為△，即1／8V最大量化誤差為1/2△，即1／15V取取對雙極性模擬電壓的量化和編碼二進(jìn)制補(bǔ)碼的形式編碼二、直接A/D轉(zhuǎn)換器并聯(lián)比較型0≤vi＜VREF/15時(shí)，7個(gè)比較器輸出全為0，CP

到來后，7個(gè)觸發(fā)器都置0。經(jīng)編碼器編碼后輸出的二進(jìn)制代碼為d2d1d0＝000。時(shí)，7個(gè)比較器中只有C1輸出為1，CP到來后，只有觸發(fā)器FF1置1，其余觸發(fā)器仍為0。經(jīng)編碼器編碼后輸出的二進(jìn)制代碼為d2d1d0=001。時(shí)，比較器中C1、C2輸出為1，CP到來后，觸發(fā)器FF1、FF2置1，其余觸發(fā)器仍為0。經(jīng)編碼器編碼后輸出的二進(jìn)制代碼為d2d1d0=011。四、A/D轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)

A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示，位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。例如，輸入模擬電壓的變化范圍為0～5V，輸出10位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V×2－10＝4.88mV。(1)分辨率：1.A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度（2）轉(zhuǎn)換誤差

通常以輸出誤差最大值的形式給出，一般多以最低有效位的倍數(shù)給出(<+1/2LSB)。有時(shí)也用滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)給出轉(zhuǎn)換誤差(+0.005%FSR滿量程)。2.A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度是指完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間是指從接到模擬輸入信號開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出信號所經(jīng)過的這段時(shí)間。

例如：對于0~5V的直流電壓，計(jì)算機(jī)用8位數(shù)字量來描述時(shí)：最小值（00000000）B=0對應(yīng)0V，最大值（11111111）B=255對應(yīng)5V，中間值（01111111）B=127對應(yīng)2.5V

等

D/A的任務(wù)是接收到一個(gè)數(shù)字量后，給出一個(gè)相應(yīng)的電壓。比如收到（00111111）B，應(yīng)給出幅度為1.25V

的電壓。9.3D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的電路。電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電子開關(guān)求和放大器參考電壓一、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器集成運(yùn)放通過RF接入負(fù)反饋，有虛短，V-≈V+=0取RF=R/2

n位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，當(dāng)反饋電阻取為R/2時(shí)，輸出電壓的計(jì)算公式：輸出電壓的變化范圍:優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，所用的電阻元件數(shù)很少。缺點(diǎn)：各電阻的阻值相差較大，不能保證有很高的精度。二、倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電子開關(guān)求和放大器由于V-≈V+=0,所以開關(guān)S合到哪一邊，都相當(dāng)于接到了“地”電位，流過每條電路的電流始終不變?？傻刃椋喝F=R

n位輸入的倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，當(dāng)反饋電阻取為R時(shí)，輸出電壓的計(jì)算公式：優(yōu)點(diǎn)：（1）只有R和2R兩種阻值的電阻，可達(dá)到較高的精度；（2）各支路電流恒定不變，在開關(guān)狀態(tài)變化時(shí)，不需電流建立時(shí)間，所以電路轉(zhuǎn)換速度高，使用廣泛。已知：VREF=10V三、D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)（1）分辨率：D/A轉(zhuǎn)換器理論上可達(dá)到的精度。

1.D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度分辨率也可用D/A轉(zhuǎn)換器能夠分辨出來的最小輸出電壓與最大輸出電壓的比值來表示。10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為：分辨率可以用輸入二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)給出。（2）轉(zhuǎn)換誤差：D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際上能達(dá)到的轉(zhuǎn)換精度。

可以用輸出電壓滿刻度值的百分?jǐn)?shù)表示，也可用最低位有效值的倍數(shù)表示。如：轉(zhuǎn)換誤差為0.5LSB，表示輸出模擬電壓的絕對誤差等于當(dāng)輸入數(shù)字量的LSB＝1時(shí)，其余各位均為0時(shí)輸出模擬電壓的一半。轉(zhuǎn)換誤差可分為靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差。產(chǎn)生靜態(tài)誤差的原因是基準(zhǔn)電源不穩(wěn)定、運(yùn)放的零點(diǎn)漂移、模擬開關(guān)導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻和壓降及電阻網(wǎng)絡(luò)中阻值的偏差等；動(dòng)態(tài)誤差則是在轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)過程中產(chǎn)生的附加誤差。（1）建立時(shí)間tset：指輸入數(shù)字量各位由全0變?yōu)槿?或由