《电工学》_秦曾煌主编第六版下册_电子技术_第23章讲述.ppt

第二十三章 模拟量和数字量的转换 结 束 * 第二十三章 模拟量和数字量的转换 § 23.1 D/A转换器 § 23.2 A/D转换器 数－模与模－数转换器是计算机与外部设备的重要接口，也是数字测量和数字控制系统的重要部件。 能将数字量转换为模拟量的装置称为数－模转换器（简称：D/A转换器 ）；能将模拟量转换为数字量的装置称为模－数转换器（简称：A/D转换器 ）。 概 述 传感器 模拟控制 模拟信号 数字计算机 数字控制 数字信号 ADC DAC D/A、A/D转换器的原理框图 由于构成数字代码的每一位都有一定的“权重”，因此为了把数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其“权重”转换成相应的模拟量，然后再把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，这就是构成D/A转换器的基本思想。 §23.1 D/A转换器 倒T 形电阻网络 D/A 转换器 基准电压 电子模拟开关 T形电阻网络 最低位 最高位 R R 例：一个八位倒 T 型电阻网络数 / 模转换器， 当输入数字量为时，输出电压值 为-0.02V， 若输入二进制数为， 输出电压为多少？ 解： ∵ 输入数字量为：时， 输出电压值为：uo= -0.02V （2 = 27+26+24+22+20 = （213）10 ∴ 输出电压值为： uo = 213×(-0.02) = -4.26V D/A 转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。 有时也用输入数字量的有效位数来表示。 一、分辨率 例：十位D/A转换器的分辨率为 1 / ( 210－1 ) =1 / 1023≈0.001 二、输出电压( 电流 )的建立时间 指从输入数字信号起，到输出电压（电流）达稳定值时所需的时间。 指输出模拟电压的实际值与理想值之差。即最大静态转换误差。 三、精度 四、线性度 通常用非线性误差的大小表示。 五、电源抑制比 指输出电压的变化与相对应的电源电压（模拟开关、运放电源）的变化之比。 目前，D/A转换器集成电路芯片种类很多。按输入二进制数的位数分类有八位、十位、十二位、十六位等，使用者可根据任务要求进行选择。 集成芯片 AD7520 d0 ~ d9：十位数字量输入端； IO1、IO2：电流输出端； RF：内部电阻引出端； UDD：模拟开关电源接线端； GND：接地端。 UR IO1 IO2 RF GND d4 AD7520 1 2 3 4 5 6 7 8 16 15 14 13 12 11 10 9 UDD +UR d3 d2 d1 d0 d5 d6 d7 d8 d9 ? UO + + – UR：参考电源，可正可负； RF A/D转换器的任务是把模拟量转换成数字量，它是模拟信号和数字仪器的接口。 A/D转换器的类型很多，有并联比较型、逐次逼近型、双积分型等。在此仅介绍逐次逼近型。 §23.2 A/D转换器 其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量： 砝码重 第一次 第二次 第三次 第四次 加4克 加2克 加1克 8 克 砝码总重 待测重量Wx ，故保留 砝码总重仍 待测重量Wx ，故保留 砝码总重 待测重量Wx ，故撤除 砝码总重 ＝ 待测重量Wx ，故保留 暂时结果 8 克 12 克 12 克 13 克 结 论 逐次逼近型 A/D转换器 逐次逼近寄存器 电压比较器 控制逻辑门 输入 输出 准备工作 Q4~Q0=10000 第五个CP时数据输出 Q F3 S R R F2 S Q R F1 S Q R F0 S Q d3 d2 d1 d0 ≥1 ≥1 ≥1 d3 d0 E 读出控制端 UI UO － ＋ ∞ △ ＋ 时钟脉冲 五位顺序脉冲发生器 四位D/A转换器 CP Q4 Q3 Q2 Q1 Q0 d2 d1 脉冲发生器 数-模转换器 1 0 0 0 0 1： 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 2： 0 1 1