数字电子技术与逻辑设计教程8.pptx

Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器本本章章要要点点u 数/模转换器的原理、权电阻DAC、T型电阻网络DAC、集成DAC芯片介绍uu 模/数转换器的原理、逐次逼近ADC、并联比较ADC、双积分型ADC、集成ADC芯片介绍第1页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器 8.1 8.1 概概 述述图图8.1.1 计算机控制系统的框图计算机控制系统的框图 能把模拟信号转换成数字信号的电路称为模/数转换器（Analog -Digital-Converter），简称A/D转换器或ADC。能把数字信号转换成模拟信号的电路称为数/模转换器（Digital-Analog-Converter），简称D/A转换器或DAC。第2页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器 8.2 8.2 数数/模转换器模转换器8.2.1 8.2.1 数数/模转换原理模转换原理 数/模转换器的输入数字信号是二进制数字量，输出模拟信号则是与输入数字量成正比的电压或电流。图图8.2.1 数数/模转换器框图模转换器框图第3页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器8.2.2 8.2.2 权电阻权电阻 D/AD/A转换器转换器（1）电路组成。图图8.2.2 4位权电阻位权电阻DAC的电路图的电路图第4页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器（2）工作原理。（3）特点。速度快；位数越多，权电阻越多；电阻的阻值差也越大，阻值范围大，如果想制成集成片非常困难。第5页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器8.2.3 8.2.3 型电阻网络型电阻网络/转换器转换器8.2.3.1 电路工作原理图图8.2.3 T型电阻网络的基本结构型电阻网络的基本结构第6页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器图图8.2.4 T型网络型网络D/A转换器原理图转换器原理图第7页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器8.2.3.2 数/模转换器的主要参数1分辨率 分辨率是指对输出最小电压的分辨能力。2绝对误差 一般要求小于1/2LSB所对应的输出电压值。3转换速度 转换速度是指从输入数字信号起，到输出电流或电压达到稳态值所需要的时间。第8页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器8.2.4 8.2.4 集成集成/转换器转换器图图8.2.5 DAC0832的的内部原理框图和外部内部原理框图和外部引线排列图引线排列图第9页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器8.2.4.3 DAC0832的应用图图8.2.6 单极性输出单极性输出D/A转换转换图图 8.2.7 双极性输出双极性输出D/A转换器转换器第10页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器 8.3 8.3 模模/数转换器数转换器8.3.1 A/D8.3.1 A/D转换的一般过程转换的一般过程 从输入到输出完成上述转换，一般要经过采样、保持、量化和编码4个步骤。8.3.1.1 采样和保持fS2fImax图图8.3.1 模拟信号、采样模拟信号、采样信号及保持信号波形图信号及保持信号波形图第11页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器8.3.1.2 量化和编码 量化和编码就是由模拟量转换成数字量的过程，亦即A/D转换的主要阶段。量化是将采样、保持电路输出信号UO进行离散化的过程。离散后的电平称为量化电平。用二进制数表示量化电平即为编码。8.3.1.3 采样、保持电路图图8.3.2 采样、保持电路原理图采样、保持电路原理图第12页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器8.3.2 8.3.2 逐次渐近型（逼近型）逐次渐近型（逼近型）A/DA/D转换器转换器 设ADC满量程可输入电压Um=100mV，试将采样保持模拟信号UI=76mV转换成数字信号。转换开始，环形移位寄存器初态为Q1Q2Q3Q4Q5=10000状态。图图8.3.3 逐次渐近型逐次渐近型A/D转换器原理框图转换器原理框图第13页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器图图8.3.4 逐次渐近型逐次渐近型ADC控制逻辑电路控制逻辑电路第1个CP：Q6Q7Q8=100。Q1Q2Q3Q4Q5=01000 UIUf，UA=0。第2个CP：Q1Q2Q3Q4Q5=01000 UA=0，Q6Q7Q8=110，UIUf，UA=0。第3个CP：Q1Q2Q3Q4Q5=00100 UA=0，Q6Q7Q8=111，UIUf，UA=1。第4个CP：Q1Q2Q3Q4Q5=00010 UA=1，Q6Q7Q8=110，D2D1D0=110，相当于75mV，逼近输入的模拟信号76mV。第14页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器8.3.3 8.3.3 并联比较型并联比较型A/DA/D转换器转换器 并联比较型ADC的特点是：转换速度极快，但当输出位数增加时，所需电压比较器数目将以极大比例增加。图图8.3.5 并联比较型并联比较型ADC第15页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器输入模拟电压比较器输出数字信号UIA7A6A5A4A3A2A1D2D1D00UI1/1500000000001/15UI3/1500000010013/15UI5/1500000110105/15UI7/1500001110117/15UI9/1500011111009/15UI11/15001111110111/15UI13/15011111111013/15UI11111111111表表8.3.1 3位并联比较位并联比较ADC的输入与输出关系的输入与输出关系第16页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器8.3.4 8.3.4 双积分型双积分型A/DA/D转换器转换器 图图8.3.6 双积分双积分A/D转换器的原理图转换器的原理图第17页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器图图8.3.7 双积分双积分A/D转换器的工作波形图转换器的工作波形图第18页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器8.3.5 A/D8.3.5 A/D转换器的主要参数转换器的主要参数1分辨率分辨率2转换速度转换速度3相对误差相对误差 其输出二进制数位越多，转换精度越高，即分辨率越高。故可用分辨率表示转换精度。输入的模拟电压满量程为5V，8位ADC的LSB所对应的输入电压为 mV，而10位ADC则为 mV。可见ADC位数越多，分辨率越高。转换速度是指ADC从接到转换控制信号起，到输出稳定的数字量为止所用的时间多少。显然用的时间越少，转换速度越快。A/D转换器的相对误差小于或等于1/2LSB。第19页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器8.3.6 8.3.6 集成集成A/DA/D转换器转换器8.3.6.1 原理框图图图8.3.8 ADC0809原理框图原理框图第20页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器 C B A 模拟通道C B A 模拟通道 0 0 0IN01 0 0IN4 0 0 1IN11 0 1IN5 0 1 0IN21 1 0IN6 0 1 1IN31 1 1IN7表表8.3.2 输入通道的状态译码输入通道的状态译码8.3.6.2 ADC0809主要技术指标（1）分辨率：8位。（2）精度：1LSB。（3）转换时间：100ms。（4）输入电压：+5V。（5）电源电压：+5V。第21页/共23页Publishing House of Electronics IndustryPublishing House of Electronics Industry第第8 8章章 数数/模转换器和模模转换器和模/数转换器数转换器 小小 结结 D/A转换和A/D转换是数字系统不可缺少的部件，由它们组成数字系统的输入与输出。在D/A转换器中介绍了权电阻网络和T型电阻网络、集成D/A转换器与D/A转换器的主要参数。A/D转换经过采样、保持、量化和编码4个步骤。A/D转换器有直接A/D转换器和间接A/D转换器两大类。在直接A/D转换器中介绍了逐次逼近型和并联比较型两种电路。在间接A/D转换器中重点介绍了双积分型A/D转换器。最后介绍了集成A/D转换器及其主要参数。第22页/共23页谢谢您的观看！第23页/共23页