模拟量和数字量的转换 (2)精选文档.ppt
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1、本讲稿第一页,共三十九页本章目录本章目录11.1 11.1 数数/模(模(D/AD/A)转换器)转换器11.2 11.2 模模/数(数(A/DA/D)转换器)转换器返回总目录返回总目录2 2本讲稿第二页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器(转换器(1 1)D/AD/A转换电路的目的是将数字式信号(一列数码脉冲)转换转换电路的目的是将数字式信号(一列数码脉冲)转换成幅度对应于数码值的模拟电信号,它是数字设备与模拟设备通成幅度对应于数码值的模拟电信号,它是数字设备与模拟设备通信的必备部件。信的必备部件。D/AD/A转换电路一般由转换电路一般由基准电压源基准电压源/电
2、流源电流源;模拟开关模拟开关;电阻网络电阻网络;运算放大器等部分组成。运算放大器等部分组成。本节介绍几种常用本节介绍几种常用D/AD/A转换电路及集成转换电路及集成D/AD/A转换电路。转换电路。3 3本讲稿第三页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器转换器(2 2)n权电阻权电阻D/AD/A转换电路转换电路集集成成运运放放反反相相输输入入端端为为“虚虚地地”,每每个个开开关关可可以以切切换换到到两两个个不不同同的的位位置置,切切换换到到哪哪个个位位置置由由相相应应位位数数字字量量B Bi i 控控制制。当当数数字字量量为为“1”“1”时,开关接基准电压时,开关接
3、基准电压E ER R;当数字量为;当数字量为“0”“0”时,开关接地。时,开关接地。B Bn n-1-1B Bn n-2-2B B1 1B B0 04 4本讲稿第四页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器转换器(3 3)选选择择权权电电阻阻网网络络中中电电阻阻的的阻阻值值使使流流过过该该电电阻阻的的电电流流与与该该电电阻阻所所在在位位的的权权值值成成正正比比。这这样样,从从最最高高位位到到最最低低位位,每每一一位位对对应应的的电电阻阻值值应应是是相相邻邻高高位位的的2 2倍倍,使使各各支支路路电电流流从从高高位位到到低低位位逐逐位递减位递减1/21/2。当当输输入
4、入二二进进制制数数码码中中某某一一位位B Bi i=1=1时时,开开关关S Si i接接至至基基准准电电压压E ER R,这时在相应的电阻这时在相应的电阻R Ri i支路上产生电流为支路上产生电流为 当当B Bi i=0=0时,开关时,开关S Si i 接地,电流接地,电流 I Ii i =0=0。5 5本讲稿第五页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器转换器(4 4)第第i i 路的电流为路的电流为 总的输出电流总的输出电流 输出电压输出电压 正比于输入数码对应的十进制数值正比于输入数码对应的十进制数值6 6本讲稿第六页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模
5、(D/A)(D/A)转换器转换器(5 5)nR R-2-2R R T T型型D/AD/A转换电路转换电路R R-2-2R R T T型型D/AD/A转转换换原原理理电电路路如如图图。与与权权电电阻阻D/AD/A转转换换电电路路一一样样,二二进进制码制码B Bi i 控制着开关控制着开关S Si i 的位置。的位置。B Bi i为为1 1,S Si i接接E ER R;B Bi i为为0 0,S Si i接地。接地。B B0 0B B1 1B B2 2B Bn n-2-2B Bn n-1-17 7本讲稿第七页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器转换器(6 6)集集
6、成成运运放放反反相相输输入入端端为为“虚虚地地”。因因此此,从从两两端端的的T T型型结结点点开开始始,向向中中间间逐逐结结点点推推算算,很很容容易易得得到到:当当B Bi i=1,=1,其其余余位位均均为为0 0时时,从从结结点点i i 向向左左向向右右看看的的电电阻阻都都是是2 2R R,这这样样,从从开开关关S Si i经经2 2R R支支路路流流进进结结点点的的电电流流等等分分后分别向左向右流出后分别向左向右流出,其等效电路如图其等效电路如图I I8 8本讲稿第八页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器转换器(7 7)由由等等效效电电路路可可求求出出,接接
7、电电源源支支路路所所提提供供的的电电流流均均为为I Ii i=E E/3/3R R。由由于于在在每每个个结结点点向向三三个个反反向向看看的的等等效效电电阻阻相相等等(2 2R R),因因此此,这这个个电电流流在在流流向向集集成成运运放放反反相相输输入入端端的的途途中中,每每经经过过一一个个结结点点,电电流流都都要要减减小小一半。一半。二进制码最高位对运放输入端方向的电流为二进制码最高位对运放输入端方向的电流为其它各位产生的电流逐位减小一半,依次为其它各位产生的电流逐位减小一半,依次为9 9本讲稿第九页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器转换器(8 8)这这种种电
8、电路路中中电电阻阻阻阻值值只只有有R R 和和2 2R R两两种种,精精度度易易于于保保证证,且且流流过过各各模模拟拟开开关关的的电电流流均均相相同同,所所以以给给设设计计和和制制作作带带来来方方便便,故故集集成成D/AD/A电电路中多采用这种电路形式。路中多采用这种电路形式。二进制码控制的各开关对集成运放输入端产生的总电流为二进制码控制的各开关对集成运放输入端产生的总电流为输出电压输出电压正比于输入数码对应的十进制数值。正比于输入数码对应的十进制数值。1010本讲稿第十页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器转换器(9 9)n倒置倒置T T型型D/AD/A转换电
9、路转换电路R R-2-2R R T T型型D/AD/A转转换换电电路路中中,数数字字信信号号各各位位的的传传输输时时间间不不同同,因因而而输输出出端端会会产生尖峰效应。倒置产生尖峰效应。倒置T T型型D/AD/A转换电路可以克服这种缺点。转换电路可以克服这种缺点。1111本讲稿第十一页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器转换器(1010)集集成成运运放放反反相相输输入入端端为为“虚虚地地”,所所以以,不不论论开开关关切切换换到到哪哪个个位位置置,2 2R R上上端端都都接接了了0 0电电位位。这这样样,从从电电阻阻网网络络左左端端开开始始,用用串串并并联联方方法
10、法可可以以得得到到从从E ER R看看进进去去的的对对地地的的等等效效电电阻阻为为R R。这这样样,从从参参考考电电源源E ER R流进电阻网络的电流为流进电阻网络的电流为I I=E ER R/R R。类类似似R R-2-2R R T T型型D/AD/A转转换换电电路路的的分分析析可可知知,每每经经过过一一个个节节点点,经经过过电电阻阻向向上上流流的的电电流流减减小小一一半半,正正好好反反映映了了二二进进制制各各位位码码应应满满足的位权关系。因此,可直接写出足的位权关系。因此,可直接写出1212本讲稿第十二页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器转换器(1111)
11、该电路工作时该电路工作时,在前一组二进制码切换到后一组二进制在前一组二进制码切换到后一组二进制码时码时,各位码对应的电流同时到达集成运放输入端各位码对应的电流同时到达集成运放输入端,因因而不会产生尖峰效应。而不会产生尖峰效应。1313本讲稿第十三页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器转换器(1212)nD/AD/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 n分分辩辩率率 输出模拟电压可能输出模拟电压可能被被分分离离的数目。常用输入二进制数的位的数目。常用输入二进制数的位数数N N表表示其分示其分辨辨率。率。n精度精度 D/A D/A转换器实际输出模拟电压与理转换
12、器实际输出模拟电压与理想想输出值之间存在的最输出值之间存在的最大大偏差偏差。n建立建立时间时间 D/AD/A转换器输入从转换器输入从全全“0”“0”突突变为变为全全“1”“1”(或或从从全全“1”“1”突突变为变为全全“0”“0”)时,转换器输出达到与最)时,转换器输出达到与最终终稳定值相稳定值相差差 1/2LSB1/2LSB范围内所范围内所需需要的时间,要的时间,又称又称满量程满量程建立建立时间。是时间。是描描述述D/AD/A转换器转换速度的转换器转换速度的重重要性能要性能指指标标。1414本讲稿第十四页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器转换器(1313)n
13、D/AD/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标(续续)n非非线性线性误误差差 D/AD/A转换器实际传输特性转换器实际传输特性曲曲线和平均传输特性线和平均传输特性曲曲线之间的线之间的最大最大偏差偏差。也称非也称非线性度线性度或或线性度。线性度。n传输传输延延迟迟 从数字输入变化到模拟输出,电流达到其最从数字输入变化到模拟输出,电流达到其最终终值的值的90%90%所所需需的时间。的时间。n静静态功态功耗耗 规规定定负载负载下,输入下,输入全全“0”“0”和和全全“1”“1”时所时所消耗消耗的最大功率。的最大功率。n电源电压抑制比电源电压抑制比单位电源电压变化所引单位电源电压变化所引起起的模
14、拟量输出的变化。的模拟量输出的变化。1515本讲稿第十五页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器转换器(1414)nDAC0830DAC0830系列集成系列集成D/AD/A转换器转换器DAC0830DAC0830系系列列包包括括DAC0830DAC0830,DAC0831DAC0831,DAC0832DAC0832。我我们们以以DAC0832DAC0832为例说明其基本工作过程。为例说明其基本工作过程。DAC0832DAC0832芯芯片片内内含含有有一一个个八八位位D/AD/A转转换换电电路路,由由倒倒T T型型电电阻阻网网络络和和电电子子开开关关组组成成。还还包
15、包括括一一个个八八位位的的输输入入寄寄存存器器和和一一个个八八位位的的DACDAC寄寄存存器器。当当DACDAC寄寄存存器器中中的的数数字字信信号号在在进进行行D/AD/A转转换换时时,下下一一组组数数字字信信号号可可存存入入输输入入寄寄存存器器,这这样样可可提提高高转转换换速速度度。芯芯片片外外接接集集成成运运放放,将将转转换换成成的的模模拟拟电电流流信信号号放放大大后后转转变变成成电电压压信信号输出。号输出。1616本讲稿第十六页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器转换器(1515)DAC0832DAC0832原理框图原理框图1717本讲稿第十七页,共三十九
16、页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器转换器(1616)DAC0832DAC0832引线排列图引线排列图1818本讲稿第十八页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器转换器(1717)各引脚功能简要说明如下:各引脚功能简要说明如下:D D0 0D D7 7:八位数字数据输入,:八位数字数据输入,D D7 7为最高位,为最高位,D D0 0为最低位。为最低位。I Iout1out1:模拟电流输出端。模拟电流输出端。I Iout2out2:模拟电流输出端,接地。模拟电流输出端,接地。R Rf f:若若外外接接的的集集成成运运放放电电路路增增益益小小,
17、则则在在该该引引出出端端与与集集成成运运放放输输出出端端之之间间加加接接电电阻阻;若若外外接接的的集集成成运运放放电电路路增增益益足足够够大大,则则不不必必外外接接电电阻阻,直接将该引出端与运放输出端相连。直接将该引出端与运放输出端相连。U Urefref:基准参考电压端,在基准参考电压端,在+10V+10V-10V-10V之间选择。之间选择。U UCCCC:电源电压端,在电源电压端,在+5V+5V+15V+15V之间选择,之间选择,+15V+15V最佳。最佳。DGNDDGND:数字电路接地端。:数字电路接地端。AGNDAGND:模拟电路接地端,通常与:模拟电路接地端,通常与DGNDDGND相
18、接。相接。1919本讲稿第十九页,共三十九页11.1 11.1 数数/模模(D/A)(D/A)转换器(转换器(1818):片选信号,低电平有效。:片选信号,低电平有效。:DACDAC寄存器的传送控制信号,低电平有效。寄存器的传送控制信号,低电平有效。:DACDAC寄存器的写入控制信号,低电平有效。寄存器的写入控制信号,低电平有效。ILE(Input Latch Enable)ILE(Input Latch Enable):数据允许锁存信号,高电平有效。:数据允许锁存信号,高电平有效。:输入寄存器的写入控制信号,低电平有效。:输入寄存器的写入控制信号,低电平有效。2020本讲稿第二十页,共三十九
19、页11.2 11.2 模模/数数(A/D)(A/D)转换器转换器(1 1)A/DA/D转转换换器器的的功功能能是是将将输输入入的的模模拟拟信信号号转转换换成成数数字字信信号号输输出出。由由于于输输入入的的模模拟拟信信号号在在时时间间上上是是连连续续变变化化的的,而而输输出出的的数数字字信信号号是是不不连连续续的的,所所以以转转换换只只能能在在某某些些瞬瞬间间对对输输入入进进行行取取样样,然然后后将将这这些些取样值转换成数字量输出。取样值转换成数字量输出。因因此此,A/DA/D转转换换须须先先对对输输入入的的模模拟拟信信号号进进行行采采样样,然然后后进进入入保保持持,在在保保持持时时间间内内将将
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