第23章模拟量和数字量的转换优秀PPT.ppt
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1、第23章模拟量和数字量的转换现在学习的是第1页,共41页第第23章章 模拟量和数字量的转换模拟量和数字量的转换23.1 D/A转换器转换器23.2 A/D转换器转换器现在学习的是第2页,共41页第第23章章 模拟量和数字量的转换模拟量和数字量的转换本章要求本章要求本章要求本章要求1.1.了解了解了解了解D/AD/A、A/DA/D转换的基本概念和转换原理转换的基本概念和转换原理;2.了解了解D/A、A/DA/D转换常用芯片的使用方法。转换常用芯片的使用方法。转换常用芯片的使用方法。转换常用芯片的使用方法。现在学习的是第3页,共41页 模模模模 数与数数与数 模转换器是计算机与外部设备的重模转换器
2、是计算机与外部设备的重要接口要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部件。也是数字测量和数字控制系统的重要部件。将模拟量转换为数字量的装置称为模将模拟量转换为数字量的装置称为模 数转换器数转换器数转换器数转换器(简称简称简称简称A/D转换器或转换器或转换器或转换器或ADCADC);传感器传感器模拟控制模拟控制模模拟拟信信号号数字计算机数字计算机 数字控制数字控制 数数字字信信号号ADCDAC 将数字量转换为模拟量的装置称为数将数字量转换为模拟量的装置称为数将数字量转换为模拟量的装置称为数将数字量转换为模拟量的装置称为数 模转换器模转换器(简简称称D/AD/A转换器或转换器或转换器或转换器或DA
3、C)现在学习的是第4页,共41页23.1 D/A转换器转换器数数数数模模模模转换(转换(D/AD/A转换器转换器转换器转换器)的基本思想:)的基本思想:)的基本思想:)的基本思想:由于构成数字代码的每一位都有一定的由于构成数字代码的每一位都有一定的由于构成数字代码的每一位都有一定的由于构成数字代码的每一位都有一定的“权权”,因此为了将数字量转换成模拟量,就必须将每一位代码因此为了将数字量转换成模拟量,就必须将每一位代码因此为了将数字量转换成模拟量,就必须将每一位代码因此为了将数字量转换成模拟量,就必须将每一位代码按其按其按其按其“权权”转换成相应的模拟量,然后再将代表各位的模转换成相应的模拟量
4、,然后再将代表各位的模转换成相应的模拟量,然后再将代表各位的模转换成相应的模拟量,然后再将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,这就是构拟量相加即可得到与该数字量成正比的模拟量,这就是构拟量相加即可得到与该数字量成正比的模拟量,这就是构拟量相加即可得到与该数字量成正比的模拟量,这就是构成成成成D/AD/A转换器的基本思想。转换器的基本思想。转换器的基本思想。转换器的基本思想。现在学习的是第5页,共41页1.1.电路电路电路电路23.1.1 T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器 由数个相同的电路环节构成,每个电路环节有两由数个相同的电路环节构成,每个电路环节有两由数个相同的电
5、路环节构成,每个电路环节有两由数个相同的电路环节构成,每个电路环节有两个电阻和一个模拟开关。个电阻和一个模拟开关。个电阻和一个模拟开关。个电阻和一个模拟开关。参考电压参考电压参考电压参考电压存放四位存放四位存放四位存放四位二进制数二进制数二进制数二进制数最低位最低位最低位最低位(LSB)(LSB)最高位最高位最高位最高位(MSB)(MSB)模拟模拟模拟模拟开关开关开关开关UOO+2 2R RA+URS S2 2S S0 0S S1 1S S3 32 2R R2 2R R2 2R R2 2R Rd d0 0d d1 1d d2 2d d3 30 0R RR RR R1 11 10 0+-AR R
6、F F2 2R R0 00 01 11 1 数码寄存器数码寄存器数码寄存器数码寄存器Q Q0 0Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3现在学习的是第6页,共41页1.1.电路电路电路电路23.1.1 T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器参考电压参考电压参考电压参考电压最低位最低位最低位最低位(LSB)(LSB)最高位最高位最高位最高位(MSB)(MSB)各位的数码控制相应位的模拟开关,数码为各位的数码控制相应位的模拟开关,数码为各位的数码控制相应位的模拟开关,数码为各位的数码控制相应位的模拟开关,数码为“1”“1”时,时,时,时,开关接电源开关接电源开关接电源开关接电源U UR R;为;为;
7、为;为0 0时接时接时接时接“地地地地”。模拟模拟模拟模拟开关开关开关开关UOO+2 2R RA+URS S2 2S S0 0S S1 1S S3 32 2R R2 2R R2 2R R2 2R Rd d0 0d d1 1d d2 2d d3 30 0R RR RR R1 11 10 0+-AR RF F2 2R R0 00 01 11 1 数码寄存器数码寄存器数码寄存器数码寄存器Q Q0 0Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3存放四位存放四位存放四位存放四位二进制数二进制数二进制数二进制数现在学习的是第7页,共41页2.2.转换原理转换原理转换原理转换原理分析输入数字量和输出模拟电压分析输入
8、数字量和输出模拟电压U Uo o o o之间的关系之间的关系之间的关系之间的关系 T T型网络开路时的输出电压型网络开路时的输出电压型网络开路时的输出电压型网络开路时的输出电压UA A即是反相比例运算电路的即是反相比例运算电路的输入电压。输入电压。反相比例反相比例反相比例反相比例运算电路运算电路运算电路运算电路T T型电型电型电型电子网络子网络子网络子网络2 2R RA+URS S2 2S S0 0S S1 1S S3 32 2R R2 2R R2 2R R2 2R Rd d0 0d d1 1d d2 2d d3 30 0R RR RR R1 11 10 0UOO+-AR RF F2 2R R
9、0 00 01 11 1+现在学习的是第8页,共41页2 2.转换原理转换原理用戴维宁定理和叠加定理计算用戴维宁定理和叠加定理计算用戴维宁定理和叠加定理计算用戴维宁定理和叠加定理计算U UA AA+URS S2 2S S0 0S S1 1S S3 32 2R R2 2R R2 2R R2 2R Rd d0 0d d1 1d d2 2d d3 30 0R RR RR R1 11 10 02 2R R0 00 01 11 1最低位最低位最低位最低位(LSB)(LSB)最高位最高位最高位最高位(MSB)(MSB)1 0 0 0对应二进制数为对应二进制数为对应二进制数为对应二进制数为000100010
10、0010001现在学习的是第9页,共41页2.2.转换原理转换原理转换原理转换原理对应二进制数为对应二进制数为对应二进制数为对应二进制数为0001000100010001时,时,时,时,A2 2R R2 2R R2 2R RR RR RR RR R等效电路如右下图等效电路如右下图等效电路如右下图等效电路如右下图1 11 1 2 22 2 3 33 3 2 2R R2 2R R2 2R R2 2R RR RR RR R2 2R RURAR RA0 00 0 现在学习的是第10页,共41页2.转换原理转换原理对应二进制数为对应二进制数为对应二进制数为对应二进制数为0001000100010001时
11、,时,时,时,等效电路如下等效电路如下等效电路如下等效电路如下R RA同理:对应二进制数同理:对应二进制数同理:对应二进制数同理:对应二进制数为为为为0010001000100010时,有时,有时,有时,有同理:对应二进制数同理:对应二进制数同理:对应二进制数同理:对应二进制数为为为为1000100010001000时,有时,有时,有时,有同理:对应二进制数同理:对应二进制数同理:对应二进制数同理:对应二进制数为为为为0100010001000100时,有时,有时,有时,有AR R现在学习的是第11页,共41页2.转换原理转换原理 T T型网络开路时的输出电压型网络开路时的输出电压型网络开路时
12、的输出电压型网络开路时的输出电压U UA,即等效电源电压,即等效电源电压,即等效电源电压,即等效电源电压U UE E。等效电阻为等效电阻为等效电阻为等效电阻为 R R 等效电路如右图等效电路如右图R RAUE现在学习的是第12页,共41页2.转换原理转换原理 若输入的是若输入的是若输入的是若输入的是 n n位二进制数,则位二进制数,则位二进制数,则位二进制数,则2 2R RUOO+-AR RF F+R RUE+A现在学习的是第13页,共41页2.转换原理转换原理 若取若取若取若取 RF=3R=3R,则,则,则,则 若输入的是若输入的是若输入的是若输入的是 n n位二进制数,则位二进制数,则位二
13、进制数,则位二进制数,则2 2R RUOO+-AR RF F+R RUE+A现在学习的是第14页,共41页倒倒T型电阻网络型电阻网络D A转换器转换器分析输入数字量和输出模拟电压分析输入数字量和输出模拟电压分析输入数字量和输出模拟电压分析输入数字量和输出模拟电压u u u uo o o o之间的关系之间的关系转换原理转换原理倒倒倒倒T T型解码网络型解码网络型解码网络型解码网络UOO2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR现在学习的是第15页,共41页.UC =UR/2UB =UR/4UA =UR/8U
14、D =UR 即:即:由于解码网络的电路结构和由于解码网络的电路结构和参数匹配,则图中各点参数匹配,则图中各点(D D、C C、B B、A)A)电位逐位减半。电位逐位减半。电位逐位减半。电位逐位减半。UOO2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR现在学习的是第16页,共41页 因此,每个因此,每个因此,每个因此,每个2R支路中支路中支路中支路中的电流也逐位减半。的电流也逐位减半。的电流也逐位减半。的电流也逐位减半。即:即:UOO2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3
15、d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR现在学习的是第17页,共41页UOO2RABD+URS2S3S1S02R2R2R2RR3R2R1R0+-ARFd3d2d1d00RRRI3I1I0I01C110I2IR现在学习的是第18页,共41页23.1.2 D/A转换器的主要技术指标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。指最小输出电压和最大输出电压之比。指最小输出电压和最大输出电压之比。指最小输出电压和最大输出电压之比。1.分辨率分辨率 2.线性度线性度线性度线性度 通常用非线性误差的大小表示通常用非线性误差的大小表示通常用非线性误差的大小表示通常用非线性误差的大小表
16、示D/AD/A转换器的线性度。把转换器的线性度。把转换器的线性度。把转换器的线性度。把偏离理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百偏离理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百偏离理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百偏离理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。分数定义为非线性误差。分数定义为非线性误差。分数定义为非线性误差。3.输出电压输出电压(电流电流)的建立时间的建立时间例例例例:十位十位十位十位D/A转换器转换器转换器转换器 的分辨率为的分辨率为的分辨率为的分辨率为从输入数字信号起,到输出电压或电流到达稳定值所需时间从输入数字信号起,到输出电压或电
17、流到达稳定值所需时间从输入数字信号起,到输出电压或电流到达稳定值所需时间从输入数字信号起,到输出电压或电流到达稳定值所需时间有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。通常通常D/A转换器的建立时间不大于转换器的建立时间不大于1 S现在学习的是第19页,共41页集成集成 ADC 芯片举例芯片举例AD7520各管脚功能:各管脚功能:d0 d9:十位数字量的输入端;:十位数字量的输入端;IO1、IO2:电流输出端;电流输出端;RF:反馈信号输入反馈信号输入端端;UDD:电源接线端电源接线端;GND:接地端。接地端。UR:参考电源,可正可负;参考电源,可正可负
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