山东理工大学：《数字电子技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第八章 数模与模数转换电路

第一章绪论 第八章数/模与模/数转换 。8.1概述 ·8.2D/A转换器 8.3A/D转换器

第一章 绪 论 第八章 数/模与模/数转换 • 8.1 概 述 • 8.2 D / A转换器 • 8.3 A / D 转换器

第八章数模与模/数转换 8.1概述 一、数/模和模/数器是模拟、数字系统间的桥梁 数字计算机 二进制 二进制 存储 分析 A/D 控制 D/A 线性 线性 模拟系统 物理生物化学

第八章 数/模与模/数转换 8.1 概述 一、数/模和模/数器是模拟、数字系统间的桥梁 数字计算机 模拟系统 A/D D/A 二进制 二进制 线性 线性 存储 分析 控制 物理 生物 化学

二、常见数模、模数转换器应用系统举例 压力传感器 DAC 模拟控制器 温度传感器 DAC 模拟控制器 流量传感器 四路模拟开关 数字控制计算机 DAC 模拟控制器 进制 液位传感器 信号 DAC 模拟控制器 物理量 模拟信男 生产控制对象 三、A/D、D/A转换器的精度和速度 精度保证转换的准确性 速度保证适时控制

二、 常见数模、模数转换器应用系统举例 压力传感器 温度传感器 流量传感器 四 路 模 拟 开 关 数 字 控 制 计 算 机 DAC … … 模拟控制器 液位传感器 模拟控制器 DAC … DAC … 模拟控制器 模拟控制器 生 产 控 制 对 象 DAC ADC 物理量 二进制 信号 模拟信号 三、A/D、D/A 转换器的精度和速度 精度保证转换的准确性 速度保证适时控制

第一章绪论 8. 2D/A转换器 P) 8.2.1D/A转换的基本原理 一、输入、输出关系框图 DAC uo或io 1.D/A转换思路 如(1101)2=1×23+1×22+1×2°=8+4+1=13 另4x2 可利用运算放大器实现运算 i=0 Ho/V 2.转换特性 7 54321 001010 011100 101110111

第一章 绪 论 8.2 D / A转换器（DAC） 8.2.1 D / A转换的基本原理 1. D/A转换思路 … d0 d1 dn-1 DAC uO或iO n 位 二进制 如 (1101)2 1 2 1 2 1 2 8 4 1 13 3 2 0 =  +  +  = + + =  − = =  1 0 1 0 2 n i i N di 可利用运算放大器实现运算 2. 转换特性 D uO/V 7 6 5 4 3 2 1 001 010 011 100 101 110 111 一、输入、输出关系框图

第一章绪论 8.2. 2到T型电阻网络D/A转换器 2R R 1R电阻网络 十 UREF 兰I/802R-1142P/2 2 R X 1、工作原理 求和运放 当42414=100， I=UREF/R 40=-R= UREF R UREEx1x22 2 2R 23

第一章 绪 论 8.2.2 到T型电阻网络D/A 转换器 R 2R R R 2R 2R 2R UREF S0 S1 S2 d0 d0 d1 d2 d1 d2 电子 开关 电阻网络 求和运放 当 d2d1d0 = 100, I/ 4 I/ 2 I I/ 8 I/2 I = UREF / R R I u 2 O = − R U R 2 REF = − 2 3 REF 1 2 2 = −   U uO 1、工作原理

第一章绪论 当42414=110 2R R R 2R0l182R422 R uo w=-+=毁+“w UREE R URE(1×22+1×2） 23

第一章 绪 论 当 d2d1d0 = 110, I R 2R R R 2R 2R 2R UREF uO I/ 4 I/ 2 I/ 8 R I I u ) 2 4 O = −( + (1 2 1 2 ) 2 2 1 3 REF = −  +  U R R U R U ) 2 4 ( REF REF = − +

第一章绪论 当42414=111 2R R UREF 2R中l/2R中42RI2 ● uo w=专=器+ UREF+ UE旺)R 8R UREF (1×22+1×21+1×20) 表达的一般形式 23 U 23 (d2×22+d1×2'+d×2)

第一章 绪 论 当 d2d1d0 = 111, I R 2R R R 2R 2R 2R UREF uO I/8 I/4 I/2 R I I I u ) 2 4 8 O = −( + + (1 2 1 2 1 2 ) 2 2 1 0 3 REF = −  +  +  U R R U R U R U ) 2 4 8 ( REF REF REF = − + + 表达的一般形式 ( 2 2 2 ) 2 0 0 1 1 2 2 3 REF O = − d  + d  + d  U u

第一章绪论 2、输入为位二进制数时的表达式 当D=dn-1dn-2.d1d0 0= URE(dn1x2-1++d×2l+d×2) 2" _URED=Ku·D 2" K一转换比例系数 K=- UREF 2

第一章 绪 论 2、输入为 n 位二进制数时的表达式 当 D = dn-1 dn-2 … d1 d0 ( 2 ... 2 2 ) 2 0 0 1 1 1 1 REF O = −  + +  +  − d − d d U u n n n D K D U u n = − =  u REF O 2 Ku — 转换比例系数 n U K 2 REF u = −

第一章绪论 8.2.3DAC的主要参数 一、转换精度 1 (一)分辨率（Resolution)分辨率= ULSB 2n-1 指D/A转换器模拟输 LSB-Least Significant Bit 出产生的最小电压变化量 FSR-Full Scale Range 与满刻度输出电压之比， 也可用输入的位数表示。 (二)转换误差 为实际输出模拟电压与理想输出模拟电压间的最 大误差。 可用占输出电压满刻度值的百分数表示或可用最 低有效位（LSB)的倍数表示。 如：2（LSB)=输入为00..01时输出模拟电压 的一半

第一章 绪 论 8.2.3 DAC 的主要参数 一、转换精度 指 D/A 转换器模拟输 出产生的最小电压变化量 与满刻度输出电压之比， 也可用输入的位数表示。 为实际输出模拟电压与理想输出模拟电压间的最 大误差。 ULSB UFSR = 1 2 n–1 分辨率= LSB —Least Significant Bit (二)转换误差 可用占输出电压满刻度值的百分数表示或可用最 低有效位（LSB）的倍数表示。 如: ½ （LSB）= 输入为 00…01 时输出模拟电压 的一半。 (一)分辨率（Resolution） FSR — Full Scale Range

第一章绪论 二、转换速度 (一)建立时间t t为在大信号工作下（输入由全0变为全1，或由 全1变为全0)，输出电压达到某一规定值所需时间。 不包含UREF和运放的单片DAC最短t,<0.1uS;包含 UREF和运放的单片DAC最短t<1.5μs。 (二)转换速率SR 用大信号工作状态下模拟电压的变化率表示 完成一次转 上升时间 换所需时间 TTR=is+tr ( 下降时间 TTR (max)=ts+Uo (max)/SR

第一章 绪 论 二、转换速度 (一)建立时间t s t s 为在大信号工作下（输入由全0 变为全 1，或由 全 1 变为全 0）, 输出 电压达到某一规定值所需时间 。 不包含 UREF 和运放的单片 DAC 最短 t s < 0.1 s；包含 UREF 和运放的单片 DAC 最短 t s < 1.5 s。 (二)转换速率SR 用大信号工作状态下模拟电压的变化率表示 TTR = t s + tr （t f） 上升时间 下降时间 完成一次转 换所需时间 TTR（max） = t s+ UO（max） / SR