石河子大学：《数字电子技术》课程教学资源（PPT课件）第九章 数模与模数转换器

数字电子枚术Digital Electronic Technoloy 第九章数模与模数转换器 名何子大学《数字电子枝木》保程组 电 活：0993-2057237 电子邮箱：rl mac@shu.edu.cn 机电学院电气工程系 上一页下一页回目绿 退出

机电学院电气工程系 上一页 下一页 回目录 退出 第九章 数模与模数转换器 数字电子技术Digital Electronics Technology 石河子大学《数字电子技术》课程组 电 话：0993-2057237 电子邮箱：rl_mac@shzu.edu.cn

9.1概述 9.2D/A转换器 9.3AD转换器 机电学院电气工程系 上一页下一页 回目录 退出

机电学院电气工程系 上一页 下一页 回目录 退出 9.3 A/D转换器 9.1 概述 9.2 D/A转换器

9.1概述 举例：用计算机来监视或控制一个大容器中水的温度。 数字 数字 模拟 模拟 电压量 电压 水温 温度传感器 ADC 计算机 DAC 电控阀门 一控制水温 步骤： 1.温度传感器。将水温转变成与水温成线性比例的电量。 2.模/数转换器(ADC)。将温度传感器输出的模拟电压信号转换为与模拟 电压量成正比的数字信号。 3.计算机。对数字量进行处理，得到用于控制温度的输出数据。 4.数模转换器(DAC)。将计算机输出的数字量转换为与其成正比的模拟 量。 5、电控阀门（调节器）。用来调节水温。 机电学院电气工程系 上一页下一页回目绿 退出

机电学院电气工程系 上一页 下一页 回目录 退出 举例：用计算机来监视或控制一个大容器中水的温度。 步骤: 1.温度传感器。将水温转变成与水温成线性比例的电量。 2.模/数转换器（ADC）。将温度传感器输出的模拟电压信号转换为与模拟 电压量成正比的数字信号。 3.计算机。对数字量进行处理，得到用于控制温度的输出数据。 4.数/模转换器（DAC）。将计算机输出的数字量转换为与其成正比的模拟 量。 5、电控阀门（调节器）。用来调节水温。 9.1 概述 温度传感器 ADC . . 水温 计算机 DAC 电控阀门 控制水温 模拟 电压量 数字量 数字量 模拟 电压量

9.2D/A转换器 一、 D/A转换器的基本原理 D/A转换器的功能：将数字量转换成与之成正比的输出 电压或输出电流。 REF 输出 UoN◆（模拟电压量） 满度值 Do 6 输入D1 D/A转换器 输出 D2 3位二进制数D/A转换器 0 输入 000001010 011 100101110111 000 (数字量) 机电学院电气工程系 上一页 下一页 回目录 退出

机电学院电气工程系 上一页 下一页 回目录 退出 9.2 D/A转换器 一、 D/A转换器的基本原理 D/A转换器的功能：将数字量转换成与之成正比的输出 电压或输出电流。 D/A转换器 0 D 1 D 2 输入 D o 输出 U U REF 3位二进制数D/A转换器 0 1 2 3 4 5 6 7 001 010 011 100 101 110 111 o/V 000 000 满度值 输入 （数字量） 输出 U （模拟电压量）

9.2 D/A转换器 UREF 3位D/A转换器的真值表 输入（数字量） 输出（电压量） D3 D2 D1 Uo 输入D1 D/A转换器 000 Ov 输出 001 1V D2 010 2V 011 3V 3位二进制数D/A转换器 100 4V 101 5V 110 6V 111 7V 转换愿理：对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟 量，然后相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量。 数字量： 11 11 2322 21 20 模拟量： 8v 4v 2v 1v 机电学院电气工程系 上一页下一页回目录 退出

机电学院电气工程系 上一页 下一页 回目录 退出 转换原理：对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟 量，然后相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量。 2 3 2 2 2 1 2 0 模拟量： 8v 4v 2v 1v 数字量： 1 1 1 1 3位D/A转换器的真值表 输入（数字量） 输出（电压量） D3 D2 D1 UO 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0V 1V 2V 3V 4V 5V 6V 7V D/A转换器 0 D 1 D 2 输入 D o 输出 U U REF 3位二进制数D/A转换器 9.2 D/A转换器

9.2 D/A转换器 二、R/2R倒T形电阻网络DA转换器 图中S。~S3为模拟开关，由输入数码D控制， 当D=1时，S接运算放大器反相输入端（虚地)，电流流入求和电路； 当D=O时，S将电阻2R接地。 所以，无论S处于何种位置，与S相连的2R电阻均接“地”（地或虚地)。 (LSB) (MSB) D1 03 +UREF 机电学院电气工程系 上一页下一页 回目录 退出

机电学院电气工程系 上一页 下一页 回目录 退出 所以，无论Si处于何种位置，与Si相连的2R电阻均接“地”（地或虚地）。 图中S0～S3为模拟开关，由输入数码Di控制， 当Di=1时，Si接运算放大器反相输入端（虚地），电流Ii流入求和电路； 当Di=0时，Si将电阻2R接地。 二、 R/2R倒T形电阻网络D/A转换器 D D D D (LSB) (MSB) S S S S 0 0 1 1 2 2 3 3 iΣ 2R 2R +U 2R R R REF 2R 2R R o ∞ f U + + R － A 9.2 D/A转换器

9.2D/A转换器 总等效电阻：R等效R 基准电流：=UREF/R 等效电路： 2份 +U REF 8 R等效 机电学院电气工程系 上一页下一页 回目录 退出

机电学院电气工程系 上一页 下一页 回目录 退出 等效电路： R 2R 2R R R 2R 2R 2R REF +U R等效 总等效电阻：R等效=R I 基准电流：I=UREF/R 2 I I 2 I 4 I 4 I 8 I 8 16 I 16 I 9.2 D/A转换器

9.2 D/A转换器 流入运放的总电流： I I。I 2=D3+D+。D+ =( 2 4 D。 8 16 ++号+ =0g(D,2+D,2+D,2+D,2") 24R V题2(D,·2) 24R01 (LSB) (MSB) 00 01 03 FUREF/R +U REF 16 机电学院电气工程系 上一页 下一页 回目录 退出

机电学院电气工程系 上一页 下一页 回目录 退出 I=UREF/R 流入运放的总电流： 3 2 1 0 2 4 8 1 6 D I D I D I D I i  = + + + ( 2 ) 2 3 0 4 i i i REF D R U =   = ) 2 2 2 2 ( 4 0 3 1 2 2 1 D3 D D D R UREF = + + + ( 2 2 2 2 ) 2 0 0 1 1 2 2 3 4 D3 D D D R UREF = + + + D D D D (LSB) (MSB) S S S S 0 0 1 1 2 2 3 3 i Σ 16 8 2R 2R +U 2R R I 4 R 4 I REF I 8 I I 2R 2R I R I I I 16 2 2 o ∞ f U + + R － A 9.2 D/A转换器

9.2D/A转换器 总电流：2= 24R ∑(D2) i=0 输出电压： R.U旺2(D2) uo=-izR1=-R2 将输入数字量扩展到位，则有： w=冬学 R 2 其中： Rf UREE 可简写为：uo=一KWB (LSB) (MSB) D3 REF 达机电学院电气工程深 上一页下一页回目绿 退出

机电学院电气工程系 上一页 下一页 回目录 退出 将输入数字量扩展到n位，则有： 可简写为：uO=－KNB 输出电压： Rf u i O = −  ( 2 ) 2 3 0 4 i i i f REF D U R R = −    = [ ( 2 )] 2 1 0 O i n i n i f REF D U R R u = −    − = n f UREF R R K 2 其中： =  总电流： ( 2 ) 2 3 0 4 i i i REF D R V i =   =  D D D D (LSB) (MSB) S S S S 0 0 1 1 2 2 3 3 i Σ 16 8 2R 2R +U 2R R I 4 R 4 I REF I 8 I I 2R 2R I R I I I 16 2 2 o ∞ f U + + R － A 9.2 D/A转换器

9.2D/A转换器 三、权电流型D/A转换器 为进一步提高D/A转换器的转换精度，可采用权电流型D/A转换器。 (LSB) (MSB) Do D D3 -UREF =风，=风，+++名 D) 16 R,0,2+02+D2+D-2=R含D-2 机电学院电气工程系 上一页 下一页 回目录 退出

机电学院电气工程系 上一页 下一页 回目录 退出 为进一步提高D/A转换器的转换精度，可采用权电流型D/A转换器。 三、 权电流型D/A转换器 D D D (LSB) (MSB) S S S S 0 0 1 1 2 2 3 3 R u o i ∑ I 2 4 I 8 I 16 I U REF D - A + ∞ + f ) 2 4 8 1 6 ( O 3 2 1 D0 I D I D I D I U = i  Rf = Rf + + + ( 2 2 2 2 ) 2 0 0 1 1 2 2 3 4 3 =  R D  + D  + D  + D  I f i i Rf Di I 2 2 3 0 4 =    = 9.2 D/A转换器