湖南计算机高等专科学校：《数字电子技术》课程教学资源（PPT课件）第5章 数模和模数转换

第5章数模和模数转换 学习要点 数模和模数转换的基本原理

第5章 数模和模数转换 学习要点： • 数模和模数转换的基本原理

第章数模和模数转换 5.1概述 52D/A转换器 53A/D转换器 退出

第5章 数模和模数转换 5.1 概述 5.2 D/A转换器 5.3 A/D转换器 退出

5.1概述 能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器,简称 A转换器或ADC;能将数字量转换为模拟量的电路称为 数模转传换器,简称D)A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通 模拟电路和数字电路的桥梁,也可称之为两者之间的接口。 多/DAC略一边率放大→执行机构入加热炉 名 关「一功率放大_>执行机构}丬加热炉 制 计 多k[信号放大<温度传感器 机 ADC 路 开 关K{信号放大 温度传感器

5.1 概述 能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称 A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为 数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通 模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。 多 路 开 关 数 字 控 制 计 算 机 DAC ADC 功率放大 … 功率放大 执行机构 … 执行机构 加热炉 … 加热炉 温度传感器 … 温度传感器 信号放大 … 信号放大 多 路 开 关

5.2D转换器 52.1DA转换器的基本原理 522D/A转换器的构成 523集成DA转换器及其应用 退出

5.2 D/A转换器 5.2.1 D/A转换器的基本原理 5.2.2 D/A转换器的构成 5.2.3 集成D/A转换器及其应用 退出

521D/A转换器的基本原理 1.DA转换器的基本原理和转换特性 基将输入的每一位二进制代码按其权的大小转 本换成相应的模拟量,然后将代表各位的模拟 原量相加,所得的总模拟量就与数字量成正比, 理这样便实现了从数字量到模拟量的转换。 l或 输入 DIA 输出 K(an-1:2”+an2 2 2n-2+ +d121+dln20

5.2.1 D/A转换器的基本原理 1．D/A转换器的基本原理和转换特性 将输入的每一位二进制代码按其权的大小转 换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟 量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比， 这样便实现了从数字量到模拟量的转换。 基 本 原 理 uo 或 i o 输出 D/A d0 d1 dn－1 输入 … ( 2 2 2 2 ) 0 0 1 1 2 2 1 o 1 =  +  + +  +  − − − u K d − d d d n n n u n 

uo(V 转换特性 765432 00000101001l10010111011l D/A转换器的转换特性,是指其输出模拟量和输入数字量之 间的转换关系。图示是输入为3位二进制数时的DA转换器的 转换特性。理想的DA转换器的转换特性,应是输岀模拟量 与输入数字量成正比。即:输出模拟电压=KⅩD或输出模 拟电流i=K;XD。其中K,或K为电压或电流转换比例系数,D 为输入二进制数所代表的十进制数。如果输入为n位二进制 数 d.d2…d4do,则输出模拟电压为 K,(an12n1+dn22n-2+…+d12+dn2°)

7 6 5 4 3 2 1 0 000 001 010 011 100 101 110 111 uo (V) D 转 换 特 性 D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字量之 间的转换关系。图示是输入为3位二进制数时的D/A转换器的 转换特性。理想的D/A转换器的转换特性，应是输出模拟量 与输入数字量成正比。即：输出模拟电压 uo =Ku×D或输出模 拟电流io =Ki×D。其中Ku或Ki为电压或电流转换比例系数，D 为输入二进制数所代表的十进制数。如果输入为n位二进制 数dn-1dn-2…d1d0，则输出模拟电压为： ( 2 2 2 2 ) 0 0 1 1 2 2 1 o 1 =  +  + +  +  − − − u K d − d d d n n n u n 

2.D/A转换器的主要技术指标 (1)分辨率 分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的 D/A转换器中,输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状 态,能给出2个不同等级的输出模拟电压。 分辨率也可以用DA转换器的最小输出电压与最大输出电压 的比值来表示。10位DA转换器的分辨率为: ≈0.001 210-11023 (2)转换精度 DA转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值 之差,即最大静态转换误差。 (3)输出建立时间 从输入数字信号起,到输出电压或电流到达稳定值时所需要 的时间,称为输出建立时间

2．D/A转换器的主要技术指标 （1）分辨率 分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的 D/A转换器中，输出电压能区分2 n个不同的输入二进制代码状 态，能给出2 n个不同等级的输出模拟电压。 分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压 的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为： （2）转换精度 D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值 之差，即最大静态转换误差。 （3）输出建立时间 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要 的时间，称为输出建立时间。 0.001 1023 1 2 1 1 10 =  −

522DA转换器的构成 1.二进制权电阻网络DA转换器 REF REF R 2R AR/Y1 8R 不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端(虚地)还是接到地, 也就是不论输入数字信号是1还是0,各支路的电流不变的。 REF REF REF REF 8R 4R 2R R

5.2.2 D/A转换器的构成 1．二进制权电阻网络 D/A转换器 R 2R 4R 8R RF I 1 I I 3 I 2 0 I REF i F i S3 S2 S1 S0 d3 d2 d1 d0 +VREF uo － + R V I R V I R V I R V I REF REF REF REF 0 = 1 = 2 = 3 = 2 4 8 不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地， 也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变的

REF REF 设RF=R2 R 2R 4R 8R RE d do i=10do+1a1+12d2+l3dl3 REF d+-d1+-d2+ REF 8R 4R 2R R =n5(432+a222+d12+an20 R R FF i=--A(d323+d22+a12+do2) 2 2

R 2R 4R 8R RF I 1 I I 3 I 2 0 I REF i F i S3 S2 S1 S0 d3 d2 d1 d0 +VREF uo － + ( 2 2 2 2 ) 2 8 4 2 0 0 1 1 2 2 3 3 3 0 1 2 3 0 0 1 1 2 2 3 3 =  +  +  +  = + + + = + + + d d d d R V d R V d R V d R V d R V i I d I d I d I d REF REF REF REF REF ( 2 2 2 2 ) 2 2 0 0 1 1 2 2 3 o 4 3 = − = −  = − d  + d  + d  + d  V i R u R i REF F F 设RF=R/2

2.倒T型电阻网络DA转换器 D Ef I R +VREF 12 2R 2R R 2R R d ①分别从虚线A、B、C、D处向右看的二端网络等效电阻都是R ②不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端(虚地)还是接 到地,也就是不论输入数字信号是1还是0,各支路的电流不变。 从参考电压端输入的电流为:1REF=R REF

2．倒 T 型电阻网络 D/A转换器 R R R 2R 2R 2R 2R 2R RF I 1 I'1 I' I'3 2 I'0 I I 3 I 2 0 I REF i F i S3 S2 S1 S0 d3 d2 d1 d0 +VREF uo － + A B C D ①分别从虚线A、B、C、D处向右看的二端网络等效电阻都是R。 ②不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接 到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变。 从参考电压端输入的电流为： R V I REF REF =