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1、第16章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換學(xué)習(xí)要點(diǎn)數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器的組成數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理第1頁,共14頁。第16章 數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換器16.1 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念16.2 D/A轉(zhuǎn)換器16.3 A/D轉(zhuǎn)換器第2頁,共14頁。能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器,簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC;能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器,簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。ADC和DAC是溝通模擬電路和數(shù)字電路的橋梁,也可稱之為兩者之間的接口。16.1 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換的概念第3頁,共14頁。16.2 D/A轉(zhuǎn)換器將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量,然后將代表各位的模擬量相加,所得的總模擬量就與
2、數(shù)字量成正比,這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換?;驹淼?頁,共14頁。第5頁,共14頁。設(shè)RF=R/2第6頁,共14頁。2、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器分別從虛線A、B、C、D處向左看的二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻都是R。不論模擬開關(guān)接到運(yùn)算放大器的反相輸入端(虛地)還是接到地,也就是不論輸入數(shù)字信號是1還是0,各支路的電流不變。從參考電壓UR處輸入的電流IR為:第7頁,共14頁。各支路電流IR為:第8頁,共14頁。第9頁,共14頁。(1)分辨率分辨率用輸入二進(jìn)制數(shù)的有效位數(shù)表示。在分辨率為n位的D/A轉(zhuǎn)換器中,輸出電壓能區(qū)分2n個不同的輸入二進(jìn)制代碼狀態(tài),能給出2n個不同等級的輸出模擬電壓。分辨率也可
3、以用D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓的比值來表示。10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為:(2)轉(zhuǎn)換精度D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是指輸出模擬電壓的實(shí)際值與理想值之差,即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。(3)輸出建立時間從輸入數(shù)字信號起,到輸出電壓或電流到達(dá)穩(wěn)定值時所需要的時間,稱為輸出建立時間。第10頁,共14頁。16.3 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換開始前先將所有寄存器清零。開始轉(zhuǎn)換以后,時鐘脈沖首先將寄存器最高位置成1,使輸出數(shù)字為1000。這個數(shù)碼被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓uo,送到比較器中與ui進(jìn)行比較。若uiuo,說明數(shù)字過大了,故將最高位的1清除;若uiuo,說明數(shù)字還不夠大,應(yīng)將這一位保留。然后,再按
4、同樣的方式將次高位置成1,并且經(jīng)過比較以后確定這個1是否應(yīng)該保留。這樣逐位比較下去,一直到最低位為止。比較完畢后,寄存器中的狀態(tài)就是所要求的數(shù)字量輸出。原理框圖基本原理第11頁,共14頁。3位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器第12頁,共14頁。轉(zhuǎn)換開始前,先使Q1=Q2=Q3=Q4=0,Q5=1,第一個CP到來后,Q1=1,Q2=Q3=Q4=Q5=0,于是FA被置1,F(xiàn)B和FC被置0。這時加到D/A轉(zhuǎn)換器輸入端的代碼為100,并在D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端得到相應(yīng)的模擬電壓輸出uo。uo和ui在比較器中比較,當(dāng)若uiuo時,比較器輸出uc=1;當(dāng)uiuo時,uc=0。第二個CP到來后,環(huán)形計(jì)數(shù)器右移一位,變成
5、Q2=1,Q1=Q3=Q4=Q5=0,這時門G1打開,若原來uc=1,則FA被置0,若原來uc=0,則FA的1狀態(tài)保留。與此同時,Q2的高電平將FB置1。第三個CP到來后,環(huán)形計(jì)數(shù)器又右移一位,一方面將FC置1,同時將門G2打開,并根據(jù)比較器的輸出決定FB的1狀態(tài)是否應(yīng)該保留。第四個CP到來后,環(huán)形計(jì)數(shù)器Q4=1,Q1=Q2=Q3=Q5=0,門G3打開,根據(jù)比較器的輸出決定FC的1狀態(tài)是否應(yīng)該保留。第五個CP到來后,環(huán)形計(jì)數(shù)器Q5=1,Q1=Q2=Q3=Q4=0,F(xiàn)A、FB、FC的狀態(tài)作為轉(zhuǎn)換結(jié)果,通過門G6、G7、G8送出。工作原理第13頁,共14頁。(1)分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示,位數(shù)越多,誤差越小,轉(zhuǎn)換精度越高。例如,輸入模擬電壓的變化范圍為05V,輸出8位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V2820mV;而輸出12位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V2121.22mV。(2)相對精度在理想情況下,所有的轉(zhuǎn)換點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在一條直線上。相對精度是指實(shí)際的各個轉(zhuǎn)換點(diǎn)偏
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