第16章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換講課教案課件

第16章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換學(xué)習(xí)要點數(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16章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換學(xué)習(xí)要點1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16.2D/A轉(zhuǎn)換器16.3A/D轉(zhuǎn)換器第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2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316.2D/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數(shù)字量成正比，這樣便實現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。基本原理16.2D/A轉(zhuǎn)換器將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的大4第16章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換講課教案課件5設(shè)RF=R/2設(shè)RF=R/262、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器①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。②不論模擬開關(guān)接到運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：2、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器①分別從虛線A、B、C、D處向左7各支路電流IR為：各支路電流IR為：8第16章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換講課教案課件9（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。（1）分辨率1016.3A/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100…0。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ui＞uo，說明數(shù)字過大了，故將最高位的1清除；若ui＜uo，說明數(shù)字還不夠大，應(yīng)將這一位保留。然后，再按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16.3A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換開始前先將所有寄存器清零。開始113位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器3位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器12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ui＜uo時，比較器輸出uc=1；當(dāng)ui≥uo時，uc=0。第二個CP到來后，環(huán)形計數(shù)器右移一位，變成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。工作原理轉(zhuǎn)換開始前，先使Q1=Q2=Q3=Q4=0，Q5=1，第13（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0～5V，輸出8位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V×2－8＝20mV；而輸出12位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V×2－12≈1.22mV。（2）相對精度在理想情況下，所有的轉(zhuǎn)換點應(yīng)當(dāng)在一條直線上。相對精度是指實際的各個轉(zhuǎn)換點偏離理想特性的誤差。（3）轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度是指完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間。轉(zhuǎn)換時間是指從接到轉(zhuǎn)換控制信號開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出信號所經(jīng)過的這段時間。（1）分辨率14第16章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換學(xué)習(xí)要點數(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16章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換學(xué)習(xí)要點15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16.2D/A轉(zhuǎn)換器16.3A/D轉(zhuǎn)換器第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16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1716.2D/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數(shù)字量成正比，這樣便實現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。基本原理16.2D/A轉(zhuǎn)換器將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的大18第16章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換講課教案課件19設(shè)RF=R/2設(shè)RF=R/2202、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器①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。②不論模擬開關(guān)接到運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：2、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器①分別從虛線A、B、C、D處向左21各支路電流IR為：各支路電流IR為：22第16章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換講課教案課件23（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。（1）分辨率2416.3A/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100…0。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ui＞uo，說明數(shù)字過大了，故將最高位的1清除；若ui＜uo，說明數(shù)字還不夠大，應(yīng)將這一位保留。然后，再按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16.3A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換開始前先將所有寄存器清零。開始253位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器3位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器26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ui＜uo時，比較器輸出uc=1；當(dāng)ui≥uo時，uc=0。第二個CP到來后，環(huán)形計數(shù)器右移一位，變成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。工作原理轉(zhuǎn)換開始前，先使Q1=Q2=Q3=Q4=0，Q5=1，第27（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