數(shù)字電路教案1（11.1－11.2）

11.1概述11.2D/A轉(zhuǎn)換器（DAC）11.3A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）學(xué)習(xí)要點(diǎn)：掌握數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換的有關(guān)概念；掌握幾種典型數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的電路結(jié)構(gòu)及工作原理;

掌握數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)。第十一章數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換（兩次課）傳感器放大器A/D轉(zhuǎn)換微型計(jì)算機(jī)控制對(duì)象D/A轉(zhuǎn)換溫度時(shí)間！精度！速度電加熱爐熱電偶執(zhí)行機(jī)構(gòu)11.1概述11.1概述一、數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)換的定義將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC；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(jiǎn)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。二、性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度是衡量ADC和DAC轉(zhuǎn)換性能的主要指標(biāo)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(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。一、DAC的轉(zhuǎn)換原理11.2D/A轉(zhuǎn)換器一、DAC的轉(zhuǎn)換原理二、DAC方框圖及分類三、典型DAC電路的結(jié)構(gòu)及工作原理四、DAC的主要性能指標(biāo)二、n位DAC方框圖及分類1、方框圖:鎖存器n位模擬開(kāi)關(guān)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)求和電路模擬量輸出n位數(shù)字輸入工作過(guò)程:①數(shù)字量以串行或并行方式輸入并存入鎖存器中；②鎖存器輸出的每位數(shù)碼驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)數(shù)位上的電子開(kāi)關(guān),并通過(guò)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)獲得相應(yīng)數(shù)位權(quán)值；③將各位權(quán)值送入求和電路相加,即得到與數(shù)字量呈正比的模擬量。

多為運(yùn)放構(gòu)成的比例求和電路

數(shù)碼寄存器2、DAC的類型⒈權(quán)電阻型DAC；⒉梯形（T型）電阻網(wǎng)絡(luò)DAC；★⒊倒梯形（T型）電阻網(wǎng)絡(luò)DAC；★⒋權(quán)電流型DAC；⒌具有雙極性輸出的DAC。按電阻解碼網(wǎng)絡(luò)的不同，常見(jiàn)的DAC主要有如下類型：按模擬電子開(kāi)關(guān)電路的不同，常見(jiàn)的DAC主要有如下類型：⒈CMOS開(kāi)關(guān)型；⒉雙極型開(kāi)關(guān)型；

速度較慢

速度較快三、典型DAC電路的結(jié)構(gòu)及工作原理1、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC輸入數(shù)字量電流值=？如何求iΣ？計(jì)算倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)支路電流的等效電路②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。①不論模擬開(kāi)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(hào)是1還是0，各支路的電流不變。RRRR2、權(quán)電流型DAC（克服模擬開(kāi)關(guān)引起的誤差）v0正比于輸入數(shù)字量3、具有雙極性輸出的DAC（自學(xué)了解）當(dāng)輸入數(shù)字量有±極性時(shí)，希望輸出的模擬電壓也對(duì)應(yīng)為±。（1）原理例：輸入為3位二進(jìn)制補(bǔ)碼。最高位為符號(hào)位，正數(shù)為0，負(fù)數(shù)為1補(bǔ)碼輸入對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制要求的輸出D2D1D0011+3+3V010+2+2V001+1+1V00000V111-1-1V110-2-2V101-3-3V100-4-4V絕對(duì)值輸入對(duì)應(yīng)的輸出偏移后的輸出D2D1D0111+7V+3V110+6V+2V101+5V+1V100+4V0V011+3V-1V010+2V-2V001+1V-3V0000V-4V補(bǔ)碼輸入對(duì)應(yīng)的十進(jìn)制要求的輸出D2D1D0011+3+3V010+2+2V001+1+1V00000V111-1-1V110-2-2V101-3-3V100-4-4V*將符號(hào)位反相后接至高位輸入

*將輸出偏移使輸入為100時(shí)，輸出為01(2)、電路實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)雙極性輸出的方法：*將符號(hào)位反相后接至高位輸入

*加輸出偏移電流使輸入為10…0時(shí)，輸出為0四、DAC的主要性能指標(biāo)（轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換速度)（1）分辨率①用輸入二進(jìn)制數(shù)的有效位數(shù)表示。（例：分辨率為n位的D/A轉(zhuǎn)換器，輸出電壓能區(qū)分從00…0到11…1全部2n個(gè)不同的輸入二進(jìn)制代碼狀態(tài)，能給出2n個(gè)不同等級(jí)的輸出模擬電壓。)1、轉(zhuǎn)換精度分辨率：轉(zhuǎn)換誤差：表示DAC對(duì)輸入微小量變化的敏感程度表示實(shí)際的D/A轉(zhuǎn)換特性和理想的轉(zhuǎn)換特性之間的最大偏差②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(lái)表示。例:10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為：

LSB=1，其余位全為0

各位均為1（2）轉(zhuǎn)換誤差：有各種因素引起：VREF波動(dòng)——比例系數(shù)誤差Δvo1；運(yùn)放零點(diǎn)漂移——漂移誤差Δvo2；模擬開(kāi)關(guān)導(dǎo)通內(nèi)阻和導(dǎo)通壓降不為０——非線形誤差Δvo3；電阻、三極管等不對(duì)稱——非線形誤差Δvo4；|Δvo|

=|Δvo1|+|Δvo2|

+|Δvo3|+|Δvo4|①用最低有效位的倍數(shù)表示；（例：1LSB，指輸出模擬電壓與理想值之間的絕對(duì)誤差小于等于當(dāng)輸入為00…1時(shí)的輸出電壓）②用輸出電壓滿刻度FSR的百分?jǐn)?shù)表示。為了獲得高精度的D/A轉(zhuǎn)換器,單純依靠選用高分辨率的DAC器件是不夠的，還必須有高穩(wěn)定度的的參考電壓VREF和低漂移的運(yùn)算放大器與之配合使用，才能獲得較高的轉(zhuǎn)換精度。指輸出模擬電壓的實(shí)際值與理想值之差。2、轉(zhuǎn)換速度：用輸出建立時(shí)間tset表示