數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換課件

第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換

7.1.2DAC轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

7.1.1常見的D/A轉(zhuǎn)換器7.1D/A轉(zhuǎn)換7.1.3集成D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832簡介及其應(yīng)用返回結(jié)束放映10/8/20231第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換7.1.2DAC轉(zhuǎn)換器復(fù)習(xí)555定時器的邏輯功能？555定時器為何能實(shí)現(xiàn)脈沖波形？電容在脈沖電路中扮演怎樣的角色？10/8/20232復(fù)習(xí)555定時器的邏輯功能？10/7/20232第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換

模擬量：溫度、濕度、壓力、流量、速度等。從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換（簡稱A/D轉(zhuǎn)換），實(shí)現(xiàn)模/數(shù)轉(zhuǎn)換的電路叫做A/D轉(zhuǎn)換器（簡稱ADC）；從數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換（簡稱D/A轉(zhuǎn)換），實(shí)現(xiàn)數(shù)/模轉(zhuǎn)換的電路稱為D/A轉(zhuǎn)換器（簡稱DAC）。

10/8/20233第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換模擬量：溫度、濕度、壓力第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換

典型數(shù)字控制系統(tǒng)框圖10/8/20234第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換典型數(shù)字控制系統(tǒng)框圖107.1.1常見的D/A轉(zhuǎn)換器

數(shù)/模轉(zhuǎn)換就是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與它成正比的模擬量。

返回7.1D/A轉(zhuǎn)換

數(shù)字量：(D3D2D1D0)2＝(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10(1101)2＝(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10

模擬量：uo＝K(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10uo＝K(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10(K為比例系數(shù))1.D/A轉(zhuǎn)換基本原理

10/8/202357.1.1常見的D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)/模轉(zhuǎn)換就是將數(shù)字量

n位D/A轉(zhuǎn)換器方框圖

組成D/A轉(zhuǎn)換器的基本指導(dǎo)思想：將數(shù)字量按權(quán)展開相加，即得到與數(shù)字量成正比的模擬量。D/A轉(zhuǎn)換器的種類很多,主要有：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC、權(quán)電流DAC10/8/20236n位D/A轉(zhuǎn)換器方框圖組成D/A轉(zhuǎn)換器的基本指導(dǎo)思2.二進(jìn)制電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器（1）.權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的組成及轉(zhuǎn)換原理10/8/202372.二進(jìn)制電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器（1）.權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/上圖是4位二進(jìn)制數(shù)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖。它有四大組成部份，分別是：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)（由23R、22R、21R、20R組成）；模擬電子開關(guān)（由晶體管或場效應(yīng)管組成）；基準(zhǔn)電壓（由穩(wěn)定性較高的恒壓源組成）和運(yùn)算放大器（由反相加法運(yùn)算器和反饋電阻、平衡電阻組成）。

10/8/20238上圖是4位二進(jìn)制數(shù)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖。它10/8/2023910/7/20239（2）.權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器優(yōu)缺點(diǎn)二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)是：電路簡單，使用電阻少，可適用于各種有權(quán)碼。由于是各位同時進(jìn)行轉(zhuǎn)換，因此速度較快。二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)是：各位電阻之間應(yīng)嚴(yán)格保持依次相差一半的要求；其次，網(wǎng)絡(luò)中各電阻阻值的差別太大，尤其是當(dāng)輸入數(shù)字信號位數(shù)較多時，這種差別就更加突出。例如，輸入數(shù)字信號為10位二進(jìn)制數(shù)時，網(wǎng)絡(luò)中最大的電阻阻值與最小的電阻阻值之比為512：1。若R=10K，則權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器中最小的電阻阻值為Rf=5K，最大的電阻阻值為5.12MΩ,在阻值變化范圍如此大的情況下，要嚴(yán)格保持每個電阻阻值依次相差一半的要求并保證一定的精度是十分困難的，尤其對制作集成電路更加不利。

10/8/202310（2）.權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器優(yōu)缺點(diǎn)二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D3.倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器（1）.電路組成電路由解碼網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、求和放大器和基準(zhǔn)電源組成。

倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC原理圖

基準(zhǔn)參考電壓

雙向模擬開關(guān)D＝1時接運(yùn)放D＝0時接地R－2R倒T形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)

求和集成運(yùn)算放大器

返回10/8/2023113.倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器（1）.電路組成倒（2）.工作原理

由于集成運(yùn)算放大器的電流求和點(diǎn)Σ為虛地，所以每個2R電阻的上端都相當(dāng)于接地，從網(wǎng)絡(luò)的A、B、C點(diǎn)分別向右看的對地電阻都是2R。10/8/202312（2）.工作原理由于集成運(yùn)算放大器的電流求和點(diǎn)Σ為

因此流過四個2R電阻的電流分別為I/2、I/4、I/8、I/16。電流是流入地，還是流入運(yùn)算放大器，由輸入的數(shù)字量Di通過控制電子開關(guān)Si來決定。故流入運(yùn)算放大器的總電流為：10/8/202313因此流過四個2R電阻的電流分別為I/2、I/4、I/8

由于從UREF向網(wǎng)絡(luò)看進(jìn)去的等效電阻是R，因此從UREF流出的電流為：

10/8/202314由于從UREF向網(wǎng)絡(luò)看進(jìn)去的等效電阻是R，因此從UREF

故：10/8/202315故：10/7/202315

因此輸出電壓可表示為：10/8/202316因此輸出電壓可表示為：10/7/202316

由此可見，輸出模擬電壓uO與輸入數(shù)字量D成正比，實(shí)現(xiàn)了數(shù)模轉(zhuǎn)換。

對于n位的倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC，則：10/8/202317由此可見，輸出模擬電壓uO與輸入數(shù)字量D成正比，實(shí)現(xiàn)了數(shù)

電路特點(diǎn)：（1）解碼網(wǎng)絡(luò)僅有R和2R兩種規(guī)格的電阻，這對于集成工藝是相當(dāng)有利的；

（2）這種倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)各支路的電流是直接加到運(yùn)算放大器的輸入端，它們之間不存在傳輸上的時間差，故該電路具有較高的工作速度。

因此，這種形式的DAC目前被廣泛的采用。10/8/202318電路特點(diǎn)：（2）這種倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)各支路的電流是直接7.1.2DAC的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率

分辨率是指輸出電壓的最小變化量與滿量程輸出電壓之比。輸出電壓的最小變化量就是對應(yīng)于輸入數(shù)字量最低位為1，其余各位均為0時的輸出電壓。滿量程輸出電壓就是對應(yīng)于輸入數(shù)字量全部為1時的輸出電壓。對于n位D/A轉(zhuǎn)換器，分辨率可表示為：

分辨率＝

位數(shù)越多，能夠分辨的最小輸出電壓變化量就越小，分辨率就越高。也可用位數(shù)n來表示分辨率。返回10/8/2023197.1.2DAC的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率2.精度轉(zhuǎn)換精度是指電路實(shí)際輸出的模擬電壓值和理論輸出的模擬電壓值之差。通常用最大誤差與滿量程輸出電壓之比的百分?jǐn)?shù)表示。通常要求D/A轉(zhuǎn)換器的誤差小于ULSB/2。

例如，某D/A轉(zhuǎn)換器滿量程輸出電壓為10V，如果誤差為1%，就意味著輸出電壓的最大誤差為±0.1V。百分?jǐn)?shù)越小，精度越高。轉(zhuǎn)換精度是一個綜合指標(biāo)，包括零點(diǎn)誤差、增益誤差等，它不僅與D/A轉(zhuǎn)換器中元件參數(shù)的精度有關(guān)，而且還與環(huán)境溫度、集成運(yùn)放的溫度漂移以及D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)。10/8/2023202.精度轉(zhuǎn)換精度是指電路實(shí)際輸出的模擬電壓值和理論輸出3.轉(zhuǎn)換時間

D/A轉(zhuǎn)換器從輸入數(shù)字量到轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的模擬輸出電壓所需要的時間稱為轉(zhuǎn)換速度。不同的DAC其轉(zhuǎn)換速度也是不相同的，一般約在幾微秒到幾十微秒的范圍內(nèi)。

10/8/2023213.轉(zhuǎn)換時間D/A轉(zhuǎn)換器從輸入數(shù)字量到轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定4.轉(zhuǎn)換輸出極性及范圍

D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號的極性有單極性和雙極性兩種。D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號有電流輸出和電壓輸出兩種形式。對電流輸出的D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)常需要外接運(yùn)放將電流轉(zhuǎn)換為電壓的形式輸出。

10/8/2023224.轉(zhuǎn)換輸出極性及范圍D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號的極性有常用的集成DAC有AD7520、DAC0832、DAC0808、DAC1230、MC1408、AD7524等，這里僅對AD7520作簡要介紹。

1.D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832

DAC0832是CMOS工藝，8位D/A轉(zhuǎn)換器芯片，20腳雙列直插封裝。邏輯電平輸入與TTL兼容。有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式、雙緩沖方式?？膳c單片機(jī)或微處理器直接接口，也可單獨(dú)使用。返回7.1.3集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用10/8/202323常用的集成DAC有AD7520、DAC0832、DDAC0832主要由兩個8位寄存器（輸入寄存器、DAC寄存器）和8位D/A轉(zhuǎn)換器組成。如圖所示，圖7.1.5（a）是其邏輯框圖，圖7.1.5（b）是其引腳圖。10/8/202324DAC0832主要由兩個8位寄存器（輸入寄存器、DAC寄10/8/20232510/7/2023252.DAC0832的應(yīng)用DAC0832的應(yīng)用有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式、雙緩沖方式。

（1）.直通方式圖7.1.6

直通方式連接圖7.1.6為直通方式的連接方法。ILE接高電平，、、接地。若系統(tǒng)中只有一個0832，可將直接接地；若系統(tǒng)中有幾個0832，可用控制線或地址線與相連，需要哪個0832輸出時，就使其有效，輸入數(shù)據(jù)直接通入D/A轉(zhuǎn)換級轉(zhuǎn)換并輸出。輸入寄存器DAC寄存器工作于不鎖存狀態(tài)。此方式適用于輸入數(shù)字量變化速度比較緩慢的場合。⑵單緩沖方式

10/8/2023262.DAC0832的應(yīng)用DAC0832的應(yīng)用有（2）.單緩沖方式當(dāng)輸入數(shù)據(jù)變化速度較快或系統(tǒng)中有多個設(shè)備共用數(shù)據(jù)線時，為保證D/A轉(zhuǎn)換器正常工作，需要對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存，單緩沖方