数字电子技术9D-A与A-D转换.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,PPT,文档演模板,Office,PPT,08 十一月 2026,数字电子技术9D-A与A-D转换,9.1,概述,随着计算机技术的发展，数字控制、数字测量，已被广泛应用。,然而日常处理的物理量如温度、压力、流量、速度等大都是连续变化的模拟量，传感后的电信号也是模拟量，要用计算机控制，必须先转为数字量，经过数字处理后再变为模拟信号应用到模拟系统,9.1,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,。,典型数字控制系统框图,式中，K,u,为比例系数（转换系数）,9.2 D/A转换电路,9.2.1 D/A转换的基本原理,一个n位二进制数可表示为：D=d,n-1,d,n-2,.d,1,d,0,，其最高位到,最低位的权依次为：2,n-1,2,n-2,.2,1,2,0,，输出模拟量与数字量的关,系为：,000,001,010,011,100,101,110,111,1,2,3,4,5,6,7,如图，是输入为3位二进,制数时的D/A转换器的转换,特性。图中二进制代码111,对应的输出电压U,0MAX,，假,如令U,0MAX,=,7v,3位二进制,数D/A转换器有8个输出模,拟电压，即从07V。,当最大输出电压确定,后，输入数字量的位数越,多，输出模拟量的阶梯间隔,越小，表示转换器的分辨率,越高。,2、D/A转换的电路结构,数码,寄存器,n位模拟电子开关,解码,网络,求和电路,基准电压,n位数字量输入,模拟量,输出,D/A转换的种类,权电阻,网络,D/A,转换器,权电容,网络,D/A,转换器,T型电阻,网络,D/A,转换器,倒T型电阻,网络,D/A,转换器,权电流型,D/A,转换器,9.2.2 权电阻网络D/A 转换器,2,n-1,R,I,0,2,n-2,R,2,n-3,R,2,0,R,-,U,R,数 据 寄 存 器,d,0,d,1,d,2,d,n-1,-,+,I,n-1,U,0,R,F,I,若n=4,9.2.2 权电阻网络D/A 转换器,设：,上式表明,输出,模拟,电压与输入数字量成正比,即完成数模转换。,如果输入,n,位二进制，则,权电阻网络D/A 转换器的优点：简单直观。,主要缺点：电阻电阻品种多且范围太宽。例：8位转换器,需8个电阻，从R到8R递增变化，在如此宽的范围内保证每个,电阻的精度是十分困难的。所以该转换器精度难以保证。,模拟开关，受,D,i,控制。,D,i,=1时，模拟开关左拨,D,i,=0时，模拟开关右拨。,数 据 寄 存 器,R,F,9.2.3 T型电阻网络D/A 转换器,2,R,2,R,2,R,2,R,+,U,R,d,0,d,1,d,2,d,n-1,-,+,U,0,2,R,0,1,R,R,R,2R,求和放大器,最高位,MSB,最低位LSB,当d,3,d,2,d,1,d,0,=0001时，,R,F,2,R,2,R,2,R,2,R,+,U,R,-,+,u,0,2,R,0,1,R,R,R,2R,d,0,d,1,d,2,d,3,a,a,Req,0,U,oc,R,eq,=R,2,R,2,R,2,R,2,R,R,R,R,a,0,U,R,2,R,2,R,2,R,2,R,R,R,R,a,0,U,R,1,2,R,2,R,2,R,2,R,R,R,a,0,U,R,1,2 R,0,2,2,2,R,2,R,2,R,2,R,R,R,R,a,0,U,R,2,2 R,0,2 R,2 R,2 R,2,R,2,R,2,R,2,R,R,R,R,a,0,U,R,2 R,2,R,2,R,2,R,2,R,R,R,R,a,0,U,R,2 R,2,2 R,0,2 R,3,3,2 R,0,a,R,0,R,eq,=R,同理：当d,3,d,2,d,1,d,0,=0010时，,R,eq,=R,同理：当d,3,d,2,d,1,d,0,=0100时，,R,eq,=R,同理：当d,3,d,2,d,1,d,0,=1000时，,R,eq,=R,应用叠加定理将电压分量叠加得：,R,F,2,R,2,R,2,R,2,R,+,U,R,-,+,u,0,2,R,0,1,R,R,R,2R,d,0,d,1,d,2,d,3,a,R,当R,F,=3R时，,如果输入,n,位二进制数，则,当d,3,d,2,d,1,d,0,=1101时，,T型电阻网络需要较多电阻，但电阻只有两种R和2R，较容,易保证电阻的精度。有利于提高转换精度，降低成本。,P.262 倒数第3行式子错,P.264 图9-7中A点应改为a,U,0,应改为u,0,P.272 图9-14中 xx/14应改为xx/,15,P.269 第5行在时间上是（离散）,连续,的,9.2.6 D/A 转换器的主要参数,1.转换精度,1）分辨率：用于表征,D/A 转换器对外输入微小量变化的敏感程度。,其定义为,D/A 转换器模拟量输出电压可能被分离的等级数,输入数字位数越多，输出电压 被分离的等级越多，即分辨率越高。,分辨率,如，,10位转换器的分辨率：,若已知分辨率及满刻度输出电压U,0max,=10V,求n,1,=10,n,2,=11时，,D/A 转换器最小输出电压U,LSB,。,2.转换误差,引起转换误差的因素：各元件参数的误差，,基准电压不稳，运放的零点漂移等。,1、比例系数误差,2、失调误差,3、非线性误差,3.转换速度,1、建立时间,2.转换速率,9.3 A/D 转换器,9.3.1 A/D 转换器的一般步骤和分类,由于模拟量时间和（或）数值上是,连续的,，而数字量在,时间和数值上都是离散的，所以转换时要在时间上对模拟,信号离散化（采样），还要在数值上离散化（量化），一,般步骤为：,采样,保持,量化,编码,1、采样和保持,采样和保持的任务是当输入信号变化较快时，要求输出,信号能快速而准确地跟随,输入信号的变化进行间隔采样，,在两次采样之间保持上一次采样结束时的状态。,模拟开关,采样控制信号,保持电容,采样输出波形,采样保持电路,（1）采样定理,模拟信号,采样信号,设采样信号S(t)的频率,f,S,，输入模拟信号,u,i,的最高频率,分量的频率,f,max,，则，,f,S,必须大于等于输入模拟信号包含,的最高频率,f,max,的两倍，即：,工程上一般取,2、量化及编码,量化：,将采样电压转化为数字量最小数量单位的整数倍的过程。,用,表示,编码：,将量化结果用代码表示出来。,量化误差：,由于模拟量不一定能被,整除。AD转换器的位数越多,量化误差越小.,是量化过程中所取的最小数量单位称为量化单位,它是最低位为1时所对应的模拟量,即1LSB,例如：,要将0,1V的模拟电压转换为三位二进制代码。,方法1，去尾法（只舍不入）：,1/8 V，,0 1/8 V 的电压以0 表示，则：,模拟电压,二进制编码,代表的模拟电压电平,可见量化误差最大达,=,1/8 V。,方法2，四舍五入法：,取,2/15 V，0 1/15 V 的电压以0 表示，则,模拟电压,二进制编码,代表的模拟电压电平,可见量化误差最大达,/2=,1/15 V。,15,15,15,15,15,15,15,编,码,器,1.电路结构,9.3.2,并行比较型,A/D转换器,输入模拟电压0U,R,输出3位数字量,将U,R,分成8等份,输出3位数字量,当0U,i,U,R,/15,U,i,C,7,C,1,输出全0,Q,7,Q,1,也全0,D,2,D,1,D,0,=000,15,15,15,15,15,15,15,15,15,15,15,15,15,15,9.3.6 A/D转换器的主要技术指标,1.转换精度,A/D 转换器的分辨率是指输出数字量变化一个最低,有效位LSB所对应的输入模拟电压的变化量.,例如，输入模拟电压为010V,输出,10位数码,则分辨率：,1)分辨率：,例9-3 某信号采集系统要求用一片A/D转换芯片在1秒内将16个热电偶的输出电压分时进行A/D转换。已知热电偶输出电压范围为00.025V（对应0450），需要分辨的 温度为0.1，试问应选择多少位的A/D转换器？其转换时间？,解：将450分成4500份，,应采用13位的A/D转换器,其转换时间,