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1、,第7章 数/模和模/数转换器,本章教学基本要求,要知道：采样、保持、量化、编码等概念；D/A、A/D转换器的基本原理。 会使用：集成D/A、A/D转换器。 要熟悉：主要D/A、A/D转换器的结构及特点。,7.1 概述,从模拟信号到数字信号的转换称模数转换(又称A/D转换)，完成A/D转换的电路称A/D转换器（简称ADC）；从数字信号到模拟信号的转换称数模转换（又称D/A转换），完成D/A转换的电路称D/A转换器（简称DAC）,7.2 D/A转换器,7.2.1 D/A转换器的基本工作原理,D/A转换器用于将输入的二进制数字量转换为与该数字量成比例的电压或电流。其组成框图如图7-2-1所示。图中
2、，数据锁存器用来暂时存放输入的数字量，这些数字量控制模拟电子开关，将参考电压源VREF按位切换到电阻译码网络中变成加权电流，然后经运放求和，输出相应的模拟电压，完成D/A转换过程。,7.2.2 倒T型电阻网络D/A转换器,倒T型电阻网络D/A转换器结构原理图如图7-2-2所示。它由基准电压VREF、R-2R倒T型电阻网络、S0S3电子模拟开关及运算放大器求和电路组成。,7.2.3 D/A转换器的主要技术指标,1分辨率 分辨率是指对输出最小电压的分辨能力。它是输入数码只有最低有效位为1时的输出电压与输入数码为全1时输出满量程电压之比。 2转换精度 转换精度是指D/A转换器实际输出模拟电压值与理论
3、输出模拟电压值之差。 3建立时间(转换速度) 建立时间是指D/A转换器从输入数字信号开始到输出模拟电压或电流达到稳定值时所用的时间。,7.2.4 集成D/A转换器及其应用,1集成D/A转换器AD7520 AD7520是10位电流输出型D/A转换器，转换时间500 ns，电源电压为+5+15 V。图7-2-3所示为其内部的电阻网络结构。,7.2.4 集成D/A转换器及其应用,2AD7520的应用 1）单极性输出典型D/A电路 图7-2-6所示是由AD7520组成的单极性输出数模转换应用电路。电路由AD7520与求和运算放大器组成，运算放大器接成反向比例形式，反馈电阻RF利用AD7520内部提供的
4、10 k电阻，也可另外再串接电阻。,7.2.4 集成D/A转换器及其应用,2）可编程增益放大器 用AD7520可以构成可编程增益放大器，电路如图7-2-7所示。,7.3 A/D转换器,7.3.1 A/D转换器的基本工作原理 AD转换器的任务是将模拟信号转换为数字信号。我们知道，模拟信号在时间和幅度上都是连续变化的，要将它转换成在时间和幅度上都是离散的数字信号，必须通过采样、保持、量化、编码四个部分来完成，如图7-3-1所示。,7.3.2 双积分型A/D转换器,双积分AD转换器是间接转换型的一种，其特点是转换精度高、速度低，常用在数字电压表或数字式测量仪表中。 图7-3-5（a）所示为双积分AD
5、转换器的原理电路图。它由积分器、比较器、计数器、逻辑控制电路、基准电压源等组成。其工作原理如下。 AD转换前，控制电路对计数器清零，并将开关S2合上，使电容C放完电后，S2再断开。,7.3.2 双积分型A/D转换器,1第一次积分,7.3.2 双积分型A/D转换器,2.第二次积分,这种电路优点是工作性能稳定，在二次积分中RC时间常数相同，故R、C参数对转换精度影响较小，对时间常数要求不高。另外具有较强的抗工频干扰能力，因为积分电路对于工频电源周期整数倍的干扰信号，输出平均值为零。另外结构也较简单。其不足之处是，完成一次AD转换时间较长，故转换速度低。目前集成单片双积分AD转换器速度在每秒几十次以
6、内。在要求不高的场合应用很广。,7.3.3 逐次逼近型A/D转换器,逐次逼近型AD转换器的结构框图如图7-3-6所示，包括四个部分：比较器、DAC、逐次逼近寄存器和控制逻辑。,7.3.4 ADC的主要技术指标,1分辨率 AD转换器的分辨率指AD转换器对输入模拟信号的分辨能力。常以输出二进制码的位数n来表示。 式中，UFSR是输入的满量程模拟电压。 2转换速度 转换速度是指完成一次AD转换所需的时间。转换时间是从接到模拟信号开始，到输出端得到稳定的数字信号所经历的时间。 3相对精度 在理想情况下，所有的转换点应在一条直线上。相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差， 一般用最低有效位来表示。,7.3.5 集成AD转换器及其应用,1ADC0804 AD转换器 ADC0804是逐次逼近型单通道CMOS 8位AD转换器，其转换时间小于100s，电源电压为+5V，输入输出都和TTL兼容，输入电压范围为O+5V的模拟信号，内部含有时钟电路。图7-3-7为其外引线图。,7.3.5 集成AD转换器及其应用,2ICL7106 AD转换器 ICL7106是双积分型CMOS工艺4位BCD码输出AD转换器，它包含双积分AD转换电路、基准电压发生器、时钟脉冲产生电路、自动极性变换、调零电路、七段译码器、LCD驱动器及控制电路等。,7.3.5 集成AD转换器及其应用,2ICL7106 AD转换器,
