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1、第7章 数模与模数转换器,知识目标, 了解数模转换电路和模数转换电路的功能； 掌握倒T型电阻网络D/A转换器的工作原理； 理解模数转换的采样、保持、量化和编码4个步骤; 掌握并行比较型、逐次比较型和双积分型A/D转换器的工作原理； 理解数模和模数转换器的技术参数。,技能目标, 认识数模和模数转换器芯片，知道各引脚的功能并能进行正确连接； 能用数模或模数转换器芯片构成应用电路； 会用CC14433构成直流数字电压表。,任务 锯齿波产生电路,任务分析,用4位二进制计数器74LS161和DAC0832 构成锯齿波产生电路。,任务实现,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AD
2、C；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。,7.1 概述,数字控制系统框图,模拟量,数字量,模拟量,数字量,将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。,基本原理,D/A转换器的定义与组成,7.2 D/A转换器,D/A 转换示意图,输入： d0dn-1： n 位二进制数字量 d0: 最低位（LSB） dn-1:最高位（MSB）,输出：U0：模拟输出量,参考电压：UREF,上面三者应满足
3、下式：,7.2.1 倒T型电阻网络D/A转换器,由图 可知：,分支,当 d3d2d1d0=1111 时，则有,推广到n位，则有：,若 R=RF ，则运算放大器的输出为：,（6.2.1）,（6.2.2）,（6.2.3）,（1）分辨率R ：反映D/A转换器分辨最小输出电压的能力。,n位D/A转换器，其分辨率为,若输出模拟电压的满量程为mV，n位D/A转换器能分辨的最小电压则为：,7.2.2 D/A转换器的主要性能指标,1. 转换精度,（2） 转换误差,转换精度：表示实际输出的模拟电压与理想输出的模拟电压相差的程度。,例如：一个D/A转换器的精度为1，若对应某一个数字量的理论输出模拟电压为10V，则
4、实际的输出电压是在 9.910.1V 范围内的某个值。,（1）建立时间：指从数字信号输入至D/A转换器到输出的模拟电压接近于稳定值所需要的时间。一般将输入数字量从“全0”变为 “全1”时，输出uO从0V变到满量程输出电压（误差范围为 LSB或 ）所需的时间定义为建立时间tset.,分辨率愈高的D/A转换器，因其误差范围窄，建立时间愈长。例如，8位D/A转换器的tset1s（典型值），而16位D/A转换器的tset 50s（典型值）。,2. 转换速度,（2）转换速率,3. 温度系数,7.2.3 集成D/A转换器及其应用,1.DAC0832,2.AD7524,7.3.1 A/D转换的一般工作过程,
5、步骤：,1. 采样-保持,采样就是将连续变化的模拟量转换为时间上断续的模拟量的过程。,7.3 A/D转换器,采样器,采样定理,即,通常选择,2. 采样保持电路,采样保持电路和采样保持信号,T时uI对充电，即采样,T时上电压不变，即保持,3. 量化和编码,量化： 取整量的过程。 编码： 用二进制表示量化值的过程。 量化单位 ： 量化过程中采用的测量单位。,电平量化的两种方法,“只舍不入” 的最大误差为 , “有舍有入” 法的最大误差为1/2 ,4. A/D转换器的分类,7.3.2 并行比较型A/D转换器,n位并行A/D比较器：需要2n个电阻， 2n-1个比较器。 适用范围：n4、 速度快、精度要
6、求不高。,3位并行比较型A/D转换器真值表,7.3.3 逐次逼近型A/D转换器,逐次逼近型A/D转换器速度较快，在集成单元中用得最多。,1.概述,2.ADC0809,基本原理：对输入模拟电压和基准电压进行两次积分，先对输入模拟电压进行积分，将其变换成与输入模拟电压成正比的时间间隔T1，再利用计数器测出此时间间隔，则计数器所计的数字量就正比于输入的模拟电压；接着对基准电压进行同样的处理。,7.3.4 双积分型A/D转换器,积分器对uI进行固定时间（0T1）的积分。当 tT1时，积分器的输出电压为：,2nTCP,0T1这段时间的积分称为第一次积分。由上述过程可知第一次积分时间为：,1. 工作原理,
7、uI,因为：,T2这段时间的积分为第二次积分,即：,由此可知，二次积分后计数器中的数字（Qn1 Qn2 Q0）与输入的模拟信号值U成正比，从而实现了A/D转换。,应用：数字测量仪器、数字式直流电压表、数字式温度计。 优点：精度高。 缺点：速度慢。,亦即：,所以：,2. 集成双积分型ADC, 分辨率：反映A/D转换器对输入模拟量微小变化的分辨能力。是指引起A/D转换器的输出数字量变动一个二进制数码的最低有效位（LSB）（例如，从00H变到01H）时输入模拟量的最小变化量。 例如，A/D转换器输入模拟电压变化范围为010V，输出为 10位码，则分辨率R为：, 转换误差：转换误差通常以相对误差的形式
8、给出，它表示 AD 转换器实际输出的数字量与理想输出的数字量之间的差别，并用最低有效位 LSB 的倍数来表示。,7.3.5 A/D转换器的主要性能指标,1. 转换精度,表示完成一次从模拟量到数字量之间的转换所需要的时间，它反映了 AD 转换器的转换速度。例如，逐次比较型的 AD0801 0803 、 0808 0809 的转换时间为 100微秒； AD571为25微秒； AD574为35微秒。双积分 AD 转换器的转换时间一般在几十至一、二百毫秒。,2. 转换速度,7.3.6 集成ADC及其应用,一ADC0804A/D转换器,二,位双积分A / D转换器CC14433,CC14433引脚排列, D/A转换器和A/D转换器是数字系统和模拟系统之间的桥梁，描述它们好坏的主要性能指标是转换精度和转换时间。 倒T型DAC是目前应用最广泛的一种电路。 ADC有并行比较型、逐次逼近型、双积分型三种电路，它们有各自的特点和适用范围。,阶段小结,
