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1、数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础（第五版）（第五版）教学课件清华大学 阎石 王红联系地址：清华大学联系地址：清华大学 自动化系自动化系邮政编码：邮政编码：100084100084电子信箱：电子信箱：wang_wang_联系电话联系电话：(010)62792973(010)62792973数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版第十一章 数-模（D/A）和模-数（A/D）转换数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版11.1 11.
2、1 概述概述一、用途及要求一、用途及要求传感器放大器A/D转换转换微型计算机微型计算机控制对象D/A转换转换温度时间！精度！精度！速度！速度电加热炉热电偶执行机构数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版三、分类三、分类数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版11.2 D/A11.2 D/A转换器转换器D111101D/AA(电压 或 电流) ？数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版11.2.1 11.2.1 权电阻网络权电阻网络D/AD/A转换器转换
3、器一、电路结构和工作原理一、电路结构和工作原理数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版 优缺点：优缺点：优缺点：优缺点： 1. 1. 优点：简单优点：简单优点：简单优点：简单 2. 2. 缺点：电阻值缺点：电阻值缺点：电阻值缺点：电阻值相差大，难于保相差大，难于保相差大，难于保相差大，难于保证精度，且大电证精度，且大电证精度，且大电证精度，且大电阻不宜于集成在阻不宜于集成在阻不宜于集成在阻不宜于集成在ICIC内部内部内部内部数字电子技术基础数字电子技术基础数字
4、电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版11.2.2 11.2.2 倒倒T T形电阻网络形电阻网络DACDAC希望用较少类型的电阻，仍然能得到一系列权电流数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版RRRR数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五
5、版第五版第五版11.2.6 11.2.6 具有双极性输出的具有双极性输出的DACDAC当输入数字量有当输入数字量有 极性时，极性时，希望输出的模拟电压也对应为希望输出的模拟电压也对应为 。一、原理一、原理例：输入为例：输入为3 3位二进制补码。最高位为符号位，正数为位二进制补码。最高位为符号位，正数为0 0，负数为负数为1 1补码输入补码输入补码输入补码输入对应的对应的对应的对应的十进制十进制十进制十进制要求的要求的要求的要求的输出输出输出输出D2 D1 D2 D1 D0D00 01 11 1+3+3+3V+3V0 01 10 0+2+2+2V+2V0 00 01 1+1+1+1V+1V0 0
6、0 00 00 00V0V1 11 11 1-1-1-1V-1V1 11 10 0-2-2-2V-2V1 10 01 1-3-3-3V-3V1 10 00 0-4-4-4V-4V数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版原码输入原码输入原码输入原码输入对应的对应的对应的对应的输出输出输出输出偏移后偏移后偏移后偏移后的输出的输出的输出的输出D2 D1 D2 D1 D0D01 11 11 1+7V+7V+3V+3V1 11 10 0+6V+6V+2V+2V1 10 01 1+5V+5V+1V+1V1 10 00 0+4V+4V0V0V0 01 11 1
7、+3V+3V-1V-1V0 01 10 0+2V+2V-2V-2V0 00 01 1+1V+1V-3V-3V0 00 00 00V0V-4V-4V补码输入补码输入补码输入补码输入对应的对应的对应的对应的十进制十进制十进制十进制要求的要求的要求的要求的输出输出输出输出D2 D1 D0D2 D1 D00 01 11 1+3+3+3V+3V0 01 10 0+2+2+2V+2V0 00 01 1+1+1+1V+1V0 00 00 00 00V0V1 11 11 1-1-1-1V-1V1 11 10 0-2-2-2V-2V1 10 01 1-3-3-3V-3V1 10 00 0-4-4-4V-4VD/
8、A*将符号位反相后接至高位输入*将输出偏移使输入为100时，输出为01数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二、电路实现二、电路实现*将符号位反相后接至高位输入*将输出偏移使输入为100时，输出为0数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版11.2.7 DAC11.2.7 DAC的转换精度与速度的转换精度与速度一、转换精度一、转换精度1. 1.分辨率（理论精度）分辨率（理论精度） 用输入数字量的二进制数码位数给出用输入数字量的二进制数码位数给出 n n位位DAC,DAC,应能输出应能输出0 20 2
9、n-1n-1个不同的等级电压，区分出输个不同的等级电压，区分出输入的入的000000到到111111， 2 2n-1n-1个不同状态个不同状态2. 2. 转换误差（实际精度）转换误差（实际精度） 用最低有效位的倍数来表示用最低有效位的倍数来表示 有时也用绝对误差与输出电压满刻度的百分数来表示有时也用绝对误差与输出电压满刻度的百分数来表示数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二、误差分析二、误差分析数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基
10、础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版D111101A/DA(电压 或 电流) ？11.3 A/D11.3 A/D转换器转换器11.3.1 A/D11.3.1 A/D转换的基本原理转换的基本原理输入连续变化电压，输出为不连输入连续变化电压，输出为不连续的数字量续的数字量数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版二、量化和编码二、量化和编码1. 1.量化：将采样电压表示为最小数量单位（量化
11、：将采样电压表示为最小数量单位（）的整数倍）的整数倍2.2.编码：将量化的结果用代码表示出来（二进制，二编码：将量化的结果用代码表示出来（二进制，二- -十进制）十进制）3.3.量化误差：当采样电压不能被量化误差：当采样电压不能被整除时，将引入量化误差整除时，将引入量化误差数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版11.3.2 11.3.2 抽样保持电路抽样保持电路！加大输入电阻！减小输出电阻！Av=1数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术
12、基础第五版第五版第五版第五版11.3.3 11.3.3 并联比较型并联比较型A/DA/D转换器转换器并联比较型并联比较型量化数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版输入量化 编码111110101100011010001000数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版2 2、特点、特点* *快，快，CLKCLK触发信号到达到输触发信号到达到输出稳定建立只需几十纳秒出稳定建立只需几十纳秒* *精度，受参考电压、分压网精度，受参考电压、分压网络等因素影响络等因素影响* *有存储器，不需要有存储器，不需要S
13、/HS/H电路电路* *电路规模，电路规模，n n位需要位需要2 2n n-1-1比比较器，触发器较器，触发器数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版11.3.4 11.3.4 反馈比较型反馈比较型A/DA/D转换器转换器1. 1.计数型计数型基本原理：取一个基本原理：取一个“ “D”D”加到加到DACDAC上，得到模拟输出电压，上，得到模拟输出电压，将该值与输入电压比较，如两者不等，则调整将该值与输入电压比较，如两者不等，则调整D D的大小，的大小，到相等为止，则到相等为止，则D D为所求值为所求值！简单！慢数字电子技术基础数字电子技术基础数字
14、电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版2 2、逐次渐近型、逐次渐近型！电路不太复杂！较快数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版1 0 0 0 03位：5个CLKN位: ( n+2)个CLK数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版11.3.5 11.3.5 双积分型双积分型A/DA/D转换器转换器双积分型（双积分型（V-TV-T变换型）变换型）先将先将V V转换成与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间转换成与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间内用固定频率脉冲计数内用固定频率脉冲计
15、数数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版电路实现电路实现数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版11.3.6 V-F11.3.6 V-F变换型变换型A/DA/D转换器转换器数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础数字电子技术基础第五版第五版第五版第五版11.3.7 ADC11.3.7 ADC的转换速度与转换精度的转换
16、速度与转换精度一、速度取决于电路结构类型一、速度取决于电路结构类型并联比较型：并联比较型：11微秒微秒逐次渐近型：逐次渐近型：1010010100微秒微秒/ /次次双积分型：几十毫秒双积分型：几十毫秒/ /次次二、转换精度二、转换精度1. 1. 分辨率：以输出二进制或十进制的位数表示，说明分辨率：以输出二进制或十进制的位数表示，说明A/DA/D转转换器对输入信号的分辨能力。换器对输入信号的分辨能力。2. 2. 转换误差：通常以输出误差最大值的形式给出，表示实转换误差：通常以输出误差最大值的形式给出，表示实际输出的数字量和理论上应有的输出数字量之间的差别。际输出的数字量和理论上应有的输出数字量之间的差别。
