数-模转换与模-数转换

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1、第7章数-模转换与模-数转换第1讲数-模转换一、教学目的：1、数模转换的基本原理。2、理解常见的数模转换电路。3、掌握数模转换电路的主要性能指标。二、主要内容：1、数模转换的定义及基本原理2、权电阻D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数3、DAC主要性能指标三、重点难点：权电阻D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数。四、课时安排：2学时五、教学方式：课堂讲授六、教学过程设计复习并导入新课：新课讲解：[重点难点]权电阻D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数，逐次逼近型A/D转换器、双积

2、分型A/D转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数。[内容提要]本章介绍数字信号和模拟信号相互转换的基本原理和常见转换电路。必要性与意义：自然界中，许多物理量是模拟量，电子系统中的输入、输出信号多数也是模拟信号。而数字系统处理的数字信号却具有抗干扰能力强、易处理等优点；利用数字系统处理模拟信号的情况也越来越普遍。由于数字系统只能对数字信号进行处理，因此要根据实际情况对模拟信号和数字信号进行相互转换。19随着计算机技术和数字信号处理技术的快速发展，在通信、自动控制等许多领域，常常需要将输入到电子系统的模拟信号转换成数字信号后，再由系统进行相应的处理，而数字系统输出的数字信号，还要

3、再转换为模拟信号后，才能控制相关的执行机构。这样，就需要在模拟信号与数字信号之间建立一个转换接口电路—模数转换器和数模转换器。A/D转换定义：将模拟信号转换为数字信号的过程称为模数转换（AnalogtoDigital），或A/D转换。能够完成这种转换的电路称为模数转换器（AnalogDigitalConverter），简称ADC。D/A转换定义：将数字信号转换为模拟信号的过程称为数模转换（DigitaltoAnalog），或D/A转换。能够完成这种转换的电路称为数模转换器（DigitalAnalogConverter），简称DAC。随着集成电路技术的发展，现在单片集成的ADC和DAC

4、芯片已有数百种，可以满足不同应用场合的需求。非电量的处理方式：许多连续变化的物理量，例如：温度、速度、压力、位移等都是非电量。对这类信号进行处理时，需要首先利用传感器将其转换为连续变化的模拟电信号，然后再实现与数字信号之间的转换。7.1数模转换器（DAC）DAC的作用是将输入的数字信号转换成与其成正比的模拟信号输出（电压或电流）。7.1.1D/A转换原理DAC原理框图见图7.1所示。在D/A转换过程中，输入的数字信号是二进制编码。通过转换，将该编码按每位权的大小换算成相应的模拟量，然后将代表各位数字的模拟量相加，得到的和就是与输入的数字信号成正比的模拟量。图7.1DAC原理框图实现D

5、AC的电路种类很多，但电路结构基本相同。主要包括：输入寄存器、模拟开关、电阻译码网络、求和放大器、参考电压源及逻辑控制电路等。输入的数字信号有串行输入与并行输入两种方式；输入寄存器用于暂时存储输入的数字信号；输入寄存器输出的数字信号控制相应的模拟开关，使电阻译码网络输出一定的模拟量，并送至求和放大器；通过求和放大器的作用，在电路输出端得到与输入的数字信号对应的模拟量。以电路输出电压量为例，DAC的输出电压与输入数字信号D之间的关系为：K为比例系数，不同的DAC电路，K值各不相同。D为输入的数字信号，是n位无符号的二进制代码，。为实现数模转换所需要的参考电压。由上式可知，DAC电路输出

6、的模拟量与输入的数字信号在幅度上成正比。【例7.1】已知8位二进制DAC，当输入数字量19时，电路输出模拟电压为。若输入数字量时，电路输出模拟电压是多少？解由于DAC输出的模拟量与输入的数字信号成正比，且；。所以：得7.1.2常见DAC电路常见的DAC电路有多种，在此，仅对应用较多的权电阻网络DAC、T型电阻网络DAC和倒T型电阻网络DAC进行介绍。1．权电阻网络DAC（weightedresistanceDAC）如前所述，在多位二进制数中，每一位的1对应的数值大小称为该位的权。图7.2所示为四位权电阻网络DAC。主要包括四部分：参考电压源、模拟开关～、电阻译码网络、求和放大器。图7

7、.2四位权电阻网络DAC设在该电路输入端输入一个四位二进制代码，～是受控制的双向模拟开关。根据图7.2，流入求和放大器输入端的电流为：19取求和放大器反馈电阻，则该电路输出电压为：所以，电路输出电压与输入四位二进制代码D成正比，。依次类推，n位权电阻网络DAC的求和放大器输入端电流、输出电压表达式分别为：其中，比例系数若输入的四位二进制代码，转换成十进制数为10，根据上述权电阻网络DAC电路转换原则，电路输出电压为：由此可知，输入n位二进制代码的取值范围为