第13章_数模和模数转换.ppt

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1、第十三章数-模（D/A）和模-数（A/D）转换13.1概述在计算机控制系统中，被控量一般为非电量，如温度、压力、位移等，首先由传感器将它们转化成连续变化的模拟量，再由模/数转换器转换成数字量，送到计算机中进行处理和计算。处理后要经过数/模转换器将计算机输出的数字量转换成模拟量，加到执行机构，以调节被控对象的大小。一个计算机控制系统的框图如图13.1.1所示。1.用途传感器放大器A/D转换微型计算机控制对象D/A转换温度时间2.主要指标转换精度！转换速度！电加热炉热电偶执行机构3.分类D/A(DigitaltoAnalog)A/D(AnalogtoDigital)DAC&

2、ADC(Converter)13.2D/A转换器D131301…D/AA(电压或电流)？数字量是用代码按位数组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的权。为了将数字量转换成模拟量，必须将每一位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后相加，即可得与数字量成正比的总模拟量，从而实现数字－模拟的转换。图13.2.1为n位D/A转换器的原理框图D/A转换器是由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码电路、求和电路及基准电压几部分组成。数字量是以串行或并行方式输入并存储在数码寄存器中，寄存器输出的每位数码驱动对应数位上的电子开关将电阻解码网络中获得的相应数位权值送入求和电路中，求和电

3、路将各位权值相加就得到与数字量相应的模拟量。求和电路*按模拟开关电路的不同把D/A分为：*按解码网络结构不同把D/A分为：如权电阻网络型、倒梯形电阻网络型、权电流型、权电容型以及开关树型。CMOS开关型和双极型开关型，其中双极型开关D/A转换器又分为电流开关型和ECL电流开关型。CMOS型功耗低，但速度慢。双极型的转换速度快。13.2.1权电阻网络D/A转换器一、电路结构和工作原理一个多位二进制数可表示为：其中：2n-1、2n－2．．．21、20称为最高有效位（MostSignificantBit，简称MSB）到最低有效位（LeastSignificantBit，简称LSB

4、）的权。优缺点：1.优点：简单2.缺点：电阻值相差大，难于保证精度，且大电阻不宜于集成在IC内部。为了克服这个缺点，在输入数字量较多时可采用图13.2.2所示的电路。其输出电压为13.2.2倒T形（R-2R）电阻网络DAC希望用较少类型的电阻，仍然能得到一系列权电流RRRR总的电流为CB7520(AD7520)的应用：CB7520(AD7520)可用作单极性电压输出，其连接电路如图所示。13.2.3权电流型D/A转换器在前面介绍的权电阻网络D/A转换器和倒T形电阻网络D/A转换器中，都没有考虑开关的导通电阻和导通压降，而是当成理想开关处理，这无疑会引起转换误差，影响转换精度

5、。解决这个问题采用的一种方法是利用一组恒流源构成“权”，其原理电路如图13.2.7所示。由于采用恒流源，每个支路电流大小不再受开关内阻和压降的影响，故而降低了对开关电路的要求。－＋图13.2.8是常采用的恒流源电路。其电流为Ii≈当输入的数字量为1时，相应的开关将恒流源接到运算放大器的输入端；当输入的数字量为0时，相应的开关将恒流源接地。－＋图13.2.9为权电流型D/A转换器的原理电路此电路中利用倒T形电阻网络，目的是为了减少电阻的种类。其中：(1)各个管子的基极接到一起，若各管的VBE相同，则各发射极处于相同的电位，各支路电流的计算和倒T形电阻网络一样，即流过每个电阻的

6、电流依次减少1/2。为了保证发射结压降相等，发射极电流较大的管子增加了发射结的面积。(2)恒流源IBO用来给各管提供必须的偏置电流(3)运算放大器A1、三极管TR、电阻RR、R构成基准电流发生电路。其基准电流为则输出电压为权电流型单片集成D/A转换器有DAC0806、DAC0807、DAC0808等,它们都采用双极型三极管，工作速度较高。*DAC0808为8位D/A转换器，其典型应用电路如图13.2.13所示。其中d0~d8为8位数字量输入端，Io是求和电流输出端。VR＋、VR－接基准电流发生电路中运算放大器的反相输入端和同相输入端。COMP供外接补偿电容的，VCC和VEE

7、为正负电源输入端。13.2.6具有双极性输出的DAC当输入数字量有±极性时，希望输出的模拟电压也对应为±。一、原理例：输入为3位二进制补码。最高位为符号位，正数为0，负数为1补码输入对应的十进制要求的输出D2D1D0011+3+3V010+2+2V001+1+1V00000V111-1-1V110-2-2V101-3-3V100-4-4V原码输入对应的输出偏移-4V后的输出D2D1D0111+7V+3V110+6V+2V101+5V+1V100+4V0V011+3V-1V010+2V-2V001+1V-3V0000