《AD和DA转换简介》PPT课件.ppt

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1、1A/D与D/A转换DigitalElectronicsTechnology2问题的提出当计算机用于数据采集和过程控制的时候，采集对象往往是连续变化的物理量（如温度、电压、电流等），但计算机处理的是离散的数字量，因此需要对连续变化的物理量（模拟量）进行采样、保持，再把模拟量转换为数字量交给计算机处理、保存等。计算机输出的数字量有时需要转换为模拟量去控制某些执行元件（如声卡播放音乐等）。A/D转换器完成模拟量→数定量的转换，D/A转换器完成数字量→模拟量的转换。传感器(温度、电压、电流等模拟量）A/D计算机（数字量）显示器D/A执行部件（模拟量控制）打印机能够将模拟量转换为数字量

2、的器件称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC。能够将数字量转换为模拟量的器件称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。A/D和D/A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.3A/D转换电路工作原理电路类型技术指标1234工作原理模拟量输入数字量输出A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程由采样、保持、量化和编码四个步骤完成。Vin采样保持量化编码Dout5工作原理采样是将时间上连续变化的信号，转换为时间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。采样脉冲输入模拟信号采样输出信号1.采样和保持采样过程6工

3、作原理模拟信号经采样后，得到一系列样值脉冲。采样脉冲宽度τ一般是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时保持所取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。因此，在取样电路之后须加保持电路。①在采样脉冲S(t)到来的时间τ内，VT导通，UI(t)向电容C充电，假定充电时间常数远小于τ，则有：UO(t)＝US(t)＝UI(t)。－－采样②采样结束，VT截止，而电容C上电压保持充电电压UI(t)不变，直到下一个采样脉冲到来为止。－－保持取样保持电路及输出波形7工作原理输入的模拟电压经过取样保持后，得到的是阶梯波。而该阶梯波仍是一个可以连续取值的模拟量，但n位数字量只能表示2n个数值。因此，用

4、数字量来表示连续变化的模拟量时就有一个类似于四舍五入的近似问题。2.量化和编码将采样后的样值电平归化到与之接近的离散电平上，这个过程称为量化,指定的离散电平称为量化电平Uq,用二进制数码来表示各个量化电平的过程称为编码。两个量化电平之间的差值称为量化单位Δ，位数越多，量化等级越细，Δ就越小。取样保持后未量化的Uo值与量化电平Uq值通常是不相等的，其差值称为量化误差ε，即ε=Uo-Uq。量化的方法一般有两种：只舍不入法和有舍有入法。8工作原理1)只舍不入法当Uo的尾数＜Δ时，舍尾取整。这种方法ε总为正值，εmax＝Δ。2)有舍有入法当Uo的尾数＜Δ/2时，舍尾取整；当Uo的尾数≥

5、Δ/2时，舍尾入整。这种方法ε可正可负，但是

6、εmax

7、=Δ/2。因此，它的误差要小。9电路类型A/D转换器有直接转换法和间接转换法两大类。直接法是通过一套基准电压与取样保持电压进行比较，从而直接将模拟量转换成数字量。其特点是工作速度高，转换精度容易保证，调准也比较方便。直接A/D转换器有并行比较型、逐次逼近型、计数型等。间接法是将取样后的模拟信号先转换成中间变量时间t或频率f,然后再将t或f转换成数字量。其特点是工作速度较低，但转换精度可以做得较高，且抗干扰性强。间接A/D转换器有单次积分型、双积分型等。10电路类型（1）并行比较型寄存器：由七个D触发器构成。在时钟脉冲CP的

8、作用下，将比较结果暂时寄存，以供编码用。编码器：由六个与非门构成。将比较器送来的七位二进制码转换成三位二进制代码D2、D1、D0。编码网络的逻辑关系为：并行ADC原理图11电路类型并行比较型A/D转换器的转换关系12电路类型例如：假设模拟输入UIN=3.8V，UR=8V。当模拟输入UIN=3.8V加到各级比较器时，由于因此，比较器的输出C6~C0为0001111。在时钟脉冲作用下，比较器的输出存入寄存器，经编码网络输出A/D转换结果：D2D1D0=100。优点：转换速度很快。缺点：电路复杂，转换精度较低。适用于高速，精度较低的场合13电路类型逐次逼近型A/D转换器原理图（2）逐

9、次逼近型14电路类型①转换开始前先将逐次逼近寄存器SAR清“0”；②开始转换以后，第一个时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为100…0。这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压uo，经偏移Δ/2后得到uO′＝uO－Δ/2，并送到比较器中与uI′进行比较。若uI′＜uo′，说明数字过大，故将最高位的1清除置零；若uI′≥uo′，说明数字还不够大，应将这一位保留。③然后，按同样的方法将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是保留还是清除。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比较完毕