汽车电工电子技术配套教学课件郑广军ppt 第9章.ppt

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1、汽车电工电子第9章数模和模数转换器概述数模转换器模数转换器本章学习目标1、掌握数模转换器的基本原理和类型2、掌握模数转换器的基本原理和类型9．1概述随着数字电子技术的飞速发展，数字电子计算机、数字控制系统、数字通信设备和数字测量仪表等已经广泛应用于国民经济的各个领域。然而，数字电子电路、数字系统或装置一般只能加工和处理数字信号。可是日常需要处理的物理量，绝大部分都是连续变化的模拟信号，例如温度、气压、声音、图像信号等。因此，必须先把这些模拟信号转换成数字信号，才能送入电子计算机或其他数字电路中进行加工和处理。另外，经过数字电路处理后的数字信号的输出，也需

2、要还原成模拟信号才能实现系统的功能。所以，在数字系统的输入和输出部分，一般要设有模拟信号转换成数字信号和数字信号转换成模拟信号的电路。一般测控系统框图能把模拟信号转换成数字信号的电路称为模/数转换器(Analog-Digital-Converter)，简称A/D转换器或ADC。能把数字信号转换成模拟信号的电路称为数模转换器(Digital-Analog-Converter)，简称D/A转换器或DAC。假设被控制的物理量是温度，首先通过传感器将非电量温度转换成随之变化的模拟电信号，经过放大器放大后，通过模拟信号向数字信号转换的电路，再将数字信号送入数字电路

3、（通常为数字计算机）进行处理；经过处理后输出的数字信号又必须通过数字信号向模拟信号转换的电路，用模拟信号去推动执行元件，完成控制温度的功能。9．2数模转换器9．2．l数模转换原理数字电路处理的信号一般是多位二进制信息。因此，数/模转换器的输入数字信号是二进制数字量，输出模拟信号则是与输入数字量成正比的电压或电流。数模转换即将数字量转换为模拟电量(电压或电流)，使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。转换原理寄存器用来暂时存放数字量D。寄存器的输入可以是并行输入，也可以是串行输入，但输出只能是并行输出。通常输入寄存器的数字量D都是存放数字码。n位寄存器的输出

4、分别控制N个模拟开关的接通或断开。每个模拟开关相当于一个单刀双掷开关，它们分别与电阻译码电路的n个支路相连。当输入数字量为l时，开关将参考电压UR按位切换到电阻译码电路;当输入数字量为0时，开关接通到地，从而使电阻译码网络输出电压(或电流)的大小与输入数字量成正比。9．2．2权电阻DA转换器1．电路组成包括四部分:参考电压UR；电子开关；权电阻求和网络；运算放大器。2．工作原理有一个以二进制数码表示的4位数字量，D4=d3d2d1d0。用4位二进制代码d3、d2、d1、d0分别控制电子开关S3、S2、S1、S0。如di=l，Si接UR；di=0，Si接地

5、。当Si接UR时，该支路中的电阻便得到电流，否则该支路得不到电流，各支路的总电流流到R/2上便建立起输出电压。转换推导这里，d3、d2、d1、d0可能取“1”或“0”。因为反馈电阻为R/2，所以：对一个n位权电阻DAC则存在如下关系式：权电阻求和网络存在如下关系式：9．2．3T型电阻网络DA转换器1．电路工作原理这是一个四级的T型网络。电阻值为R和2R的电阻构成T型。由图9-4可知，由节点AA'向右看的等效电阻为R，而由BB'、CC'、DD'各点向右看的等效电阻值也都是R。电阻值为R和2R的电阻构成了型网路。D0~D3表示4位二进制输入信号，D3为高位，

6、D0为低位。S0~S3是四个电子模拟开关，当某一位数Di=l，即表示Si接l，这时相应电阻的电流Ii流向I01，当Di=0，即表示Si接0，则流过相应电阻的电流Ii流向IO2到地。因此，运算放大器的输入电流I01由下式决定：运算放大器接成反相放大器的形式，其输出电压U0由下式决定:即输出的模拟电压与输入的数字信号D3~D0的状态以及位权成正比。若取RF=R，则D/A转换后的输出电压表示为如果电阻网络由N级组成，则DA转换后的输出电压表示为2．数模转换器的主要参数(1)分辨率所能产生的最小电压变化量与满刻度输出电压之比。位数越高，分辨能力就越强，分辨率的值

7、越低（小）。它用输入数码只有最低有效位为1时的输出电压与输入数码为全1时输出满量程电压之比来表示，即如果输出模拟电压满量程为l0V，那么10位DAC能够分辨的最小电压为l0V/l023=9．76mV，而8位DAC能分辨的最小电压为l0V/255=39mV。可见DAC的位数越多，分辨出最小电压的能力越强，故有时也用输入数码的位数来表示分辨率，如10位DAC的分辨率为10位。(2)绝对误差绝对误差又称绝对精度，是指当输入数码为全1时所对应的实际输出电压与电路理论电压值之差。设计时，一般要求小于LSB所对应的输出电压值。因此，绝对误差与位数有关，位数N越多，L

8、SB愈小，精度则愈高。(3)转换速度转换速度是衡量转换速度的参数，指从送入数字信