数字电路与逻辑设计基础配套教学课件项华珍 第9章 数模和模数转换.ppt

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1、第9章数模转换和模数转换本章要点本章分别讲授了数模转换和模数转换的基本原理和常见的典型电路。文中主要介绍数模转换的基本原理，数模转换器的转换精度和转换速度，分别介绍了权电阻网络数模转换器，倒T型电阻网络数模转换器和权电流型数模转换器；然后介绍了模数转换的一般原理和步骤，分别介绍了并联比较型模数转换器，逐次逼近型和双积分型模数转换器的工作原理。你知道吗？随着计算机技术的迅猛发展，人类从事的许多工作，从工业生产的过程控制、生物工程到企业管理、办公自动化、家用电器等等各行各业，几乎都要借助于数字计算机来完成。但是，在实际控制系统中，计算机是

2、一种数字系统，它只能接收、处理和输出数字信号，各种非电物理量需要由各种传感器把它们转换成模拟电流或电压信号后，才能加到A/D转换器转换成数字量，而数字系统输出的数字量必须还原成相应的模拟量，才能实现对模拟系统的控制。数－模转换是数字电子技术中非常重要的组成部分。5.1基本RS触发器5.1.1电路结构注意：图片----动画是溶解，快速；文字：24号，宋体，百叶窗，快速。公式：溶解，快速；*参看电工与电子技术基础：电工基础ppt9.1概述A/D转换器：将模拟信号转换为数字信号的电路称为模数转换器，记为ADC（analogtodigital

3、converter）。D/A转换器：将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器，记为DAC（digitaltoanalogconverter）。典型的数字通信系统框图典型的数字控制系统框图9.2数模转换数模转换就是将离散的数字量转换为连接变化的模拟量，实现该功能的电路或器件称为数模转换电路。为了将数字量转换成模拟量，就需要对每一位的数码按照其权的大小转换成对应的模拟量。数模转换从某种意义上讲就是把二进制的数转换相应的模拟量的数值。D/A转换框图一个多位二进制数可表示为其中：2n-1、2n－2．．．21、20称为最高位（MostSig

4、nificantBit，简称MSB）到最低位（LeastSignificantBit，简称LSB）的权。n位D/A转换器原理方框图D/A转换器的组成DAC一般由数码缓冲寄存器、模拟电子开关、参考电压、解码网络和求和电路等组成。数字量输入后存储在数码缓冲寄存器中，对应位数上的数控模拟开关由缓冲寄存器的输出控制，在解码网络中获得的相应数位的权值后送入求和电路，由求和电路将各位权值相加，输出即是要转换的模拟量。按解码网络权电阻网络DACR–2R倒T形电阻网络DAC权电流型网络DACT型电阻网络DAC按电子开关类型CMOS开关型DAC（速度低

5、）电流开关型DAC（速度高）ECL电流开关型DAC（速度最高）双极型DAC（速度高）分类DAC0808、DAC0807CB7520、DAC0832权电阻网络D/A转换器4位权电阻网络D/A转换器：由权电阻网络、4个电子模拟开关和1个求和放大器组成。（1）S3~S0:为电子开关，其状态受输入数码D3~D0的取值控制。当Di＝1时相应的电子开关Si将权电阻23-iR和基准电压VREF接通，有支路电流Ii流向求和放大器；当Di＝0时相应的电子开关Si将权电阻23-iR接地，支路电流Ii为零。9.2.1权电阻网络D/A转换器的构成和基本原理（

6、2）求和放大器A：为一个接成负反馈的理想运算放大器。即：AV＝∞，iI＝0，Ro＝0。由于负反馈，存在虚短和虚断，即V－≈V＋＝0，iI＝0。输入数字Di=1时，开关Si将电阻23-iR接到基准电压VREF上，在23-R上的电流为。运放的输出模拟电压为：运放A反相输入端的总电流若取反馈电阻Rf=R/2，则输出模拟电压表达式为如果D/A为n位数字量输入，则可得输出的模拟电压与输入的数字量Di成正比。Dn-1…D1D0=0…00时vO=0Dn-1…D1D0=0…01时电压的变化量Dn-1…D1D0=1…11时电压的范围若VREF取正值，则

7、vO为负值。若想vO为正值，可将VREF取负值。优点:电路结构简单，所用的电阻元件少。缺点:各个电阻的阻值相差较大，输入数字量的位数越多，差别就越大，故很难保证电阻的精确度。为了克服电阻的阻值相差较大这个缺点，在输入数字量较多时可采用下图所示的电路。在该网络中，每级仍然只有4个电阻，它们之间的阻值之比还是1:2:4:8，只要取两级之间的串联电阻RS=8R，即可得到倒T形电阻网络4位倒T型电阻网络D/A转换器4位倒T形电阻网络DAC原理电路电子开关参考电压运放接成反相比例运算00109.2.2倒T型D/A转换器的构成和基本原理4位倒T型

8、电阻网络D/A转换器输出电压的推导注意：无论电子开关接哪边，与相连的电阻均相当于接“地”（地或虚地）。推广：n位倒T型电阻网络D/A转换器输出电压公式一般倒T型电阻网络DAC集成芯片都选用Rf=R，则注意：倒T形电阻网络