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数字技术电路课件第九章 数模与模数转换电路

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第9章数模和模数转换

第9章数模和模数转换


Vref 2n
i
1 LSB 2
~
Vref 2n
i
1 2
LSB


Xi
i = 0, 1, 2,…, n-1.
1 2
LSB

Vref 2n1
称为量化误差
9.3.1 ADC的工作过程
1. 采样与保持 采样：按一定的时间间隔取信号一瞬间的值。
输入信号 采样脉冲 采样信号
为采样时间
TS 为采样周期

x2 4

x3 8

Vref 23 R
x122 x2 21 x3 20

Vref 23 R
X
V0 iRf


Vref 23
Rf R
X
当 Rf
R
时， V0


Vref 23
X
9.1.4 R-2R倒梯形DAC
从每个节点(ABC)向右看，等效电阻都是2R。因
此每过一个节点，电流减小一半。
x1
Vref R

x2
Vref 2R

x3
Vref 4R



R f Vref 22 R
x122 x2 21 x3 20


Vref 23
X
其中取 R 2R f ，x1, x2 , x3 取值为0或1。
9.1.3 R-2R T形电阻网络DAC
(1) 当 x3 = x2 = 0, x1 = 1 时
普通电视图象信号，最高频率达 5.5MHz，用 24位真彩 色，采样频率用 11MHz，则转换输出码率为 264Mb ps，即 31.47MByte ps。用普通光盘可以存储约 20秒种。

数字电路与逻辑设计-第9章 数模与模数转换

数字电路与逻辑设计-第9章 数模与模数转换

II00＝0 00
R R ， ， + + - - A A + +
++
VVoo
––
++VVRR
DD33
DD22
DD11
DD00
1
0
10
V O R F (I3 I0) R R FV R (2 3 2 1 ) R R FV R (1B 01
9.1.2 倒T型电阻网络D A转换器
为减小采样信号的失真，采样开关S
的控制信号CPs的频率fs必须满足 fs≥2fimax。(fimax 为输入电压频谱
中的最高频率)
采保 采保采保 采 保采保 样持 样持样持 样 持样持
t
9.2.2并行A/D转换器
1.分压器
分压器由7个电阻串联
而成，将基准电压VR分
成1/15VR～13/15VR和
VR8个参考电压，其中前


u– u+
–+ +
uo
Auo越大，运放的 线性范围越小，必
须加负反馈才能使
其工作于线性区。
3. 理想运放工作在线性区的特点
u– u+
i– –
i+ +

∞ +
因为 uo = Auo(u+– u– )
uo 所以(1) 差模输入电压约等于 0 即 u+= u– ,称“虚短”
电压传输特性
uo +Uo(sat)
将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换 器(简称D/A转换器或DAC)
9.1 D/A转换器
9.1 D/A转换器 9.2 A/D转换器 9.3 小结

《数字电子技术基础》第9章.数模模数转换电路

《数字电子技术基础》第9章.数模模数转换电路

9.2 A/D转换电路
6.逐次比较寄存器
3个边沿RS触发器用 来暂存变化的二进制数字。
1号触发器寄存二进制数
的最低位（LSB），3号触 发器寄存二进制数的最高 位（MSB）。
9.2 A/D转换电路
7.输出电路
9.2 A/D转换电路
8.工作原理
例9.2.2在图9.2.8中3位A/D转换电路中,3位D/A转换电路中参考电压 UREF=7 V，若模拟输入电压ui=5.6 V，输出的3位数字量Q2Q1Q0为多少？ 解：经采样保持电路将输入模拟电压ui=5.6 V转换ui=5.6 V。开始 环形计数器的QA=1，则RS触发器输出Q3Q2Q1=100，所以uo=4-0.5=3.5 V。 因为uo＜ui，所以CO=0。在第2个时钟脉冲上升沿到来后，QB=1，RS触发器 输出Q3=1，Q2=1，此时Q3Q2Q1=110，所以uo=6-0.5=5.5 V。因为uo＜ui，所 以CO=0。接着第3个时钟脉冲上升沿到来后，QC=1，RS触发器输出 Q3Q2Q1=111，经D/A转换器后uo=7-0.5=6.5 V，使uo＞ui，CO=1。在第4个时 钟脉冲上升沿到来后，QD=1，RS触发器Q3Q2Q1变化为110。在第5个时钟脉 冲上升沿到来后，QE=1，打开输出门GA、GB、GC，将转换的数字结果读出， 即模拟输入电压为5.6 V时,转换为三位二进制码110。
第9章 数/模和模/数转换电路
本章小结 各种电路在精度、转换速率及其他参数等方面各具特色，因而应用 都比较广泛。电压时间变换型精度高，抗干扰能力强，对元件稳定 性要求较低，在低转换速率的场合下应用广泛。电压频率变换型对 于调频信号具有较高的抗干扰能力，也用于低速的遥测、遥控系统。 并行比较型转换速度快，但集成度相对不高，且易受干扰，主要应用 于超高速A/D转换电路中。逐次比较型转换精度较高，成本较低，速 度低于并行比较型，应用最为广泛。另外，A/D转换器的其他实现方 法有Σ-Δ型A/D转换电路、流水线A/D转换电路等。 根据实际需要的转换精度、转换速率、功耗等指标选择A/D转换电路 和D/A转换电路，还应注意便于与其他数字系统或者微型计算机接口。

第九章数模和模数转换优秀课件

第九章数模和模数转换优秀课件

9.2 D/A转模路拟组开成关 DD电＝ ＝源10时时组电接 接成路运 地。由放解码网络、模拟开关、求和放求 算大放和器大集和器成基运准
基准参 考电压
R－2R倒T 形电阻解 码网络
9.2 D/A转换器
2. 工作原理 由于集成运算放大器的电流求和点Σ为虚地，
所以每个2R电阻的上端都相当于接地，从网络的A、 B、C点分别向右看的对地电阻都是2R。
第9章
第九章数模和模数 转换
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9.1 概述
➢ 数字电路、计算机只能对数字信号进行处理，其 结果为数字量。然而，自然界中绝大多数的物理 量都是连续变化的模拟量。例如温度、速度、压 力等。这些模拟量经传感器转换后所产生的电信 号也是模拟信号。若要数字装置或计算机对这些 信号进行处理，就必须将其转换为数字信号。
9.2 D/A转换器
➢DAC的输入是数字信号。它可以是任何一种编码， 常用的是二进制码。输入可以是正数，也可以是负数， 通常是无符号的二进制数。由于输入数字量的位数是 有限的，所以输出的模拟量也是有限的。例如三位 DAC只能有八个，相应模拟量输出的大小也只有八个 不同值。
9.2 D/A转换器
一、D/A转换基本原理 数/模转换就是将数字量转换成与它成正
比的模拟量。
数字量： (D3D2D1D0)2＝(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10 (1101) 2 ＝(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10
模拟量： uo＝K(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10 uo＝K(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10
(K为比例系数)
例如，某D/A转换器满量程输出电压为10V，如 果 误 差 为 1% ， 就 意 味 着 输 出 电 压 的 最 大 误 差 为 ±0.1V。百分数越小，精度越高。

数字电路设计数模与模数转换优秀课件

数字电路设计数模与模数转换优秀课件

传感器
被控 对象
执行元件
模/数 转换器
数字 系统
数/模 转换器
数字控制系统的组成框图
一、D/A转换器
由于构成数字代码的每一位都有一定的 “权”，因此为了将数字量转换成模拟量 该数字量，就必须将每一位代码按其“权” 转换成相应的模拟量，然后再将代表各位 的模拟量相加即可得到与该数字量成正比 的模拟量，这就是构成D/A转换器的基本思 想。
fs 2fimax
一般取 fs > 3 fi max 。
由于将取样电路取得的模拟信号转换为数字信 号仍需要一定时间，为了给后续的量化编码过程 提供一个稳定值，一般应将每次取得的模拟信号 暂时存储起来，以保证到下一个取样脉冲来之前 输入信号不变。
采样保持电路原理
u (t) uI (t)
s(t)
uO (t)
数字电路设计数模与 模数转换
如下图给出一个简单的控制系统的框图。首先通过传感器 将非电物理量提取出来，转换成随之变化的模拟电信号， 然后通过模拟信号向数字信号转换的电路，再将数字信号 送入数字系统进行处理；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，完成控制功能。
D/A转换器的电路形式很 多，这里只介绍两种。
权电阻网络D/A转换器
R F(R/2)
I U -
A
uO
+
8R I0 4R I1 2R I2 R I3 U
S0
S1
S2
S3
U REF
d0
d1
( LSB)
d2
d3
( MSB)
各组成部分： “电子模拟开关” “权电阻求和网络” “运算放大器” “基准电源”

第9章 数模转换和模数转换

第9章 数模转换和模数转换

。
数字电路与逻辑设计
Rf
（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。
I A vO
VREF
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-iR上的电流为
Ii VREF VREF i D = D 2 i i 23 i R 23 R
2
i
VREF ()
注意：该电路转换精度较高，
虑的是恒流源特性问题。
RI f4 2
但电路结构较复杂，主要考 vo I Rf Rf4I (20 D0 21 D1 22 D2 23 D3 )
2 D
i 0
3
i
数字电路与逻辑设计
改进：采用具有电流负 反馈的BJT恒流源电路 的权电流D/A转换器：
数字电路与逻辑设计
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。
Rf VREF 3 2Rf VREF 3 i i vO I Rf Rf I i ( D 2 ) ( D 2 ) i i 3 4 R 2 i 0 R 2 i 0 i 0
3
若取反馈电阻Rf=R/2，则输出模拟电压表达式为
VREF 3 vO I Rf 4 ( Di 2i ) 2 i 0

数字电子技术基础课件：数模与模数转换电路


数/模与模/数转换电路
8.2.2 典型的 D/A转换电路 1.权电阻网络 D/A转换器 图8.2.2是四位权电阻网络 D/A 转换器的原理图,它由权
电阻网络、模拟开关S0~S3和 I/U 转换电路组成。权电阻网 络中每一个电阻的阻值与对应位的位权成反比。图中模拟开 关 S0~S3由输入数码D0~D3控制,当Di=0时,模拟开关Si接地;当 Di=1时,模拟开关Si将电阻接到UREF上。这样流过每个电阻的 电流就和对应位的位权成正比,再将这些电流相 加,其结果就 会与输入的数字量成正比。
拟量电压或者电流输出。当采 用电压输出时,其输入、输出 关系可表示为
数/模与模/数转换电路
数/模与模/数转换电路
基于上述基本思想,一个 D/A 转换器应该由数码寄存器、 模拟电子开关、解码网络、求 和电路及基准电压等部分组 成,如图8.2.1所示。进行 D/A 转换时,先将数字量存于数码寄 存器中,由寄存器输出的数码驱动对应数位的模拟电子开关, 使解码网络获得相应数位的权 值,再送入求和电路,将各位的 权值叠加,从而得到与数字量对应的模拟量输出。
考虑到 D/A 转换器的工作原理比 A/D 转换器的工作原 理简单,而且在有些 A/D 转换 器中需要用 D/A 转换器作为内 部的反馈电路,所以本章我们先讨论 D/A 转换器,再介绍 A/D 转换器。
数/模与模/数转换电路
8.2 数/模转换电路
8.2.1 数/模转换的基本原理 数/模转换是将输入的数字量(如二进制数 NB)转换为模
数/模与模/数转换电路
数/模与模/数转换电路
图8.2.7 3位 D/A 转换器的比例系数误差
数/模与模/数转换电路
失调误差是由运算放大器的零点漂移所引起的,图8.2.8 是3位 D/A 转换器的失调误 差,由于运算放大器零点漂移的 影响会使输出电压的转移特性曲线发生平移,从而在输出端 产生误差电压 ΔuO2。失调误差电压 ΔuO2的大小与输入数字 量无关。

数模和模数转换PPT课件

第29页/共64页
2、量化和编码 由于输入电压的幅值是连续变化的，它的幅值不一定是其量化单位的整倍
数，所以量化过程会引入误差，这种误差叫量化误差。
量化后的信号只是一个幅值离散的信号，为了对量化后的信号进行处理， 还应该把量化的结果用二进制代码或其它形式表示出来，这个过程就叫做编码。
量化的方法一般有两种：只舍不入法和有舍有入法。
把模拟量转化为数字量的过程称为模-数转换，把相应的转换器件称为模-数转 换器（Analog-Digital Converter，简称A/D转换器或ADC ）。
把数字量转化为模拟量的过程称为数-模转换， 把相应的转换器件称为数-模转 换器（Digital-Analog Converter，简称D/A转换器或DAC ）
克，秤量步骤：
顺序 1 2 3 4
砝码重 8g 8g+4 g 8g+4g+2g 8g+4g+1g
比较判断 8g < 13g
保留
12g < 13g
保留
14g > 13g 撤去
13g ＝13g
保留
第38页/共64页
逐次渐近型A/D转换器的基本工作原理是： a. 控制电路首先把寄存器的最高位置1， 其它各位置0。
第25页/共64页
(2) 转换误差 偏移误差：数字输入代码全为0时， D/A转换器的输出电压与理想输出电 压0V之差。
增益误差： 为数字输入代码由全0变 全1时，输出电压变化量与理想输出 电压变化量之差。
第26页/共64页
非线性误差：为D/A转换器实际输出电 压值与理想输出电压值之间偏差的最大 值。
第30页/共64页
0~0.7V的模拟信号转化为3位二进制数码的量化过程

数模转换和模数转换

• 常用的D/A转换器有T型(倒T型)电阻网络D/A转换器、权电阻网络D/A 转换器、权电流D/A转换器及电容型D/A转换器等等。这里只介绍一 下倒T型电阻网络D/A转换器。
• 1.倒T型电阻网络D/A转换器 • 如图9-1-2所示为一个4位倒T型电阻网络D/A转换器(按同样结构可将
它扩展到任意位)，它由数据锁存器(图中未画)、模拟电子开关 (S0~S3) , R~ 2R倒T型电阻网络、运算放大器(A)及基准电压U REF组 成。
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9. 2 模数转换电路
• 3. ADC0809应用说明 • (1)ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 • (2)初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 • (3)送要转换的那一通道的地址到A,B,C端口上。 • (4)在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 • (5)是否转换完毕，可以根据EOC信号来判断。 • (6)当EOC变为高电平时，这时给GE为高电平，转换的数据就输出给
的取样频率由取样定理确定。 • 根据采样定理，用数字方法传递和处理模拟信号，并不需要信号在整
个作用时间内的数值，只需要采样点的数值。所以，在前后两次采样 之间可把采样所得的模拟信号暂时存储起来以便将其进行量化和编码。 • 2.量化和编码 • 经过采样、保持后的模拟电压是一个个离散的电压值。对这么多离散 电压直接进行数字化(即用有限个。
• 1.集成D/A转换器DA7520 • 常用的集成D/A转换器有DA7520,DAC0832,DA00808 , DA01230,
MC1408、AD7524等，这里只对DA7520做介绍。 • DA7520的外引线排列及连接电路如图9-1-3所示. • DA7520的主要性能参数如下: • (1)分辨率:十位; • (2)线性误差 • (3)转换速度

数模和模数转换电路精品PPT课件

时打入其DAC寄存器，并随之进行数模转换，同时输出相应的
模拟量。若三个DAC0832芯片的DAC寄存器处于直通状态，就
无法控制三路模拟信号的同步输出。
14.3 DAC0832与单片机的接口及应用
• 图中为采用单缓冲工作方式的一路D／A输出与8051单片机的连接 图。图中采用将芯片两级寄存器的控制信号并接的方式，即将 DAC0832的/WR1和/WR2并接后与805l的/WR信号线相连，/CS 和/XFER并接后与P2.7相连，并将ILE接高电平。在这种工作方式 下，输入数据在控制信号的作用下，送入DAC寄存器，再经D／A 转换输出一个与输入数据对应的模拟量。
D／A转换器的基 准电压VREF由稳 压管上的电压分 压后提供。图中 运算放大器的作 用将D／A转换器 输出电流转换成 电压输出。
图中的接法是采用线选法把DAC0832当作8031扩展的一个并行I／ O口，当P2.7=0时，则信号/CS和/XFER有效，若设其它无关的地 址位为“1”，则DAC0832的口地址为7FFFH。将一个8位数据送 入DAC0832完成转换的指令如下： MOV DPTR，#7FFFH ；指向0832的口地址 MOV A，#data ；待转换的数据送A MOVX @DPTR，A ；写入0832，即实现一次转换并输出
D/A转换程 序设计
（1） 锯齿波
（1）产生锯齿波 利用D／MAO转V换，DP可T方R，便#编7F程F输FH出各；种指不向同08的32程的控口电地压址波形。以下 几个程序M实O例V 可A在，图#0中0H的运放输出；端将产最生小不数同字的量电0压0H输送出A波形：
LOOP：MOVX @DPTR，A ；A中数据送0832转换，输出对应
• DAC0832是一典型的8位并行D/A转换器。为20引脚的双列直插 式封装
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Di 2
（MSB） D7 12 数字量输入 3 V EE = -15V
16 0.01μF
DAC0808 D/A转换器输出与输入的关系（ 设VREF=10V）
五． D/A转换器的主要技术指标
1.转换精度 （1）分辨率——D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。 输入数字量位数越多，分辨率越高。所以，在实际应用中，常用字量的位数 表示D/A转换器的分辨率。 此外，也可用 D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比来表示分辨率， N位D/A转换器的分辨率可表示为 1/（2n-1）。 （2）转换误差——
(LSB) D0 D1 D2 (MSB) D3 Rf
iΣ
A
+
vo
S0 2R 2R I 16 R I 16 I 8 2R
S1 I 8 R I 4 2R
S2 I 4 R I 2 2R
S3 I 2 +V R EF I
可算出，基准电流 I=VREF/R， 则流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2、I/4、I/8、I/16。 于是得总电流：
N沟道MOS管T作为开关用。 当控制信号vL为高电平时，T导通，vI经电阻Ri和T向电容Ch充电。 则充电结束后 vO=－vI=vC。 当控制信号返回低电平后，T截止。Ch无放电回路，所以vO的数值 可被保存下来。
vo
Dn-1 输入 输出
010 011 100 101
110 111 D
二． 倒T形电阻网络D/A转换器（4位）
图中S0～S3为模拟开关，由输入数码Di控制， 当Di=1时，Si接运算放大器反相输入端（虚地），电流Ii流入求和电路； 当Di=0时，Si将电阻2R接地。
所以，无论Si处于何种位置，与Si相连的2R电阻均接“地”（地或虚地）。
可推得n位倒T形权电流D/A转换器的输出电压：
VREF R f vO n R1 2
i D 2 i i 0 n 1
四． D/A转换器应用举例
DAC0808是8位权电流型D/A转换器，其中D0～D7是数字量输入端。 用这类器件构成的D/A转换器时，需要外接运算放大器和产生基准电流 用的电阻R1。 当VREF=10V、 R1=5kΩ 、 Rf=5kΩ 时， 输出电压为：
iΣ
A
+
vo
S0 I 16
S1 I 8
S2 I 4
S3 I 2
V R EF
I I I I vO i R f R f ( D3 D2 D1 D0 ) 2 4 8 16 I 4 R f ( D3 23 D2 2 2 D1 21 D0 2 0 ) 2 3 I 4 R f Di 2i 2 i 0
采用具有电流负反馈的BJT恒流源电路的权电流D/A转换器：
(MSB) D3 D2 D1 (LSB) D0 Rf
iΣ
A1
+
vo
I=IR EF = R1 V
VR EF R1 Tr
S3 I 2 T3 T2
S2 I 4 T1
S1 I 8 T0
S0 I 16 Tc
I 16
VR EF
R+ +
A2
V2i )
将输入数字量扩展到n位，则有：
[ ( Di 2 i )]
i 0
n 1
可简写为：vO=－KNB 其中： K=
Rf R

V REF 2n
三． 权电流型D/A转换器
为进一步提高 D/A 转换器的转换精度，可采用权电流型 D/A 转换器。
(LSB) D0 D1 D2 (MSB) D3 Rf
2.转换速度
（1）建立时间（tset）——当输入的数字量发生变化时，输出电压变化到相应稳定 电压值所需时间。最短可达0.1μ S。 （2）转换速率（SR）——在大信号工作状态下模拟电压的变化率。 3. 温度系数——在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一 般用满刻度输出条件下温度每升高1℃，输出电压变化的百分数作为温度系数。
f S 2 f i max
式中fS为取样频率，fimax为输入信号vI的最高频率分量的频率。 因为每次把取样电压转换为相应的数字量都需要一定的时间，所以在每次 取样以后，必须把取样电压保持一段时间。可见，进行A/D 转换时所用的 输入电压，实际上是每次取样结束时的vI值。
二． 取样—保持电路
电路组成及工作原理（取Ri=Rf）:
IE3
IE2
IE1
IE0
IEC
IBB 偏置 电流
R VEE
2R
2R
2R
2R
2R
R
R
R
VREF 基准电流： I REF 2I E3 R1
由倒T形电阻网络分析可知，IE3=I/2，IE2=I/4，IE1=I/8， IE0=I/16，于是可得输出电压为
vO i R f R f VREF 2 4 R1 ( D3 2 3 D2 2 2 D1 21 D0 2 0 )
第九章 数模与模数转换电路
9.1 D/A转换器
一． D/A转换器的基本原理
对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些 模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数字/模拟 转换。
v o/V
D0 D1 7 6 5 4 3 2 1 0 000 001
. . .
D/A转换器
R f V REF 2 R1 10
7 8 7
V C C= +5V 13 （LSB） D0 D1 D2 D3 D4
i
5 6 7 8 9 10 11 DAC0808
14 15 2 4
R1 5kΩ 5kΩ
V R EF
5kΩ Rf + A
vO
i 0
Di 2
i
D5 D6
vO
模拟量输出
2 8 i 0
9.2
A/D转换器
一．A/D转换的一般步骤和取样定理
由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般的A/D转换过程为：取样、
保持、量化和编码。
CPS
v（ I t）
S
vI （t）
ADC的 量化编码电路
. . .
Dn -1 D1 D0
ADC 输入模拟电压 取样保持电路 取样展宽信号
数字量输出（n位）
取样定理：
D0 D1 D2 D3 V V i REF ( 4 3 2 1 ) 4 REF R 2 2 2 2 2 R
输出电压：
(D 2 )
i i i 0
3
R V vO i R f f REF R 24
vO Rf R V REF 2n

i 0
3