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第八章 数模和模数变换器

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第八章数模和模数转换详解演示文稿

第八章数模和模数转换详解演示文稿

DI2
输出型8位数/模转换器。单电源供电，从+5～
DI1
+l5V均可正常工作。基准电压的范围为
DI0
±10V，电流建立时间为lµs，低功耗20mW。
VREF
R FB
DGND
1
20
2
19
3
18
4
17
5
16
DAC0832
6
15
7 引脚图 14
8
13
9
12
10
11
VCC ILE WR2 XFER DI4
DI5 DI6 DI7 IOUT2 IOUT1
取值控制。当di＝1时开关接
到参考电压VREF上，有支路 电流Ii流向求和放大器；当
di＝0时开关接地，支路电
流Ii为零。
图8.2.2
权电流：Ii VREF Ri
I0 VREF 23 R
I1 VREF 22 R
I2 VREF 21 R
I3 VREF 20 R
第8页，共38页。
8.2 D/A转换器的基本原理
一．A/D转换的一般步骤
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。
第24页，共38页。
8.3 A/D转换器的基本原理 8.2.2 不同类型ADC的特点
模数转换器的种类很多，按工作原理的不同，可分成间接
ADC和直接ADC。
1.间接ADC
常用的集成芯片有
第34页，共38页。
8.3 A/D转换器的基本原理
若vo> vI ，则去掉这
个1;若vo< vI ，则保 留这个1.然后再将次 高位设置成1,再进行

数模转换和模数转换原理ppt课件

数模转换和模数转换原理ppt课件

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。 2
8.2 数模转换器
一、D/A转换器的基本工作原理
D/A转换器是将输入的二进制数字量转换成模拟量， 以电压或电流的形式输出。
D/A转换器实质上是一个译码器（解码器）。一般常
用的线性D/A转换器，其输出模拟电压uO和输入数字量Dn 之间成正比关系。UREF为参考电压。
②应用：它是目前集成D/A转换器中转换速度较高且使用
较多的一种，如8位D/A转换器DAC0832，就是采用倒T型电
阻网络。
精选ppt
13
8.2 数模转换器
三、D/A转换器的主要技术指标
1. 分辨率
分辨率用于表征D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。
①D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数－－可用输
8.2 数模转换器
2. 转换精度
D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想 值之差，即最大静态转换误差。
3. 转换速度
从输入的数字量发生突变开始， 到输出电压进入与稳定值相差 ±0.5LSB范围内所需要的时间，称为
建立时间tset。目前单片集成D/A转换
器（不包括运算放大器）的建立时间 最短达到0.1微秒以内。
令 RF=R/2 ，则
uOU 2 R nEn i F 0 1di2i U 2 R nED F n
即：输出的模拟电压uO正比于输入的数字量Dn，从而实现
了从数字量到模拟量的转换精。选ppt
8
8.2 数模转换器
当Dn=Dn-1…D0=0时，uO=0
2n 1 当Dn=Dn-1…D0=11…1时， uO 2n UREF。
精选ppt
5

数字电子技术第8章数模和模数转换简明教程PPT课件

数字电子技术第8章数模和模数转换简明教程PPT课件

送到D/A寄存器中锁存。 WR 2 有效时，必须 XFER有效。
IOUT1：电流输出引脚1。随DAC寄存器的内容线性变化，当DAC寄存器输入全为1 时，输出电流最大，DAC寄存器输入全为0时，输出电流为0。
IOUT2：电流输出引脚2，与IOUT1电流互补输出，即IOUT1+ IOUT2=常数。 连。该运算放大器是将D/A芯片电流输出转换为电压输出VOUT。
DAC0832与80C51单片机的双缓冲方式接口电路
8.3 A/D转换器
8.3.1 A/D转换的基本原理
A／D转换过程包括采样、保持、量化和编码4个步骤。 1．采样和保持 (1) 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，即把时间上连续的模 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。 连续信号的采样过程如下图所示。


对于n位的权电阻网络D/A转换器，当反馈电阻为R/2时，输出电压的计算公式可写成
vO －
VREF 2
n
2
0
d 0 21 d1 2 n -2 d n -2 2 n -1 d n -1 －

VREF 2
n
Dn
vO 0 。 当输入的数字量 Dn =0时，
n 1 当 Dn =11…11时，vO － 2 n VREF 。
D/A转换器的转换时间是由其建立时间 t set 来决定的，表示从输入的数字量发生突变 开始，到输出电压进入与稳态值相差 1 LSB范围内的这段时间，如下图所示。
2
除了上述指标外，在使用D/A转换器时，还必须知道工作电源电压、输出方式、输出 值的范围和输入逻辑电平等，这些都可以在使用手册中查到。
D/A转换器的方框图如下图所示。

第八章数模和模数变换

第八章数模和模数变换

模数转换器
• 模数转换的一般过程
– 在具体进行模数转换之前，要对模拟信号离散 化。模数转换的一般过程是：取样、保持和模 数转换。
模数转换器
• 模数转换器的主要参数
1. 分辨率 – 分辨率就是模数转换器的位数。它反映了数字 输出变化1位时所对应的模拟输入的变化。就 是数字变化1位时所可以分辨的输入的变化。
数模转换器
• 数模转换器 的一般框图
– 输入的n位数字量存储在一个寄存器中。每一 位数字量di控制一个模拟电子开关：di等于0时 开关断开，di等于1时，开关接通。di等于1时 将位权网络的一个支路与求和放大器连接，并 给放大器提供与di的权值成比例的输入电流， 经过放大器的求和，再转换为与数字量成比例 的模拟量的输出。
流入运算放大器的电流：
若取反馈电阻RF=R，则n位转换器的输出电压为：
在实际的集成电路设计中，不同电流值的电流源可 以通过多发射极晶体管来实现。
数模转换器
• 单电流源网络数模转换器
– 从集成电路制造来说，电流源的值比例不能很 大，权电流源网络数模转换器的位数不能很大。 – 单电流源网络数模转换器也是通过电流源为每 个支路提供电流，但是，使用的电流源都有相 同的电流值。然后，再通过电阻的分流，获得 每个支路所需要的电流值。 – 下面是4位单电流源网络数模转换器的原理图 。
FSR:满量程,对应于数 模转换器的最大输出 范围。
VFSR = (2n-1)×1位幅度
数模转换器
• 数模转换器的主要参数
1．分辨率 – 分辨率（resolution）就是数模转换器输入的 二进制数的最高位数。单位是比特（bit）。有 时候也直接用“位”作为单位。 – 分辨率是数模转换器的一个主要指标，反映转 换后能够区分的模拟信号的大小。 VFSR – n位数模转换器可以分辩的模拟量是： n

第8章模数及数模转换

第8章模数及数模转换

D0
…
D/A 转换器
V(或I)
8.2 D/A转换器
❖ 8.2.1 权电阻网络D/A转换器
❖ 图是4位权电阻网络D/A转换器的原理图，由模拟电子开关阵列、权电阻网络、
运算放大器和基准参考电压源组成。
D3
D2
D1
D0
VREF
数字寄存器
Ｓ3
Ｓ2
Ｓ1
Ｓ0
RF
R
2R
4R
8R
—
V
＋
8.2 D/A转换器
❖ (1)数码寄存器：在锁存指令控制下，将输入数字量D3～D0存入寄存器中，使得 在一次完整的转换过程中输入的数字量保持稳定。
8.3 A/D转换器
❖ 8.3.1 A/D转换的基本原理
❖ A/D转换的功能就是将模拟信号转换为对应的数字信号。通常要求这种转换是线 性的，使得每次转换产生的若干位数字量可以真实地反映当前模拟量的大小。
采样
保持
量化
编码
Vi
S
Vs
Vo
C
S (t) ( a)
8.3 A/D转换器
❖ 通常采样和保持是由采样保持电路来实现的，
❖ 当第三个CP脉冲到达后，节拍脉冲CP2的下降沿使JK触发器FF1的输出Q1为0， FF0被直接置为l，Q2Q1Q0=D2D1D0=101，3位D/A转换器输出的比较电压为 VR=5V，此时因Vi>VR，故比较器输出仍为CO =l，各JK触发器的J=1，K=0。
8.2 D/A转换器
❖ 8.2.3 权电流型D/A转换器
❖ 上述两种D/C转换器都是利用电子开关将基准电压接到电阻网络中去，由于电子 开关存在导通电阻和导通压降，而且其值也各不相同，不可避免会引起转换误差； 而权电流型D/A转换器是将一系列的电流源通过控制开关引导到负载上，可以很 好地克服上述两种D/C转换器存在的缺陷。

第8章数模转换器与模数转换器

第8章数模转换器与模数转换器
S0 S1 S2 S3
R ∞
O1 O2
－
＋
uo
I /1 6
2R 2R
I /8
2R
I/4
2R
I/2
2R
I= V REF / R
R
A B
R
C
R
D
I/8
I/4
I/2
I
－VREF

1. 倒T形电阻网络DAC
（1）电阻译码网络
电阻译码网络由R及2R两种电阻接成倒T形构成。由于网络两个输出端O1，O2都处 于零电位（O1点为虚地），所以从A、B、C任一节点向左看等效电阻都是2R， 如图（b）所示，因此，基准源电流I为
数据总线 d0～d7 (CS1)① (CS2)② 数据1锁存到①输入锁存器 (WR1)① 数据1输入①输入锁存器 (WR1)② 数据2输入②输入锁存器 WR2(XFER) ILE＝1 D/A寄存器锁存 数据2锁存到②输入锁存器
刷新模拟输出
8.1 DAC
8.1.3 1.
DAC的主要参数

第8章 数模转换器与模数转换器
ADC与DAC在工业控制系统中的作用举例。
非电模拟量
传感器
模拟信号
ADC
数字信号
数字系统
数字信号
DAC
模拟信号
执行机构
8.1 DAC

8.1.1 D/A转换基本原理
数字量是用代码按数位组合起来表示的，每一位代码都有一定的 权值。例如，二进制数1010，第四位代码权是23，代码“1”表 示数值为“8”；第三位代码权是22 ，代码“0”表示这一位没有 数；第二位代码权是21 ，代码“1”表示数值为“2”；第一位代 码权是20，代码“0”表示这一位没有数，这样1010所代表的十 进制数是8×1＋4×0＋2×1＋1×0＝10。可见，数模转换只 要将数字量的每一位代码，按其权数值转换成相应的模拟量， 然后将各位模拟量相加，即得与数字量成正比的模拟量。

电子技术及应用第八章数模和模数转换电路

电子技术及应用
第8章 数模转换和模数转换电路
第8章 数模转换和模数转换电路
8.1 应用举例 8.2 数模转换电路 8.3 模数转换电路
8.1 应用举例
第8章 数模转换和模数转换电路
概述
在日常生活中，绝大多数的物理量都是连续变化的模拟量， 例如：温度、压力等。而这些模拟量经传感器转换后所产生的 电信号仍然是模拟信号，如果用数字系统对这些信号进行处理 时，必须将电信号转换为数字信号，即模/数转换，简称A/D转 换（Analog to Digital）,完成模/数转换的电路称之为模/数转换 器，简称ADC(Analog to Digital Converter)。当需要用数字系 统控制外部的模拟信号时，必须将数字信号转换成模拟信号， 完成相反的过程，即DA转换，简称D/A转换(Digital to Analog)， 完成数/模转换的电路称之为数/模转换器，简称DAC(Digita to Analog Converter)。
式中，n为二进制位数。 Dn
i d 2 i i 0
n 1
8.2 DAC转换的原理 8.2.2数模转换器的性能指标 1）转换精度 分辨率:
第8章 数模转换和模数转换电路
8.2 DAC转换的原理
第8章 数模转换和模数转换电路
8.2.2数模转换器的性能指标
转换误差:
8.2 DAC转换的原理
UR
UR
UR
8.2 1 DAC转换的原理
第8章 数模转换和模数转换电路
倒T型电阻网络D/A转换器
Uo ik R f URRf 24 R URRf 2 R
4
(d 3 2 3 d 2 2 2 d1 21 d 0 2 0 ) D4

第8章 数模和模数转换(1)


R/2
VREF 比较器
－+C7
R
－+C6
R
－+C5
R
ui
－+C4
R －+C3
R －+C2
R －+C1
R/2 CP
寄存器
1D
Q7 C1
FF7
1D
C1
Q6
FF6 1D
Q5
C1
FF5 1D
Q4
Q4 C1
FF4 Q3 1D
C1
FF3 1D
Q2
Q2 C1
FF2 1D
Q1
C1 FF1
编码器
& & & &
并联比较型 A/D 转换器
从参考电压端输入的电流为：I REF

VREF R
A IREF +VREF
2R
B I'3 R
I3 2R
C
D
I'2 R I'1 R
I2 2R
I1 2R
S3
S2
S1
S0
I'0 I0 2R
iF RF
－
i
uo
+
d3
d2
d1
d0
I REF
VREF R
I3
1 2 I REF
VREF 2R
I1
1 8
I
REF
触发器FF1、 FF2、 FF3
置1。经编码器编码后
输出的二进制代码为
d2d1d0=011。 d0 依此类推，可以列出ui & 为不同等级时寄存器的
状态及相应的输出二进
制数。

中职数模和模数转换电路PPT课件


WR2 Uref
Uref
直通工作方式
(c)
DAC0832的三种工作方式
8.3 ADC转换的原理
第8章 数模转换和模数转换电路
AD转换的过程：采样 保持量化 编码8.3 ADC转换的原理 8.3.1 AD转换的过程
第8章 数模转换和模数转换电路
采样的工作过程
8.3 ADC转换的原理 8.3.1 AD转换的过程
C
UI 开关
输入电压
－
标准
＋
电压
A
积
A
B
分
输
B
时钟
控制逻辑
出
计数器
T1
开始 固定积分时间
T2
t
双积分式A/D转换器工作原理图 五、简易电压表的设计与制作
8.3 ADC转换的原理
第8章 数模转换和模数转换电路
8.3.3 A/D转换器的主要参数
1、A/D转换器的转换精度
8.3 ADC转换的原理
第8章 数模转换和模数转换电路
D0~D7
Rb
D0~D7
Rb
I0
-
“1”
ILE
I1
+
地址 译码
WR
CS WR1
XFER
“1” Uo
地址 译码
I0
ILE
I1
CS XFER WR1
-
+
U0
WR2 Uref Uref
WR
WR2 Uref
Uref
双缓冲工作方式
单缓冲工作方式
(a)
(b)
D0~D7
Rb
“1”
I0
ILE
I1
+
U0

8 数模与模数转换PPT课件


1 210 1
n=11的DAC分辨率=
1 211 1
22
(2) 转换误差一般是指输入端加满刻度的数字量时， DAC输出电压的理论值与实际值之差。转换误差 一例般如应，低某于控制系统12中。U有LSB一D/A转换器，如果系统要求该 D/A转换器的转换误差（相对误差）小于0.25%，试问 应选择多少位的D/A/转换器？
31
+Ui
-UREF
S1 R
vS1
S2
C
﹣ +A
vo<0，vc=1 vo≥0，vc=0 vo﹣+C vc
第一次积分：（定时积分）:转换开始(t=0)时， 电子开关S1接通模拟输入信号电压US1=Ui，积 分器开始对输入的Ui进行积分
32
第二次积分：（定值积分）:开关S1接到-UREF，积分器开 始反向积分
14
0
R
2R 2R
1
R
2R
RF
… n-2
R
2R
n-1 2R
2R
+
Uo
S0
○○
UR
○ S1
○○
…
○Sn-2
○○
○Sn-1
○○
d0
d1
dn-2
dn-1
Un1=(U 3R)(1 2)n1n i= 0 1di2i
运算放大器的输出为：
U O=2 R R FU n1=3 R R FU 2n Rn i= 0 1di2i
●
N●
20R
Sn-1
–
RF
A
+
●
Uo
UR ●
●
●
●
●
●
●
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第八章
数/模与模/数变换
(8-1)
第八章 数/模与模/数变换器 §8.1 概述
§8.2 D/A 变换器
§8.3 A/D 变换器
(8-2)
§8.1 概述
数/模与模/数变换器是计算机与外部 设备的重要接口,也是数字测量和数字控 制系统的重要部件。
能将数字量转换为模拟量的装置称为 数/模变换器( 简称D/A变换器 ); 能将模拟 量转换为数字量的装置称为模/数变换器 ( 简称A/D变换器 )。
1
DAC 0832 简化电路框图
(8-16)
DAC0832 功 能 表
控 制 条 件 功 能
说
CS ILE WR1 XFER WR2
明
数据D7-D0输 入到寄存器1 数据由寄存器 1转送寄存器2
从输出端取 模拟量
0
1
WR1 = 0时存入数据 WR1 = 1时锁定
0
WR2 = 0时存入数据 WR2 = 1时锁定
7E / 8 > ux > 6E / 8 1 1 1 1 1 1 0 1 6E / 8 > ux > 5E / 8 1 1 1 1 1 0 0 1 5E / 8 > ux > 4E / 8 1 1 1 1 0 0 0 1 4E / 8 > ux > 3E / 8 1 1 1 0 0 0 0 0 3E / 8 > ux > 2E / 8 1 1 0 0 0 0 0 0 2E / 8 > ux > 1E / 8 1 0 0 0 0 0 0 1E / 8 > ux > 0 0
(8-20)
E R 7E/8 R 6E/8 5E/8 4E/8 R R
ux
+ + +
8.3.1 并联比较型
- +
G
F E D C B
- +
- +
编 码
D2
D1 D0
电路由三部 分组成: 分压 器、比较器和 编码器。 这种A/D 变 换器的优点是 转换速度快， 缺点 是所需比 较器数目多， 位数越多矛盾 越突出。
1 0 0 0
制
逻
数码寄存器
辑
时钟
1 0 0 0
移位寄存器
原理框图
(8-24)
8.3.3 双积分型ADC
基本原理：对输入模拟电压和基准电压进行两次积分，先对输入 模拟电压进行积分，将其变换成与输入模拟电压成正比的时间间 隔T1，再利用计数器测出此时间间隔，则计数器所计的数字量就 正比于输入的模拟电压；接着对基准电压进行同样的处理。 原理电路
(8-13)
8.2.4 集成电路D/A变换器 DAC 0832及其应用 D/A变换器集成电路有多种型号。 下面仅以DAC0832为例来介绍集成电 路D/A变换器。 它是八位的D/A变换器,即在对 其输入八位数字量后，通过外接的 运算放大器，可以获得相应的模拟 电压值。
(8-14)
CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0 UR Rf b DGND
UA = UR/8
因此，每个 2R支路中的 电流也逐位减 半。
(8-11)
UR
D R
C R
B R A R0 R1 2R 2R S0 S1 1 I1 1 I0 I
R2 R3 2R 2R S2 S3 0 0 I3 I2
2R
RF
D3 D2 D1 I = I 3 + I2 + I1 + I 0
D0
A + +
(8-21)
R 3E/8
R 2E/8 R R
+ + +
- +
- + - +
- +
器
E/8
A
数字输出
+
逻辑状态关系表
输入电压
ux
比较器输入
编码器输出
A B C D E F G D2 D1 D0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0
E > ux > 7E / 8 1 1 1 1 1 1 1
(8-9)
Uo = -
UR RF
8.2.2 T形解码网络D/A变换器( 以4位为例 )
UR D R C R
B R A
R0 R1 2R 2R S0 S1 1 I1 1 I0 I 2R RF
R2 R3 2R 2R S2 S3 0 0 I3 I2
D3
D2
D1
D0
A + +
uo
和权电阻网络相比，T形解码网络中电阻的类型少， 只有R、2R两种，电路构成比较方便。
第二次 加4克 砝码总重仍 <待测重量Wx ，故保留
第三次 加2克
砝码总重 > 待测重量Wx ，故撤除
12 克
13 克
(8-23)
第四次 加1克 砝码总重 ＝ 待测重量Wx ，故保留
uc
＋
－
＋
ux (待转换的模拟电压) uo
D / A
输出
控
清 0、置数
“1”状态是否保留 控制端 清 0、置数 CP、(移位命令)
－VREF 基准电压
逻辑 控制门
定时器
n 位二进制计数器 dn -1 dn-2 d0
& 时钟输入 控制门 G
CP TC
n 位二进制数字输出
(8-26)
时段①：固定时间积分, 到时结束 时段②：固定斜率积分， 过零结束
(8-27)
数
双积分型A/D转换器
2n N2 Ui VREF
优点：精度较高，对元件要求低
输入模拟电压 ui S1 基准电压 R S2 C － + 积分器 uo CO= － + 比较器 CO =1(uo ≤0) =0(uo >0)
－VREF
逻辑 控制门
定时器
n 位二进制计数器 dn -1 dn-2 d0
& 时钟输入 控制门 G
CP TC
(8-25)
n 位二进制数字输出
S2 输入模拟电压 ui S1 C R － + 积分器 uo CO= － + 比较器 CO =1(uo ≤0) =0(uo >0)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
UCC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 Iout2
CS：片选端 WR1 、WR2：写入端 D7--D0：数据输入端 XFER：转移控制端 ILE：锁存使能端 Iout2 Iout1 ：电流输出端
(8-3)
§8.2 D/A 变换器
基 本 原 理 将输入的每一位二进制代码按其权的大小转 换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟 量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比， 这样便实现了从数字量到模拟量的转换。
d0 输入 d1
…
dn －1
D/A
uo 或 io 输出
(8-4)
uo (V)
转 换 特 性
…
d1 d0
数字量输出 (n 位)
ADC 输入模拟电压 采样-保持电路
采样展宽信号
模拟电子开关 S 在采样脉冲CPS 的控制下重复接通、断开的 过程。 S 接通时， ui(t) 对 C 充电，为采样过程； S 断开时， C 上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的 模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。
无控制信号， 随时可取
(8-17)
本节小结：
D/A转换器的功能是将输入的二进制数字信 号转换成相对应的模拟信号输出。D/A转换器根 据工作原理基本上可分为二进制权电阻网络D/A 转换器和T型电阻网络D/A转换器两大类。由于T 型电阻网络D/A转换器只要求两种阻值的电阻， 因此最适合于集成工艺，集成D/A转换器普遍采 用这种电路结构。 如果输入的是 n 位二进制数，则 D/A转换器 的输出电压为：
7 6 5 4 3 2 1 0
D
000 001 01 0 011 100 10 1 110 111
uo K u (d n 1 2n 1 d n 2 2n 2 d1 21 d 0 20 )
(8-5)
8.2.1 权电阻D/A变换器
UR R3 R2 R1 R0
(8-19)
A/D 转换器的主要技术指标
（1）分辨率 A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多， 误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟电压的变化范围 为 0 ～ 5V ， 输 出 8 位 二 进 制 数 可 以 分 辨 的 最 小 模 拟 电 压 为 5V×2－8 ＝ 20mV；而输出 12位二进制数可以分辨的最小模拟 电压为5V×2－12≈1.22mV。 （2）相对精度 在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。相对精度 是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。 （3）转换速度 转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接 到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所 经过的这段时间。
由于解码网络的电路结构和参数匹配，使得上图 中D、C、B、A四点的电位逐位减半.
(8-10)
UR
D R
C R
B R A R0 R1 2R 2R S0 S1 1 I1 1 I0 I 2R
R2 R3 2R 2R S2 S3 0 0 I3 I2
RF
D3
D2
D1
D0
A + +
uo
即：
UD = UR
UC = UR/ 2 UB = UR/4
前者相当于开关S 接到 “ 1 ” 端 ，后者 则 相当于开关S 接到 “ 0 ”端 。