电工电子实验系列讲座数模转换与模数转换的应用

求和 uA 放大器
图2 DAC方框图
n1
uA KDU REF KU REF Di 2i
i0
4
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
uA
6
4
2
1111 1101 1011 1001
0010 0100 0110
1110 1100 1010
0001 0011 0101 0111 D
uO


U REF 2n
D
6
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IR =
UR EF R
A RB
UR EF
IR IR IR
2 24
RC
IR
8
M RN
IR
2 n -1
IR
2 n -1
2R
2R
2R
2R
2R
IR
2n
2R
S0
S1
S2
S n-2
S n-1
RF
P
∞
uO
I∑
D n-1
D n-2
D n-3 D 1
C
QC
SK
器
RJ
D
QD
SK
UR EF
CP
D D
D
D
012 3 4 时序分配器
D0
D1
D2
图6 4位逐次逼 D3 近型A/D转换器
结构图
20
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CP CP0 CP1 CP2 CP3 CP4
图7 时序分配器输出波形
21
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a. 用输出的电压（电流）值表示
R

U REF 2n

uOm 2n 1
8
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b. 用百分比表示
R
u UOm


U REF 2n

U REF 2n
(2n
1)

1 2n 1
c. 用位数n表示
(2)转换误差 a. 绝对误差：实际值与理想值之间的差值。 b. 相对误差：绝对误差与满量程的比值。
1
0

uO

1U 8
REF


U REF 2n

1U 8
REF
(0 ~ 1)
0
最大量化误差 max 1
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采样—保持信号uO
量化电平uq
13U 15
REF

uO

15U 15
REF
(6.5
Βιβλιοθήκη Baidu
~
7.5)
7
… …
1U 15
REF
uO
D0
图4 倒T型R-2R电阻网络D/A转换电路
7
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满量程电压值：
uOm


2n 2n
1U
REF
3.DAC的主要参数
（1）分辨率
输入变化1LSB时，输出端产生的电压变化。
LSB：Least Significant Bit MSB：Most Significant Bit
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(3)建立时间tset 从输入的数字量发生突变开始，直到输出电
压进入与稳态值相差±½ LSB范围以内的这段时 间。
uO
±½LSB
tset
t
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三、ADC
1.模数转换的一般过程
（1）采样和保持 （2）量化与编码 量化电平（离散电平） ：都是某个最小单位（
JKFF、寄存器 2.工作原理
先使JKFF的最高位为1，其余低位为0，比 较，下一CP有效沿到，决定1的去留；
再使JKFF的次高位为1，其余低位为0，比 较，下一CP有效沿到，决定1的去留；
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直到最低位比较完为止。此时JKFF中所存 的数码就是所求的输出数字量。
量化单位△）的整数倍的电平。 ①舍尾方法 ②四舍五入方法
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u1(t)
O (a)模拟输入信号
t
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S (t )
O ( b′)采样信号
t
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S(t)
O (b)采样输出信号
b. 用百分比表示
U REF
R u U Im
2n U REF

1 2n
c. 用位数n表示
（2）转换误差 a.绝对误差 ：
与输出数字量对应的理论模拟值与产生该数 字量的实际输入模拟值之间的差值
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b.相对误差 ： 绝对误差与额定最大输入模拟值（FSR）
t
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uO(t)
O （c）采样保持信号
图5 模拟信号的采样保持
t
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采样—保持信号uO
7 8
U
REF

uO

8U 8
REF
(7 ~ 8)
量化电平uq
7
… …
1U 8
REF

uO

2U 8
REF
(1 ~ 2)
转换位数为N，则转换时间为(N+1)Tcp。
3.ADC的主要参数
（1）分辨率：所能分辨的输入模拟量的最小值。
a. 用输入的电压（电流）值表示
R

U REF 2n

U Im 2n
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C
uI
A
F
1G
UR' EF
QA D/A
RJ
A
SK
转
RJ
B
QB
SK
换
RJ
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
主讲：张学军
电工电子实验教学中心
二〇〇七年五月三十一日
1
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
目录
一、概述 二、DAC 三、ADC 四、常用DAC 五、综合实验设计
2
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
一、概述
1.概念及其应用
-2
-4
-6
图3 D和uA的关系图
5
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2.倒T型R-2R电阻网络DAC
（1）构成 电阻网络、双向电子模拟开关、求和放大器、 数码寄存器、参考电源
（2）工作原理
uO
U2RnEF
Rf R
n1
Di 2i
i0
KDU REF
通常取 Rf=R，则：
传感 器
A/D
计算
机
D/A
模拟 控制
被测被控对象
图1 典型的数字控制系统框图
2.主要技术指标
（1）精度：用分辨率、转换误差表示 （2）速度：用转换时间、转换速率表示
3
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二、 DAC
1.DAC的基本原理
参考电源 UREF
D 数码 寄存器
模拟 开关
译码 网络

3U 15
REF
(0.5
~ 1.5)
1
0

uO

1U 15
REF
(0 ~ 0.5) 0


2 2n1

U 1
REF

2U 15
REF
最大量化误差 max

2
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2.逐次逼近式ADC
（1）组成 电压比较器、D/A转换器、时序分配器、