模拟量与数字量的转换

+
A+
+
UO
–
S0 S1 S2 S 3 1 0 1 0 1 0 1
d0 最低位 (LSB) Q0
d1
d2
Q1 Q2 数码寄存器
d3 最高位 参考电压 Q3 (MSB) 存放四位 二进制数
+UR
各位的数码控制相应位的模拟开关，数码为“1” 时，开关接电源UR；为0时接“地”。
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第7章 模拟量和数字量的转换
7.1 D/A转换器 7.2 A/D转换器
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第7章 模拟量和数字量的转换
本章要求 1. 了解D/A、A/D转换的基本概念和转换原理; 2. 了解D/A、A/D转换常用芯片的使用方法。
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模数与数模转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。 模 数 ADC 传感器 数字计算机 拟 字 信 信 DAC 模拟控制 数字控制 号 号
1 0

n 0
n 1
( X i 2i )
D/A转换器的输出应是与输入数字量成正比的 模拟电压 或 模拟电流
i0 K i X K i
u0 K v X K v

n 0
n 1
( X i 2i )

n 0
n 1
( X i 2i )
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2.转换原理
用戴维宁定理和叠加定理计算UA R R R A
2R 2R S0 S1 1 0 1 2R S2 01 2R S3 0 1 2R 0
最低位 d0 (LSB)
d1
d2
1
0
0
d3 最高位 (MSB)
+UR
0
对应二进制数为0001
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将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换 器(简称A/D转换器或ADC)； 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)
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7.1 D/A转换器
数–模转换（D/A转换器）的基本思想： 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，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。
输出电压的变化范围
2n 1 Ur 0～ 2
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7.1.3 R-2R T型电阻网络D/A转换器
1. 电路
R 2R 2R R 2R R A 2R 2R 2R 0 模拟 开关 RF
+
A+
+
UO
–
S0 S1 S2 S 3 1 0 1 0 1 0 1
最低位 d0 (LSB) Q0
2. 转换原理 对应二进制数为0001时，等效电路如右下图 0 R 1 R 2 R 3A
2R 2R 2R 2R 2R R
A
UR
0 R R 1 R 2R 2 R A 2R 2R 3
UR d0 4 2
Fra Baidu bibliotek
开路电压 UR U A 4 d0 2
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2. 转换原理
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7.1.1 D/A转换器的转换特性
n位二进制数X（Xn-1、Xn-2、…X1、X0） 定义其最低位（LSB）X0和最高位（MSB）Xn-1的权分别为20 和2n-1 ,则有:
X X n1 2
n 1
X n2 2
n2
X1 2 X 0 2
开路电压 UR UA 1 d3 2
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2.转换原理 T型网络开路时的输出电压UA，即等效电源电压UE 。
UR UR UR UR U A U E 1 d 3 2 d 2 3 d1 4 d 0 2 2 2 2 UR 4 (d 3 23 d 2 22 d1 21 d 0 20 ) 2
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2. 转换原理 分析输入数字量和输出模拟电压Uo之间的关系
T型电 子网络 R 2R 2R RF R A 2R 2R 2R
R 2R
A +
+
+
UO
–
S0 S1 S2 S3 1 0 1 0 1 0 1 0
d0
d1
d2
d3
+UR
反相比例 运算电路
T型网络开路时的输出电压UA即是反相比例运算电 路的输入电压。
n位的权电阻D/A转换器
I
Ur n 1 n2 (2 X 2 X n2 n 1 n 1 2 R
21 X 1 20 X 0 )
若反馈电阻为
RF R / 2
21 X 1 20 X 0 )
U0
U R I nr (2n 1 X n 1 2n 2 X n 2 2 2
对应二进制数为0001时， 等效电路如下 A
R
同理：对应二进制数 为0010时，有 A
R
UR d0 4 2
开路电压 UR U A 4 d0 2
开路电压 UR UR d1 U A 3 d 1 3 2 2
同理：对应二进制数 为0100时，有
同理：对应二进制数 为1000时，有
开路电压 UR UA 2 d2 2
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7.1.2 权电阻求和网络D/A转换器
RF
X3 X2 X1 X0 Ur
S3 S2 I3 S1 I 2 S0 I1 I0
2 R
0
2 R 22 R
23 R
1
∞
U0
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放大器总的输入电流为
I I 3 I 2 I1 I 0 Ur Ur Ur Ur X X X X0 3 2 1 0 1 2 3 2 R 2R 2 R 2 R U 3 r (23 X 3 22 X 2 21 X 1 20 X 0 ) 2 R
等效电阻为 R
等效电路如右图
A
R
UE
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d1
d2
Q1 Q2 数码寄存器
d3 最高位 参考电压 Q3 (MSB) 存放四位 二进制数
+UR
由数个相同的电路环节构成，每个电路环节 有两个电阻和一个模拟开关。
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7.1.3 R-2R T型电阻网络D/A转换器
1. 电路
R 2R 2R R 2R R A 2R 2R 2R 0 模拟 开关 RF