数字电子技术数模与模数转换

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(数字电子技术)第7章数模与模数转换

(数字电子技术)第7章数模与模数转换
第7章 数/模与模/数转换
第7章 数/模与模/数转换
7.1 概述 7.2 数/模转换 7.3 模/数转换 7.4 本章小结 7.5 例题精选 7.6 自我检测题
第7章 数/模与模/数转换
7.1 概 述
随着以数字计算机为代表的各种数字系统的广泛普及和 应用,模拟信号和数字信号的转换已成为电子技术中不可或 缺的重要组成部分。数/模转换指的是把数字信号转换成相 应的模拟信号,简称D/A转换,同时将实现该转换的电路称 为D/A转换器,简称DAC;模/数转换指的是把模拟信号转 换为数字信号,简称A/D转换,并将实现该转换的电路称为 A/D转换器,简称ADC。
当Rf=R时
uo=
uR 2n
n-1
di zi
i= 0
由上式可以看出,此电路完成了从数字量到模拟量的转 换,并且输出模拟电压正比于数字量的输入。
第7章 数/模与模/数转换
2. 集成DAC电路AD7524 AD7524(CB7520)是采用倒T型电阻网络的8位并行D/A 转换器,功耗为20 mW,供电电压UDD为5~15 V。 AD7524典型实用电路如图7.2.5所示。
第7章 数/模与模/数转换
7.3.4 常见的ADC电路
1. 逐次逼近型ADC 逐次逼近型ADC是按串行方式工作的,即转换器输出 的各位数码是逐位形成的。图7.3.6为原理框图,该电路由电 压比较器、逻辑控制器、D/A转换器、逐次逼近寄存器等组 成。
第7章 数/模与模/数转换
图 7.3.6 பைடு நூலகம்次逼近型ADC原理图
第7章 数/模与模/数转换
(2) 四舍五入法:取最小量化单位Δ=2Um/(2n-1-1), 量化时将0~Δ/2之间的模拟电压归并到0·Δ,把Δ/2~3·Δ/2之 间的模拟电压归并到1·Δ,依此类推,最大量化误差为Δ/2。 例如,需要把0~+1 V之间的模拟电压信号转换为3位二进制 代码,这时可取Δ=(2/15)V,那么0~(1/15)V之间的电压就 归并到0·Δ,用二进制数000表示;数值在(1/15)~(3/15)V之 间的电压归并到1·Δ,用二进制数001表示,并依此类推,如 图7.3.5(b)

数电电子第7章 数模(DA)和模数(AD)转换

数电电子第7章 数模(DA)和模数(AD)转换


28

D7

27

D1

21

D0

20 )

VREF R 210
9

i0
Di
2i

VREF R 210
D
模拟输出电流(流入运算放大 器虚地)与10位二进制数的数 值(即数字量)成正比,实现 了数字/模拟电流的转换
式中D为输入二进制数的数值。
接入运算放大器后,则可 将数字量转换为模拟电压,运放 的输出电压:
(二)集成D/A转换器的结构及分类
各种类型的集成DAC器件多由参考电压源,电阻网络和电子开关三个 基本部分组成。
按电阻网络的结构不同,可将DAC分成T形R-2R电阻网络DAC、倒T 形R-2R电阻网络DAC及权电阻求和网络DAC等几类。由于权电阻求和网 络中电阻值离散性太大,精度不易提高,因此在集成DAC中很少采用。T 形R-2R电阻网络DAC、倒T形R-2R电阻网络DAC中只有两种阻值的电阻, 因此最适用于集成工艺,集成DAC普遍采用这种电路结构。倒T形R-2R电 阻网络DAC在集成芯片中比T形R-2R网络DAC应用更广泛。
(二)集成A/D转换器的主要参数 1.分辨率 其含义与DAC的分辨率一样,通 常也可用位数来表示,位数越多,分辨率(有时 也称分辨力)也越高。
2.量化编码电路
用数字量来表示采样信号时,必须把它转化成某个最 小数量单位的整数倍,这个转化过程叫量化,所规定的最 小数量单位叫作量化单位,用S表示。
将量化的数值用二进制代码表示,称为编码。这个二 进制代码便是A/D转换器的输出信号。
量化的方法一般有两种形式:
1)舍尾取整法
2)四舍五入法
用舍尾取整法量化时,最大量化误差为1S,用四舍五 入法量化时,最大量化误差为S/2。所以,绝大多数ADC 集成电路均采用四舍五入量化方式。

数字电子技术模数与数模转换

数字电子技术模数与数模转换
9.3.5 双积分型A/D转换器
9.3.6 A/D转换器产品举例
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Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\…
9.3.1 并行比较型A/D转换器
基本原理
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Content:Ch9ADC and DAC\9.3 ADC\…
工程应用基础
①ADC0809
特点:
·属CMOS电路 ·8路模拟输入,8 bit 输出(3S门) ·与常用μP兼容
·采用逐次比较法,转换时间约100μs
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9.3.6 A/D转换器产品举例
工程应用基础
ΔUmax——最大绝对误差
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9.1.2 A/D转换基本原理
基础知识
★ A/D转换原理 ★ A/D转换参数
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9.1.2 A/D转换基本原理
★ A/D转换原理
基础知识
A/D转换——将模拟信号变换为数字信号
若参考量为R, 则 D≈A/R
9.1.2 A/D转换基本原理
★ A/D转换参数
基础知识
●转换时间——完成一次转换所用的时间
当前第26页\共有65页\编于星期四\18点
9.1.2 A/D转换基本原理 ★ A/D转换参数
●转换速率——每秒转换的次数
基础知识
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9.2 D/A转换器
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9.1.1 D/A转换基本原理 ★ D/A转换参数

数字电子技术教学课件PPT数模和模数转换

数字电子技术教学课件PPT数模和模数转换

图7-7
25.11.2பைடு நூலகம்20
馈电阻,不含运算放大器,输出端为电流输出。
具体使用时需要外接集成运算放大器和基准
电压源。
25.11.2020
h
28
D0~D9:数据输入端 IOUT1:电流输出端1 IOUT2:电流输出端2 Rf:10KΩ反馈电阻引出端Vcc: 电源输入端
UREF:基准电压输入端 GND:地。
图8-4 AD7520外引脚图
25.11.2020
h
26
2. D/A转换器AD7520 AD7520是10位的D/A转换集成芯片,与微处理
器完全兼容。该芯片以接口简单、转换控制容易、通 用性好、性能价格比高等特点得到广泛的应用。
25.11.2020
h
27
图8-3 AD7520内部逻辑结构图
该芯片只含倒T形电阻网络、电流开关和反
25.11.2020
(a) 双缓冲器型; (b) h单缓冲器型; (c) 直通型
24
表 8-1
功能
CS ILEWR 1 X FER WR 2
说明
数据输入D7~D0 0 1
×
到寄存器
WR1=0时存入数据 WR2=1时锁定
数据有寄存器1转 送寄存器2
0
× WR2=0时存入数据
WR2=1时锁定
从输出端去模拟 量
h
21
CS : 片选信号, 输入低电平有效。 ILE: 输入锁存允许信号, 输入高电平有效。 WR 1 : 输入数据选通信号, 输入低电平有效。 WR 2 : 数据传送选通信号, 输入低电平有效。
X FER : 数据传送控制信号, 输入低电平有效。 D0~D7:八位输入数据信号。 IOUT1:DAC输出电流1。此输出信号一般作为运算放 大器的一个差分输入信号(一般接反相端)。

数字电子技术基础——第十章 数-模转换和模-数转换

数字电子技术基础——第十章  数-模转换和模-数转换

第10章 数-模转换和模-数转换
集成运算放大器,作为求和权电阻网络的缓冲,主要 是减少输出模拟信号负载变化的影响,并将电流转换为 电压输出。
当Di=1时,Si将相应的权电阻Ri=2n-1-iR与基准电压UR 接通,此时,由于运算放大器负输入端为虚地,该支路
产生的电流为
Ii
UR 2n1i R
UR 2n1 R
第10章 数-模转换和模-数转换
2. 转换精度是实际输出值与理论计算值之差,这种差值, 由转换过程各种误差引起, 主要指静态误差,它包括: ① 非线性误差。它是电子开关导通的电压降和电阻网 络电阻值偏差产生的,常用满刻度的百分数来表示。 ② 比例系数误差。它是参考电压UR的偏离而引起的误 差,因UR是比例系数, 故称之为比例系数误差。当ΔUR一 定时,比例系数误差如图 10 - 4 中的虚线所示。
2i
当Di=0时,由于Si接地,Ii=0。因此,对于Di位所产生的
电流应表示为
Ii
UR 2n1i R
UR 2n1 R
2i Di
第10章 数-模转换和模-数转换
运算放大器总的输入电流为
I
n1
Ii
i0
n1
i0
UR 2n1 R
Di 2i
UR 2n1 R
n1
Di 2i
i0
运算放大器的输出电压为
U
Rf
IOUT1+IOUT2= UCC: 电源输入端(一般取+5V )。 DGND: 数字地。 AGND: 模拟地。
第10章 数-模转换和模-数转换
从DAC0832的内部控制逻辑分析可知,当ILE、CS和 WR1同时有效时,LE1为高电平。在此期间,输入数据 D7~D0 进 入 输 入 寄 存 器 。 当 WR2 和 XFER 同 时 有 效 时 , LE2为高电平。在此期间,输入寄存器的数据进入DAC寄 存器。八位D/A转换电路随时将DAC寄存器的数据转换为 模拟信号(IOUT1+IOUT2)输出。

《数字电子技术基础》第11章_数模与模数转换讲解

《数字电子技术基础》第11章_数模与模数转换讲解
如果Di=0,TN1截止,TN2导通,固定端A与P(与运放的同 相端)相连。
由于MOS管的导通电阻不相等,导致电阻网络不是准确的 R-2R网络,出现误差。
2.单片集成DAC
单片集成倒T形电阻网络DAC芯片有AD7520(10位DAC) 、 DAC1210H(12位DAC) 和AK7546(16位DAC)等。
根据变换网络的结构,DAC分为倒T形电阻网络DAC、权
电流型DAC、T形电阻网络DAC、权电阻网络DAC、权电容网
络DAC和开关树型DAC。 本节介绍倒T形电阻网络DAC和权电流型DAC。
11.2数模转换器(DAC)
11.2.1 倒T形电阻网络DAC 11.2.2 权电流型DAC *11.2.3 DAC的双极性输出 11.2.4 DAC的主要技术指标
第11章 数模与模数转换器
将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器 (DAC—Digital to Analog Converter),而将模拟 信号转换为数字信号的电路则称为模数转换器(ADC-Analog to Digital Converter)。
DAC和ADC是数字电路和模拟电路之间的接口电 路。
生产过程中 的物理量
数字执 行机构 工业控制计算(IPC)、单片机、数字信号处理器 和可编逻辑控制器,甚至可以扩展到计算机网络。 执行机构
各种物理量的测量和显示、手动控制和报警等功能
数模转换器、模数转换器是模拟系统与数字系统的桥梁,称为 接口电路。它们是用数字系统处理模拟信号所必须的电子电路。
11.2 数模转换器(DAC)
推广到一般情况,n位权电流型DAC的输出电压为
21 D1 20 D0 )
I 24
41
2i Di
i0

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

8.2 D/A转换器
8.2.1 D/A转换的基本原理
D/A转换器实质上都是一种解码器。
假设输入的二进制数为 Dn ( d n1 d n2 d 2 d1 d 0 ),参考电压为 VREF ,则D/A转换器 输出的模拟量 vO 可表示为
vO KDnVREF
式中K为解码电路的解码系数。
因为任何一个二进制数 Dn 都可以表示为
双极性输出的D/A转换器
为了使输入代码为100时对应的输出电压等于零,只要使 I B 与此时的 i 大小相等即可, 故应取
VB RB

I VREF 2 2R
通过上面的分析不难得出,双极性输出的D/A转换器的一般方法是只要在运算放大器 的输入端接入一个偏移电流,使最高位为1而其他各位为0时输出电压为0,同时将输入的 符号位取反后接到一般的D/A转换器的输入,就得到了双极性输出的D/A转换器。
( Dn ) B 2
所以
n 1
d n1 2
n2
d n 2 2 d 2 2 d1 2 d 0
2 1 0
2 d
i i 0
n 1
i
vO K

i 0
n 1
2 i d iVREF
由以上可知,D/A转换器的输出电压 vO 在数值上等于二进制数为“1”的每一位所对 应的模拟电压之和。


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

《数字电子技术基础》第五版:第11章 数-模转换和模-数转换

《数字电子技术基础》第五版:第11章  数-模转换和模-数转换

可见量化误差最大达=1/8 V
方法二:取=2/15 V,0 1/15 V 的 电压以0×表示,则
模拟电压 二进制编码
1V
13/15 V
111
代表的模拟电压电平
7=14/15 V
11/15 V
110
6=12/15 V
9/15 V
101
5=10/15 V
7/15 V
100
4=8/15 V
5/15 V 3/15 V
第11章 数-模转换和模-数转换
11.1 概述 11.2 D/A转换器(DAC) 11.3 A/D转换器(ADC)
§11-1 概述
模拟量到数字量的转换称为模—数转换 A/D(Analog to Digital) 实现A/D转换的电路称为A/D转换器 (Analog Digital Converter ADC)
I 24
(
d3
23
d2
22
d1
21
d0
20
)
I 24
D
运算放大器的输出电压为
VO
I
RF
IR F 24
D
若RF=R,并将I=VREF/R代入上式, 则有
VO
VREF 24
D
N位倒T形电阻网络D/A转换器
di=1,Si接到运放反向输入端 di=0,Si接到运放同向输入端
都是虚地,各支路 电流不会变化
T1 ( VI
0
R
)dt
T1 RC
VI
所 以VO VI
第 二 步 :S1 VREF 积 分 器 作 反 相 积 分 , 至VO 0
VO
1 C
T2 VREF 0R
dt

数电第8章数模和模数转换

数电第8章数模和模数转换

该比值显然等于:
1
2n 1
VREF 2n
(2n
1)
12
3.转换误差:一般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,一般应低于0.5ULSB。
由于电路各部分都有误差,还要给出误差来表示实际能达到 的转换精度。
转换误差有时也称为线性 误差。它表示实际的D/A转换 特性和理想转换特性之间的 最大偏差。
RF (I3 I2 I1 I0 )
1.电阻数量少,结构简单;
R VREF 2R
(
d3 20
d2 21
d1 22
d0 23
)
2.电阻种类多,差别大,不 易集成。输入数 输入数
VREF 24
(d3 23
d2 22
d1 21
d0 20 )
字量
字量
o
VREF 2n
(d n1 2n1
dn2 2n2
d1 21
U OMAX
转换误差 U OMAX
1 2U LSB U OMAX
1 2U LSB UOMAX
0.25%
U LSB UOMAX
0.5%
1 2U LSB UOMAX
0.25%
1 2n -1
0.5%
U LSB UOMAX
0.5%
U LSB
VLSB 2n
UOMAX
VREF 2n
(2n
1)
14
D/A转换器的四个组成部分,均可引起转 换误差。但具有不同的特点。
由取样-保持 电路完成
•量化; •编码。
由A/D转换电路 完成
取保 样持
I 取样-保持
电路
L
O
20

数电教材第章数模和模数转换

数电教材第章数模和模数转换
(3)VREF:基准电压
11.2.1 权电阻网络D/A转换器
2.输出电压旳计算: 输出电压为
v0 RF I RF (I3 I2 I1 I0 )
因为V- ≈V+=0, 故各电流为
I3
VREF R
d3, I2
VREF 2R
d 2,I1
VREF 4R
d1, I0
VREF 8R
d0
11.2.1 权电阻网络D/A转换器
注:根据数字量旳输入输出方式能够将D/A转换器提成 并行输入和串行输入两种类型,将A/D转换器提成并行 输出和串行输出两种类型。因为D/A转换器电路旳工作 原理较A/D转换器简朴,且是A/D转换器电路旳构成部 分,故先简介D/A转换器。
11.2 D/A转换器
D/A转换器旳目旳为:
D 111101…
R R R R 图11.2.5
11.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
R R R R 图11.2.5
R
VREF I
总旳电流为
I VREF R
di di
1时,Ii流入i 0时,I i流入地端
i
I
I
I
I
d3
(
2
)
d
2
(
4
)
d1
(
8
)
d
0
( 16
)
11.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
因为 I VREF
图11.2.6为采用倒T型电阻网络旳单片集成D/A转换器 CB7520(AD7520)旳电路。
图11.2.6 其输入为10位二进制数,采用CMOS电路构成旳模拟 开关。
11.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
输出电压为

数字电子数电11数-模和模-数转换PPT课件

数字电子数电11数-模和模-数转换PPT课件

02 数-模转换器(DAC)
DAC工作原理
数字信号输入
将二进制数字信号输入到DAC中。
权重电压选择
根据数字信号的每一位,选择相应 的权重电压。
模拟信号输出
将权重电压相加,输出模拟信号。
DAC的分类
01
02
03
并行DAC
具有多个模拟开关,能够 同时输出多个权重电压, 转换速度快,但电路复杂。
串行DAC
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
控制系统
在控制系统中,ADC用于将 模拟传感器信号转换为数字信 号,便于控制系统分析和控制

04 数-模和模-数转换器的比 较
性能比较
精度
数-模转换器的精度通常高于模-数转换器,因为模-数转换器在将 模拟信号转换为数字信号时可能会引入量化误差。
速度
模-数转换器的转换速度通常更快,适用于需要高速数据采集和处 理的场景。
逐位输出模拟信号,电路 简单,但转换速度较慢。
权电阻DAC
通过改变权电阻的阻值来 实现模拟信号输出,精度 高,但温度稳定性较差。
DAC的应用
音频信号处理
用于将数字音频信号转换 为模拟音频信号,实现音 频播放。
控制系统
用于将数字控制信号转换 为模拟控制信号,实现模 拟控制。
仪器仪表
用于将数字测量数据转换 为模拟信号,实现模拟显 示。
功耗
数-模转换器的功耗相对较高,因为它们需要更多的计算和比较操 作。
应用场景比较
数-模转换器
适用于需要将数字信号转换为模 拟信号的场景,如音频播放、视 频显示等。
模-数转换器
适用于需要将模拟信号转换为数 字信号的场景,如数据采集、信 号处理、控制系统等。

《数字电子技术》课件——第八章 数模和模数转换

《数字电子技术》课件——第八章 数模和模数转换

d2
22
d1 21
d0
20
)
VREF 24
D
8.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
VO
Ri
R VREF R
1 24
(d3 23
d2 22
d1 21
d0 20 )
VREF 24
D
对n位输入时,应有
VO
Ri
R VREF R
1 2n
(dn1 2n1
dn2 2n2
d1 21
d0 20 )
VREF 2n
第6页
8.2
8.2.1 权电阻网络D/A转换器 8.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
8.2.1 权电阻网络D/A转换器
求和放大器 权电阻网络
模拟开关
权电流:Ii VREF Ri I0 VREF 23 R I1 VREF 22 R I2 VREF 21 R I3 VREF 20 R
第7页
S3 ~ S0受数字d3 ~ d0控制
di 0时,Ii 0
di
1时,I
流向
i

8.2.1 权电阻网络D/A转换器
权电阻网络D/A转ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器的优缺点:
• 1. 优点:简单 • 2. 缺点:电阻值相差大,
难于保证精度,且大电 阻不宜于集成在IC内部
输出电压:VO RF i
RF ( I3 I2 I1 I0 )
RF
R 2
RF
(VREF R
d3
VREF 2R
d2
VREF 22 R
d1
VREF 23 R
d0 )
VREF 24
(23 d3
22d2
21d1 20 d0 )

数字电子技术课件 第8章_数模和模数转换器

数字电子技术课件 第8章_数模和模数转换器

2.转换速度
(1)建立时间tset 在输入数字量各位由全0变为全
1,或由全1变为全0,输出电压达到 某一规定值(例如最小值取LSB或 满度值的0.01%)所需要的时间
(2)转换速率SR
D/A转换器建立时间
在大信号工作时,即输入数字量的各位由全0变为全1,或由 全1变为0时,输出电压的变化率。这个参数与运算放大器的 压摆率类似。
IOUT2 +
VREF
D0
D1
D2
D3 D4
AD7520
D5 Ⅱ
D6
D7
D8
D9
RF
IOUT1 –
IOUT2 +
uO1 uO2
Q0 Q9
CP
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8
10 位可逆计数器 加/减
计数脉冲
加减控制 电路
v0
VREF 2n

Rf R
n1
[ (Di
i0
• 2i )]
v01
VREF 210

9 i0
Di

2i
9
2
Di

2i
v02
VREF
i0
210
8.3 A/D转换器
8.3.1 A/D转换的一般过程 8.3.2 并行比较型A/D转换器 8.3.3 逐次逼近型A/D转换器 8.3.4 双积分型A/D转换器 8.3.5 A/D转换器的主要参数
8.3 A/D转换器
根据虚断有: v / R I
I
OUT 1
V
O
REF
vI
/
R u
vO (D0 20
D1 21
...D9 29 )

数字电子技术-112数摸与模数转换

数字电子技术-112数摸与模数转换
00…00 10…00 dn-11…00
…… dn-1 dn-2…10 dn-1 dn-2… d11 dn-1 dn-2… d1d0
20
返回
转换前:清0
cp1到来后: 01
cp2到来后:
01
01
01
cp3到来后:
cp4到来后: cp5到来后:
若vREF= - 8mV,
则DAC的输出电压为
vo=4QA+2QB+QC

C
积分器
+
vL=1(转换开始,S0断开) :
(1) Sl接vI,积分器在固定时间
T1内对vI进行积分。积分结束时
vOC 10 T1vR Id tR T 1 v C I

S0 S1
转换控制
控制逻辑 vG 计 数 器
(MSB) 字
量 (LSB) 输

T1
vO
vL
时钟
脉冲源
O
t
2019/10/5
第一次 第二次 第三次 第四次
砝码重 8克 加4克 加2克 加1克
结论
砝码总重< Wx ,故保留 砝码总重< Wx ,故保留 砝码总重> Wx ,故撤除 砝码总重= Wx ,故保留
暂时结果 8克 12克 12克 13克
2019/10/5
19
逐次渐近型A/D转换器的电路结构框图
2019/10/5
寄存器的 状态变换:
把量化的结果用代码表示出来,叫做编码。 量化后的量化电平与量化前的取样电压之间产生偏移,
该偏差叫做量化误差。
2019/10/5
11
只舍不入法
输入 信号
二进制 代表的 代码 模拟电量

数电教材第11章数-模和模-数转换

数电教材第11章数-模和模-数转换
单片化
集成化与单片化
智能化与自适应技术
智能化技术能够提高数-模和模-数转换器的自适应能力和智能水平。通过引入人工智能算法和模式识别技术,可以实现自动校准、自动调整和自适应控制等功能,提高转换器的性能和稳定性。
智能化
自适应技术可以根据输入信号的变化自动调整转换器的参数,以获得最佳的转换效果。通过自适应滤波、自适应量化等技术,可以减小误差、抑制噪声和提高动态范围,进一步拓展数-模和模-数转换器的应用领域。
ADC通过比较输入模拟信号与一系列标准电平,将模拟信号的幅度转换为相应的数字代码。
定义与工作原理
工作原理
定义
ADC的分类
逐次逼近型ADC
逐次逼近型ADC通过逐次比较的方法,将输入模拟信号与标准电平进行比较,逐步逼近输入信号的幅度,最终输出相应的数字代码。
并行比较型ADC
并行比较型ADC采用多个比较器,将输入模拟信号与多个标准电平同时进行比较,根据比较结果输出相应的数字代码。
数电教-数转换器(ADC) 数-模和模-数转换的应用 数-模和模-数转换的未来发展
01
CHAPTER
数-模转换器(DAC)
数-模转换器(DAC)是一种将数字信号转换为模拟信号的电子设备。
定义
通过一个或多个电阻、电容、电感等元件,将数字输入信号转换为连续的模拟输出电压或电流。
03
CHAPTER
数-模和模-数转换的应用
音频处理
数-模转换器(DAC)将数字音频信号转换为模拟信号,用于播放音乐或语音。模-数转换器(ADC)则将模拟音频信号转换为数字信号,便于存储、编辑和传输。
视频处理
在视频处理中,数-模转换用于将数字视频信号转换为模拟信号,以便在老式电视或显示器上播放。模-数转换则用于将模拟视频信号转换为数字信号,便于编辑、传输和存储。
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数字电子技术数模与模数转换
图 8 – 12 双积分A/D电路原理图
数字电子技术数模与模数转换
图 8 – 13 双积分ADC工作数字波电子形技术数模与模数转换
(1) 采样阶段:在启动脉冲作用下,将全部触发器置0。 由于Qn=0,使开关S与输入信号uI连接, A/D转换开始。uI 加至积分器的输入端后,积分器对uI进行积分,输出为
数字电子技术数模与模 数转换
2020/11/21
数字电子技术数模与模数转换
第8章 数/模与模/数转换
8.1 DAC 8.2 ADC
数字电子技术数模与模数转换
图 8 - 1 A/D、D/A转换器在数字系统中的应用
数字电子技术数模与模数转换
8.1 DAC
8.1.1 DAC的基本概念
1. 转换特性 DAC 电 路 输 入 的 是 n 位 二 进 制 数 字 信 息 B(Bn-1,Bn-
发器C,使QC=1。同时CP2使触发器B置1。这样,在CP2作用
后,JK触发器的状态为QDQCQBQA=1110。D/A转换器输出参
考电压


比较器输出F=0,G=1。这样,各级触发器的J=0,K=1。
CP2作用结束后,CP3节拍脉冲到来,其下跳沿触发JK触
发器B,使QB=0。同时CP3使触发器A置1。这样,在CP3作用
数字电子技术数模与模数转换
3. 转换速度
转换时间是指ADC从转换信号到来开始,到输出端 得到稳定的数字信号所经过的时间。此时间与转换电路 的类型有关。不同类型的转换器,其转换速度相差很大。 并行ADC转换速度最高,八位二进制输出的单片ADC其 转换时间在50ns内,逐次逼近型ADC转换速度次之,一 般在10~50μs,也有的可达数百纳秒。双积分式ADC转 换速度最慢,其转换时间约在几十毫秒至几百毫秒间。 实际应用中,应从系统总的位数、精度要求、输入模拟 信号的范围及输入信号极性等方面综合考虑ADC的选用。
限的2n个数字量输出X相对应。因此,必须将采样后的值只
限于在某些规定个数的离散的电平上,凡介于两个离散电平
之间的采样值,就要用某种方式整理归并到这两个离散电平
之一上。这种将幅值取整归并的方式及过程称为“量化”。
将量化后的有限个整量值用n位一组的某种数字代码(如
二进制码、BCD码或Gray码等)对应描述以形成数字量,这
式中,τ=RC,为积分时间常数。 由于uA<0,过零比较器输出UC=1,G门打开,n位
二进制计数器从0开始计数,一直到 时,触发器F0~Fn-1又全部回到0,而触发器Fn由0翻至1, Qn=1,开关S转接至基准电源-UR,采样阶段结束。此时
数字电子技术数模与模数转换
(2) 比较阶段:开关S转接至基准电源-UR后,积分 器对-UR进行积分,积分器输出
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下,JK触发器的状态为QDQCQBQA=1101。D/A转换器输出参
考电压
。由于
,比
较器输出F=0,G=1。这样,各级触发器的J=0,K=1。
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CP3作用结束后,CP4节拍脉冲到来,其下跳沿触发 JK 触 发 器 A , 使 QA=0 , JK 触 发 器 的 状 态 为 QDQCQBQA=1100。CP4节拍脉冲的上升沿触发暂存器各 D触发器,将JK触发器状态1100存入到暂存器中。暂存 器的输出D3D2D1D0=1100,即为输入模拟电压uI=6.25V 的二进制代码。
种用数字代码表示量化幅值的过程称作“编码”。
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2. 量化方式和量化误差
(1) 只舍不入法。当输入uI在某两个相邻的量化值 之间,即 中国最大的资料库下载
(k为整数)
(2) 四舍五入法。当uI的尾数不足 时,用舍尾取整
法得其量化值;当uI的尾数等于或大于 时,则入整。
信号时开始,到输出电压或电流达到稳态值时所需要的时
间。
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8.1.2 DAC的电路形式及工作原理
1. 权电阻
图 8 – 4 权电阻DAC电数路字电子技术数模与模数转换
当输入二进制数码中某一位Bi=1时,开关Si接至基准 电压UR,这时在相应的电阻Ri支路上产生电流 当Bi=0时,开关Si接地,电流ii=0, 因此电流表达式应为
8.2.1 ADC的组成
1. ADC的两个组成部分及其作用
图 8 - 8 ADC的组成部分数字电子技术数模与模数转换
(1) 采样保持电路。
采样开关S的控制信号CPs的频率fs必须满足公式
fs≥2f imax(fimax为输入电压频谱中的最高频率),即其周
期Ts很小,而且采样时间τ比Ts更要小许多倍,这样就
分辨率
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2. 转换误差
转换误差通常是以输出误差的最大值形式给出。它 表示ADC实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间 的差别,常用最低有效位的倍数表示。如给出相对误差 小于等于±LSB/2,这就表明实际输出的数字量和理论 上应得到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字。
当uA≥0时,过零比较器输出UC=0,G门被封锁,计 数器停止计数。假设此时计数器已记录了N个脉冲,则
代入上式得 求得
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2. 逐次逼近式ADC
图 8
14 四 位 逐 次 逼 近 型
转 换 器 原 理 框 图
A/D

数字电子技术数模与模数转换

表 8
1 输 出 与 输 入 数 码 的 关 系
数字电子技术数模与模数转换
8.2.4 集成ADC
图 8 – 17 ADC0801引脚图数字电子技术数模与模数转换
3rew
演讲完毕,谢谢听讲!
再见,see you again
2020/11/21
数字电子技术数模与模数转换
数字电子技术数模与模数转换
图 8 - 2 DAC框图
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图 8 – 3 转换特性 数字电子技术数模与模数转换
2. 分辨率 分辨率
即说明n越大,DAC的分辨能力越高(分辨率越小)。例
如, 当n=10时,DAC分辨率=
; 当n=11时,
DAC分辨率

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2, …,B1、 B0),其最低位(LSB)的B0和最高位(MSB)的Bn-1 的权分别为20和2n-1,故B按权展开式为
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DAC电路输出的是与输入数字量成正比例的电压uO 或电流iO,即
式中K为转换比例常数。 图 8 - 2所示为DAC框图。当n=3时,DAC转换电路
的输出与输入转换特性如图8 - 3所示,输出为阶梯波。
能将采样保持后的
不失真地恢复成输入电压uI(t)。
该公式称为采样定理。
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图 8 – 9 采样保持前后的波形举例
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图 8 – 10 采样保持电路原理图
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(2) 量化编码电路。
采样保持电路的输出信号
虽已成为阶梯状,但其
阶梯幅值仍是连续可变的,有无限多个数值,无法与n位有
图 8 - 7为AD7520的引脚图。
D0~D9为10个数码控制位,控制着内部CMOS的 电流开关。
IO1和IO2为电流输出端。
Rf端为反馈电阻Rf的一个引出端,另一个引出端 和IO1端连接在一起。
UREF端为基准电压输入端。
+UDD端接电源的正端。
GND端为接地端。
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8.2 ADC
3. 精度
(1) 非线性误差:它是由电子开关导通的电压降和电 阻网络电阻值偏差产生的,常用满刻度的百分数表示。
(2) 比例系数误差:它是参考电压UR偏离引起的误差, 也用满刻度的百分数表示。
(3) 漂移误差:它是由集成运放漂移产生的误差。增 益的改变也会引起增益误差。
(4) 转换时间:也称输出建立时间。它是从输入数字
。量化标尺是用电阻分压器形成
各分度值的,并作为各比较器C1~C7的比 较参考电平。因采用四舍五入法量化,第一个比较器的参
考电平应取
。采样保持后的输入电压uI与这些
分度值相比较,当uI大于比较参考电平时,比较器输出1电
平,反之输出0电平,从而各比较器输出电平的状态就与输
入电压量化后的值相对应。各比较器输出并行送至由D触发
暂存器输出的是并行二进制代码。同时从上面分析 中可见,比较器F端顺序输出的恰好是1100串行输出的 二进制代码。
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3. 并行比较
图 8
16 三 位 二 进 制 数 的 并 行 比 较 型
电 路
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ADC
-
输入模拟电压的范围uI=0~8V, uIm=8V;输出三位二进 制 代 码 (n=3) 。 采 用 四 舍 五 入 的 量 化 方 式 , 量 化 间 隔
例 如 , 已 知 s=1V, 则 uI=2.1V 时 , uI=2V; uI=2.7V


数字电子技术数模与模数转换
图 8 – 11 两种量化方法的比较
数字电子技术数模与模数转换
8.2.2 ADC电路
1. 双积分ADC 双积分ADC又称双斜率ADC,是间接法的一种, 它先将模拟电压uI转换成与之大小对应的时间T,再在 时间间隔T内用计数器对固定频率计数,计数器所计的 数字量就正比于输入模拟电压。
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图 8 – 6 权电流DAC原理图
数字电子技术数模与模数转换
当图 8 - 6 中的Bi=1时,开关接运算放大器的反相输 入端,相应权电流流入求和电路;当Bi=0时,开关接地。 故
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