数模和模数转换器.ppt

概述 数模转换即将数字量转换为模拟电量(电压或电流),使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。实现数模转换的电路称数模转换器 D igital - A nalog C onverter ,简称 D/A 转换器或 DAC 。 模数转换即将模拟电量转换为数字量,使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。实现模数转换的电路称模数转换器 A nalog - D igital C onverter ,简称 A/D 转换器或 ADC 。模拟量模拟量数字量数字量模拟量模拟量数字量数字量传感器传感器被控对象被控对象自然界物理量自然界物理量为何要进行数模和模数转换? 数字数字信号信号物理量物理量模拟信号模拟信号压力传感器温度传感器流量传感器四路模拟开关数字控制计算机 DAC 模拟控制器模拟控制器液位传感器 DAC DAC …………模拟控制器模拟控制器生产控制对象 DAC ADC 数模和模数转换器应用举例主要要求: 了解数模转换的基本原理。了解常用 D/A 转换器的类型和主要参数。了解 R- 2R倒 T 形电阻网络 D/A 转换器的电路与工作原理。 D/A 转换器了解权电阻网络 D/A 转换器的电路与工作原理。输出模拟电压 u O =D△ = ( D n?1 2 n?1 + D n?2 2 n? 2 + ??? + D 1 2 1 + D 0 2 0 )△可见, u O ∝D,u O 的大小反映了数字量 D的大小。 DAC D 0D 1D n?2D n?1…u O n n位二位二进制数进制数输入输入模拟电压输出模拟电压输出一、数模转换的基本原理 LSB —L east S ignificant B it 输入数字量 D = ( D n?1D n?2???D 1D 0 ) 2 = D n?1 2 n?1 + D n?2 2 n? 2 + ??? + D 1 2 1 + D 0 2 0 △是 DAC 能输出的最小电压值,称为 DAC 的单位量化电压,它等于 D最低位( LSB )为1、其余各位均为0 时的模拟输出电压(用U LSB 表示)。 D/A 转换器的构成 D/A 转换器 R2R4R 8R R F I 1I 0 I 2 I 3 I REF i F i S 3 S 0 S 1 S 2 D 0 D 3D 2D 1 +V REF u o -+R VIR VIR VIR VI REF REF REF REF???? 3 2 1 0248 不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端(虚地)还是接到地, 也就是不论输入数字信号是 1还是 0,各支路的电流不变的。 R2R4R 8R R F I 1I 0 I 2 I 3 I REF i F i S 3 S 0 S 1 S 2 D 0 D 3D 2D 1 +V REF u o -+)2222(2 248 00 11 22 333 3210 33221100????????????????DDDDR V DR VDR VDR VDR V DIDIDIDIi REF REF REF REF REF)2222(22 00 11 22 334 o ??????????????DDDD Vi RiRu REF FF 设R F =R/2 S 0++ - △∞u O S 1S 2S 3D 3D 2D 1D 0i ΣR FII 3I 2I 1I 0V REF 2R2RI 02RI 12RI 22RI 30 1111000RR R (一)电路组成与转换原理 R- 2R倒 T 形电阻网络 DAC 由倒 T 型电阻网络、模拟开关和一个电流电压转换电路(简称 I/U转换电路)组成。 模拟开关 S i 打向“1”侧时,相应 2R 支路接虚地;打向“0”侧时,相应 2R 支路接地。故无论开关打向哪一侧,倒 T 型电阻网络均可等效为下图: II 3I 2I 1I 0V REF 2R2RI 02RI 12RI 22RI 3RR RABC 从A、B、 C 节点向左看去,各节点对地的等效电阻均为 2R。因此, I = V REF RI 3 = I2 = 2 3 ( ) , I2 4I 2= I 32 = 2 2 ( ) , I2 4= I4 I 1= I 22 = 2 1 ( ) , I2 4= I8 I 0= I 12 = 2 0 ( ) I2 4= I16 可见,支路电流值 I i正好代表了二进制数位 D i的权值 2 i 。即I 3 = 2 3I 0,I 2 = 2 2I 0,I 1 = 2