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模/数转换器和数/模转换器

鏃ユ湡锛2019-09-08 02:52 鏉ユ簮:未知 浣滆:admin

  模/数转换器和数/模转换器_电子/电路_工程科技_专业资料。返回总目录 第十四章 模/数转换器 和数/模转换器 第一节 A/D转换器 第二节 D/A转换器 小结 习题十四 *第一节A/D转换器 典型的数字控制系统框图 A/D转换(模拟/数字转换)和D/

  返回总目录 第十四章 模/数转换器 和数/模转换器 第一节 A/D转换器 第二节 D/A转换器 小结 习题十四 *第一节A/D转换器 典型的数字控制系统框图 A/D转换(模拟/数字转换)和D/A转换(数字 /模拟转换)是现代数字化设备中不可缺少的部分, 它是数字电路和模拟电路的中间接口电路。 一、A/D转换的基本原理 A/D转换器:是一种将输入的模拟量转换为数字量的转换器,简称ADC。 要将连续变化的模拟量变为离散的数字量,通常要经过四个步骤: 采样、保持、量化和编码。 前两步由取样保持电路完成,量化和编码由A/D转换电路来完成。 1?采样与保持 (1)采样:就是将模拟信号按一定时间间隔抽取样值的过程。 其过程的实质:将连续变化的模拟信号变成一连串等距不等幅的 脉冲。 模拟信号的取样过程 (2)保持:信号的取样过程往往是非常短暂的,为了使后续电路能 很好的对取样结果进行处理,通常要将结果存储起来,直到下次取 样,这个过程称作保持。 取样-保持电路图 取样-保持电路波形图 2?量化和编码 量化:用数字量表示模拟量时,需要先将取样电平归一化为与之接 近的基准值,这个过程称为量化。 编码:把量化的数值用二进制数码来表示称作编码。 把变化范围在0~7V间的模拟电压转换为3位二进制代码的数字信号 量化与编码方法示意图 量化误差。 1)概念:取样后得到的样值 不可能刚好是某个量化基准值, 总会有一定的误差。 2)相关量:量化级越细,量 化误差就越小,但是,所用的 二进制代码的位数就越多,电 路也将越复杂。 二、并行比较型A/D转换电路 1?电路组成 3位并行比较型A/D转换电路 电路组成及各部分作用: 由电阻分压器、电压比较器及编码 电路组成。 电阻分压器用以确定量化电压,电 压比较器(C1~C7)用来确定取样电 压的量化,编码器对比较器的输出 进行编码,然后输出二进制代码 Q2Q1Q0。 2?工作原理 参考电压UREF经过电阻分压器分压,形成七个比较电平:(7/8)UREF、(6 /8)UREF、…、(1/8)UREF。它们分别接到电压比较器C7~C1的反相输入 端。 当输入电压ui大于比较器的某一比较电平时,该比较器输出高电平1,反之则输 出低电平0。 当输入的模拟电压ui在0~UREF之间变化时,并行A/D转换电路将按不同 的值转换出对应的3位二进制代码,从而实现了A/D间信号的转换。 三、逐位比较型A/D转换电路简介 1?转换原理 逐位比较型A/D电路的转换原理与天平称物的原理十分相似。 逐次逼近法 用已知砝码重量逐次与未知物重进行比较,使天平上累加砝 码的总重量逐次逼近被称物重的方法也称为逐次逼近法。 2?电路框图与工作原理 逐位比较型A/D转换电路框图 (1)电路组成 由控制电路、数码寄存器、D /A转换器及电压比较器C等 四部分电路组成。 (2)工作过程 3位A/D转换为例 首先,控制电路使数码寄存器的输出为100,经D/A转换器变为相应 的电压uf,送入比较器C与取样电压ui比较。若uiuf,则将最高位的1 保留;反之就清除,使最高位为0。 接着控制器将次高位置1,再经D/A转换器变为相应电压uf,送到比较 器C与取样电压ui再比较,同样方法来决定该位为1还是为0。最后比 较到最低位为止。这样,数码寄存器中保存的数码就是A/D转换后的 数码了。 返 回 *第二节D/A转换器 ? ? ? D/A转换器:是一种将离散的数字量转换为连续变化的模 拟量的电路,简称DAC(Digital to Analog Converter)。 数字量:是用按数位组合起来的二进制代码表示的,每位代 码都有一定的权。为了将数字量转换为模拟量,必须将每一 位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量,然后将代表每 位的模拟量相加,所得的总模拟量就与数字量成正比。 D/A转换器的基本组成:电阻译码网络、模拟开关、基准电 源和求和运算放大器。 一、D/A转换的基本原理 1.D/A转换的示意图 2.D/A转换器作用: 将输入的二进制数字量转换成 相应的模拟电压,经运算放大 器C的缓冲,输出模拟电压uo。 二、权电阻D/A转换器 电路说明: 4位二进制权电阻D/A转换电路原理图 1.权电阻为译码网络,S0~S3为 模拟开关,C为运算放大器,UREF 为基准电源。 2.电阻网络的各电阻的值呈二进 制权的关系,并与输入二进制数 字量对应的位权成比例关系。 3.D3、D2、D1和D0分别控制模拟电子开关S3、S2、S1和S0的工作状态。 当Di为“1”时,开关Si接通参考电压UREF,反之当Di为“0”时,开关Si接 地。 若运算放大器的反馈电阻 则: 对于n位的权电阻D/A转换器,其输出电压为 4.权电阻网络D/A转换器的优缺点: 优点:电路结构简单,适用于各种权码; 主要缺点:构成网络电阻的阻值范围较宽,品种较多。 在集成电路中很少采用这种D/A转换器。 三、倒T型D/A转换器 4位R—2R 倒T型D/A转换器 1.电路组成 由倒T型电阻网络、模拟开关和运算放大器组成 倒T型电阻网络由R、2R两种阻值的电阻构成。 当Di为“1”时,开关Si接通右边,相应的支路电流流入运算放 大器; 当Di为“0”时,开关Si接通左边,相应的支路电流流入地。 因为虚短,分别从A、B、C、D向右看的二端网络等效电阻都是2R 其中: 假设所有开关都接右边 用Di=1表示开关接通右边 推广到n位 若Rf=R,因为if=i,所以运算放大器的输出为 2.倒T型D/A转换器的特点是: 模拟开关不论处于何位置,流过各支路2R的电流总是接近于恒定值。 由于该D/A转换器只采用R和2R两种电阻,故在集成芯片中应用非常广 泛,是目前D/A转换器中速度最快的一种。 小结 ? ? A/D转换器和D/A转换器是计算机参与自动控制系统的重要 部件。掌握其基本原理,可为今后应用打下一个良好的基础。 A/D转换按工作原理主要分为并行比较型A/D、逐位比较型 A/D等。 不同的转换方式具有各自的特点,在要求速度高的情况下, 可采用并行比较型A/D;在要求精度较高的情况下,可采用 逐位比较型A/D。 D/A转换器按工作原理可分为权电阻网络D/A和倒T型电阻网 络D/A。由于倒T型电阻网络转换电路只要求两种阻值的电 阻,因此在集成D/A转换器中得到广泛的应用。 返 回 ? ? 习题十四 ? 14-1试说明在A/D转换过程中产生量化误差的原因及减小量化误差的方 法。 14-2试述逐位比较型A/D转换器的工作原理。 ? ? 14-3若一理想的三位A/D满刻度模拟输入为10V,当输入为7V时,求此 A/D采用二进制编码时的数字输出量。 14-4若一理想6位D/A具有10V的满刻度模拟输出,当输入为二进制码 100100时,此D/A的模拟输出为多少? 14-5在图14-9电路中,当UREF=10V,Rf=R时,若输入数字量D3=0、 D2=1、D1=1、D0=0,问各模拟开关的位置和输出uo为多少? 返 回 ? ?

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