第十一章-清华阎石《数字电子技术基础》第五版教学PPT课件.ppt

数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础（第五版）（第五版）教学课件清华大学 阎石 王红联联系地址：清系地址：清华华大学大学 自自动动化系化系邮邮政政编码编码：100084100084电电子信箱：子信箱：wang_wang_联联系系电话电话：[phone](010)62792973数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版第十一章 数-模（D/A）和模-数（A/D）转换数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版11.1 11.1 概述概述一、用途及要求一、用途及要求传感器放大器A/D转换转换微型微型计计算机算机控制对象D/A转换转换温度时间！精度！精度！速度！速度电加热炉热电偶执行机构数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版三、分三、分类类数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版11.2 D/A11.2 D/A转换转换器器D111101D/AA(电压 或 电流)？数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版11.2.1 11.2.1 权电权电阻网阻网络络D/AD/A转换转换器器一、一、电电路路结结构和工作原理构和工作原理数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版 优优优优缺点：缺点：缺点：缺点：1.1.优优优优点：点：点：点：简单简单简单简单 2.2.缺点：缺点：缺点：缺点：电电电电阻阻阻阻值值值值相差大，相差大，相差大，相差大，难难难难于保于保于保于保证证证证精度，且大精度，且大精度，且大精度，且大电电电电阻不宜于集成在阻不宜于集成在阻不宜于集成在阻不宜于集成在ICIC内部内部内部内部数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版11.2.2 11.2.2 倒倒T T形形电电阻网阻网络络DACDAC希望用较少类型的电阻，仍然能得到一系列权电流数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版RRRR数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版11.2.6 11.2.6 具有双极性具有双极性输输出的出的DACDAC当当输输入数字量有入数字量有 极性极性时时，希望希望输输出的模出的模拟电压拟电压也也对应为对应为。一、原理一、原理例：例：输输入入为为3 3位二位二进进制制补码补码。最高位。最高位为为符号位，正数符号位，正数为为0 0，负负数数为为1 1补码输补码输补码输补码输入入入入对应对应对应对应的的的的十十十十进进进进制制制制要求的要求的要求的要求的输输输输出出出出D2 D1 D2 D1 D0D00 01 11 1+3+3+3V+3V0 01 10 0+2+2+2V+2V0 00 01 1+1+1+1V+1V0 00 00 00 00V0V1 11 11 1-1-1-1V-1V1 11 10 0-2-2-2V-2V1 10 01 1-3-3-3V-3V1 10 00 0-4-4-4V-4V数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版原原原原码输码输码输码输入入入入对应对应对应对应的的的的输输输输出出出出偏移后偏移后偏移后偏移后的的的的输输输输出出出出D2 D1 D2 D1 D0D01 11 11 1+7V+7V+3V+3V1 11 10 0+6V+6V+2V+2V1 10 01 1+5V+5V+1V+1V1 10 00 0+4V+4V0V0V0 01 11 1+3V+3V-1V-1V0 01 10 0+2V+2V-2V-2V0 00 01 1+1V+1V-3V-3V0 00 00 00V0V-4V-4V补码输补码输补码输补码输入入入入对应对应对应对应的的的的十十十十进进进进制制制制要求的要求的要求的要求的输输输输出出出出D2 D1 D0D2 D1 D00 01 11 1+3+3+3V+3V0 01 10 0+2+2+2V+2V0 00 01 1+1+1+1V+1V0 00 00 00 00V0V1 11 11 1-1-1-1V-1V1 11 10 0-2-2-2V-2V1 10 01 1-3-3-3V-3V1 10 00 0-4-4-4V-4VD/A*将符号位反相后接至高位输入*将输出偏移使输入为100时，输出为01数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版二、二、电电路路实现实现*将符号位反相后接至高位输入*将输出偏移使输入为100时，输出为0数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版11.2.7 DAC11.2.7 DAC的的转换转换精度与速度精度与速度一、一、转换转换精度精度1.1.分辨率（理分辨率（理论论精度）精度）用用输输入数字量的二入数字量的二进进制数制数码码位数位数给给出出 n n位位DAC,DAC,应应能能输输出出0 20 2n-1n-1个不同的等个不同的等级电压级电压，区分出，区分出输输入的入的000000到到111111，2 2n-1n-1个不同状个不同状态态2.2.转换误转换误差（差（实际实际精度）精度）用最低有效位的倍数来表示用最低有效位的倍数来表示 有有时时也用也用绝对误绝对误差与差与输输出出电压满电压满刻度的百分数来表示刻度的百分数来表示数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版二、二、误误差分析差分析数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版D111101A/DA(电压 或 电流)？11.3 A/D11.3 A/D转换转换器器11.3.1 A/D11.3.1 A/D转换转换的基本原理的基本原理输输入入连续变连续变化化电压电压，输输出出为为不不连连续续的数字量的数字量数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版二、量化和二、量化和编码编码1.1.量化：将采量化：将采样电压样电压表示表示为为最小数量最小数量单单位（位（）的整数倍）的整数倍2.2.编码编码：将量化的：将量化的结结果用代果用代码码表示出来（二表示出来（二进进制，二制，二-十十进进制）制）3.3.量化量化误误差：当采差：当采样电压样电压不能被不能被整除整除时时，将引入量化，将引入量化误误差差数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版11.3.2 11.3.2 抽抽样样保持保持电电路路！加大输入电阻！减小输出电阻！Av=1数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版11.3.3 11.3.3 并并联联比比较较型型A/DA/D转换转换器器并并联联比比较较型型量化数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版输入量化 编码111110101100011010001000数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版2 2、特点、特点*快，快，CLKCLK触触发发信号到达到信号到达到输输出出稳稳定建立只需几十定建立只需几十纳纳秒秒*精度，受参考精度，受参考电压电压、分、分压压网网络络等因素影响等因素影响*有存有存储储器，不需要器，不需要S/HS/H电电路路*电电路路规规模，模，n n位需要位需要2 2n n-1-1比比较较器，触器，触发发器器数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版11.3.4 11.3.4 反反馈馈比比较较型型A/DA/D转换转换器器1.1.计计数型数型2.2.基本原理：取一个基本原理：取一个“D”D”加到加到DACDAC上，得到模上，得到模拟输拟输出出电压电压，将将该值该值与与输输入入电压电压比比较较，如两者不等，如两者不等，则调则调整整D D的大小，的大小，到相等到相等为为止，止，则则D D为为所求所求值值！简单！慢数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版2 2、逐次、逐次渐渐近型近型！电路不太复杂！较快数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版1 0 0 0 03位：5个CLKN位:(n+2)个CLK数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版11.3.5 11.3.5 双双积积分型分型A/DA/D转换转换器器双双积积分型（分型（V-TV-T变换变换型）型）先将先将V V转换转换成与之成正比的成与之成正比的时间宽时间宽度信号，然后在度信号，然后在这这个个时间时间内用固定内用固定频频率脉冲率脉冲计计数数数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版电电路路实现实现数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版11.3.6 V-F11.3.6 V-F变换变换型型A/DA/D转换转换器器数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版数字电子技术基础第五版11.3.7 ADC11.3.7 ADC的的转换转换速度与速度与转换转换精度精度一、速度取决于一、速度取决于电电路路结结构构类类型型并并联联比比较较型：型：11微秒微秒逐次逐次渐渐近型：近型：1010010100微秒微秒/次次双双积积分型：几十毫秒分型：几十毫秒/次次二、二、转换转换精度精度1.1.分辨率：以分辨率：以输输出二出二进进制或十制或十进进制的位数表示，制的位数表示，说说明明A/DA/D转转换换器器对输对输入信号的分辨能力。入信号的分辨能力。2.2.转换误转换误差：通常以差：通常以输输出出误误差最大差最大值值的形式的形式给给出，表示出，表示实实际输际输出的数字量和理出的数字量和理论论上上应应有的有的输输出数字量之出数字量之间间的差的差别别。