数字电路6章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,6,章 数,/,模与模,/,数转换器,传感器,(,温度、压力、流量等,模拟量,）,A/D,计算机,（数字量）,显示器,D/A,执行部件,（模拟量控制）,打印机,6.1,概述,能够将模拟量转换为数字量的器件称为模数转换器，简称,A/D,转换器或,ADC,。,能够将数字量转换为模拟量的器件称为数模转换器，简称,D/A,转换器或,DAC,。,ADC,和,DAC,是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口,.,ADC,和,DAC,的应用：,采用数字系统的最大的优点是可以实现高度智能化,但是在数字系统内部只能处理数字信号,而实际信号大多数是模拟信号，因此，必须进行数模（,D/A,）与模数（,A/D,）转换。,多媒体计算机系统,音频,视频,ADC,ADC,计算机,音箱,DAC,耳机,DAC,显示器,DAC,投影仪,DAC,6.2 D/A,转换器,常用的,D/A,转换器有,:,(1),权电阻网络,DAC,(2),倒,T,形权电阻网络,DAC,(3),权电流型,DAC,(4),权电容网络,DAC,(5),开关树型,DAC,D/A,转换器是将输入的,二进制数字量转换成模拟量,，以电压或电流的形式输出。,一、权电阻网络,DAC,I,3,I,2,I,1,I,0,-,+,V,REF,d,0,d,1,d,2,d,3,S,3,S,2,S,1,S,0,2,3,R,2,2,R,2,1,R,2,0,R,R/2,u,o,I,F,这实际上是由运算放大器与电阻,组成的,反相加法器,数字信号,d,3,d,2,d,1,d,0,控制,S,3,S,2,S,1,S,0,四个,开关的位置。,d=1,S,打在上方接,V,REF,d=0,S,打在下方接,地,根据“虚地”与“虚断”的概念,I,0,=,V,REF,2,3,R,d,0,I,1,=,V,REF,2,2,R,d,1,I,2,=,V,REF,2,1,R,d,2,I,3,=,V,REF,2,0,R,d,3,I,F,=I,0,+I,1,+I,2,+I,3,u,o,=(1/2)R,I,F,=(1/2)RV,REF,(,1,2,0,R,1,2,3,R,d,0,+,1,2,2,R,d,1,+,1,2,1,R,d,2,+,d,3,),u,o,=V,REF,(,1,2,1,1,2,4,d,0,+,1,2,3,d,1,+,1,2,2,d,2,+,d,3,),V,REF,2,4,=,(2,0,d,0,+2,1,d,1,+2,2,d,2,+2,3,d,3,),V,REF,2,4,=,(D,4,),10,4,位二进制数,对应的十进制数,V,REF,2,4,=,(2,0,d,0,+2,1,d1,+2,2,d,2,+2,3,d,3,),V,REF,2,4,=,(D,4,),10,4,位二进制数,对应的十进制数,u,o,设,V,REF,=4V,则输入数字信号,d,3,d,2,d,1,d,0,对应的输出模拟信号,u,o,4,16,2=0.50V,4,16,1=0.25V,4,16,0=0.00V,4,16,3=0.75V,4,16,4=1.00V,4,16,5=1.25V,4,16,6=1.50V,4,16,7=1.75V,0 0 0 0,0 0 0 1,0 0 1 0,0 0 1 1,0 1 0 0,0 1 0 1,0 1 1 0,0 1 1 1,1 1 1 1,.,4,16,153.75V,.,V,REF,2,n,=,(D,n,),10,n,位二进制数,对应的十进制数,u,o,同理,权电阻网络,DAC,的缺点是各个电阻的阻值相差太大,精度不高。,二、倒,T,形权电阻网络,DAC,d=1,S,打在左边接,虚地,d=0,S,打在右边接,实地,不论,S,在什么位置，电阻上总是有电流,但是，有的流到虚地，有的流到实地。,。,V,REF,-,+,。,。,。,。,。,。,。,。,R,R,R,R,2R,2R,2R,2R,u,o,d,0,d,1,d,2,d,3,I,I,0,I,1,I,2,I,3,S,0,S,1,S,2,S,3,2R,I,F,V,REF,2R,2R,2R,2R,2RI,I,0,I,1,I,2,I,3,R R R,串并联以后的等效电阻,R,I=V,REF,/R,I,3,=,I,2,1,I,2,=,I,2,2,I,1,=,I,2,3,I,0,=,I,2,4,将,I=V,REF,/R,代入,I,F,=,I,2,1,I,2,2,I,2,3,I,2,4,d,3,+,d,2,+,d,1,+,d,0,得,:,d,0,),2,0,d,1,+,d,2,+,I,F,=,I,2,4,d,3,+,(2,3,2,2,2,1,d,0,),2,0,d,1,+,d,2,+,I,F,=,I,2,4,d,3,+,(2,3,2,2,2,1,2,4,R,V,REF,因此,u,O,-RI,F,d,0,),2,0,d,1,+,d,2,+,I,F,=,I,2,4,d,3,+,(2,3,2,2,2,1,2,4,R,V,REF,V,REF,2,4,(D,4,),10,V,REF,2,n,(D,n,),10,同理,:,u,O,与权电阻网络,DAC,相同,。,V,REF,-,+,。,。,。,。,。,。,。,。,R,R,R,R,2R,2R,2R,2R,u,o,d,0,d,1,d,2,d,3,I,I,0,I,1,I,2,I,3,S,0,S,1,S,2,S,3,2R,I,F,I,F,=I,3,+I,2,+I,1,+I,0,三、权电流型,DAC,u,O,十进制加计数器,10,位,DAC,（只用,4位）,u,O,10.24,2,10,（,D,10,）,10,10.24,1024,（,D,10,）,10,0.01(,10,),10,+5V,Q,3,Q,2,Q,1,Q,0,0001,0010,0011,0100,0101,0110,0111,1000,1001,0000,0000,0.09V,0.08V,0.07V,0.06V,0.05V,0.04V,0.03V,0.02V,0.01V,采样（也称取样）是将时间上连续变化的信号，,转换为时间上离散的信号,，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。,1.,采,样和保持,取样过程,采样脉冲,输入模拟信号,采样输出信号,6.3 A/D,转换,A/D,转换的三步骤,采样保持,-,量化,-,编码,采样定理,u,i,t,u,s,t,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,t,采样间隔时间,t,越小,O,还原,u,i,的性能,越好,令,f,S,=,1,t,称为采样频率,f,i,为被,采样的信号,u,i,的频率,要达到一定的还原性能必须满足：,f,S,2f,i,（,max,）,这就是所谓的,采样定理，,其中,f,i(max,),为,u,i,的最高频率,比如：制造,CD,光盘,时，对声音的,采样频率为,44.1K,HZ,，,因为人的耳朵,能够听到的声音的最高频率大约是,20K,HZ,模拟信号经采样后，得到一系列,样值脉冲,。采样脉冲宽度,一般是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时保持所取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。因此，在取样电路之后须加,保持电路,。,在采样脉冲,S(t,),到来的时间,内，,VT,导通，,U,I,(,t,),向电容,C,充电，假定充电时间常数远小于,，,则有：,U,O,(t,),U,S,(t,),U,I,(t,),。,采样,采样结束，,VT,截止，而电容,C,上电压保持充电电压,U,I,(t,),不变，直到下一个采样脉冲到来为止。,保持,场效应管,VT,为,采样门,，电容,C,为,保持电容,，运算放大器为,跟随器,，起缓冲,隔离,作用。,取样保持电路及输出波形,2,量化和编码,1,，量化：将各个时间段采样到的信号的数值变成某一个,最小单位的整数倍的过程称为,量化,。,2,，编码：将量化结果（整数倍,N,）用二进制数来表示的,过程称为,编码,。,6.3.2,直接,A/D,转换,1,并联比较型,A/D,转换器,分压器,u,i,Q,7,Q,6,Q,5,Q,4,Q,3,Q,2,Q,1,d,2,d,1,d,0,(01/15)V,REF,0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,(13/15)V,REF,0 0 0 0 0 0 1 0 0 1,(35/15)V,REF,0 0 0 0 0 1 1 0 1 0,(57/15)V,REF,0 0 0 0 1 1 1 0 1 1,(79/15)V,REF,0 0 0 1 1 1 1 1 0 0,(911/15)V,REF,0 0 1 1 1 1 1 1 0 1,(1113/15)V,REF,0 1 1 1 1 1 1 1 1 0,(1315/15)V,REF,1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,分压器,1/15,3/15,5/15,7/15,9/15,11/15,13/15,15/15,2,反馈比较型,u,i,u,O,u,L,u,B,脉冲源输出,CP,u,L,u,B,启动,u,i,u,O,计数,u,i,u,O,停止计数,数据输出,3,逐渐逼近型,d,2,d,1,d,0,0 0 0,0 0 1,0 1 0,1 1 1,.,6.3.3,间接,A/D,转换,1,、,V-f,变换型,CP,u,O,u,C,T,G,单位时间,CP,计数,计数输出,计数值,f,u,i,2,双积分型,预备,:,u,L,=1,计数器清,0,开关,S,O,闭合,C,放电,工作步骤,:,u,O1m,u,O1m,u,O1,u,O,u,O,1,m,u,O1,-,+,_,-,+,+,u,O,CP,启动,:,开关,S,O,断开,S,1,打到,u,i,u,i,对,C,充电,规定充电时间为,T,1,开关,S,1,打到,-V,REF,计数器启动计数,C,反充电到,u,C,=0,时,计数停止,计数时间为,T,2,，计数值和,ui,成正比。,6.4 A/D,、,D/A,的主要技术参数,一、分辨率,在,A/D,或,D/A,转换中所表示的最小模拟电压与最大模拟电压之比，,称为分辨率,n,位的,A/D,或,D/A,的分辨率,=,1,2,n,-1,所以，位数越多分辨率越高,二、转换误差,指,A/D,或,D/A,转换过程中的误差，,用数字量的最低有效位（,）,的倍数来表示。,例如：若,转换误差为,/2,且最低有效位代表,0.25,V,，那么,转换误差为,0.25/2=0.125,V,三、转换速度,完成一次,A/D,或,D/A,转换所需要的时间（一般是微秒级）,