数字电子技术及应用,第9章 数模和模数转换,Analog to Digital Converter ADC,Digital to Analog Converter DAC,9.1 概述,！精度 ！速度,要求：,数字量的表示方法:,分类：1.权电阻网络D/A转换器,2.倒T型电阻网络D/A转换器,3. 权电流型D/A转换器,9.2 D/A转换器,分类：,9.2.1 倒T形电阻网络型DAC,R,R,R,R,vO与数字量成正比。,9.2.2 权电流型DAC,9.2.3 常用集成DAC芯片及其应用,例9.2.1 下图是用DAC0832组成的D/A转换电路。DAC0832是一个8位二进制输入的倒T型电阻网络DAC，若VREF=5V，试写出输出电压vO2的计算公式，并计算当输入数字量D8=d7d6d0=00000000,10000000和11111111的输出电压值。,例9.2.2,构成扭环形 计数器,9.2.4 DAC的主要技术指标,转换精度和转换速度,1转换精度 DAC的转换精度一般用分辨率、转换误差和线性误差来描述。 （1）分辨率 所谓“分辨率”，就是输入数字量的最低有效位（LSB）变化1个字（如0000变化到0001）所引起的输出电压变化值相对于满刻度值的百分比。一个n位DAC的满刻度值为2n-1，因此，n位DAC的分辨率为,输入数字量位数越多，输出模拟量的等级也越多，划分得越精细,分辨率越高。,（2）转换误差 DAC的转换误差，主要由基准电压VREF的精度和不稳定度、运算放大器的零点漂移，模拟开关的导通电阻差异、电阻网络电阻值偏差等引起。 转换误差有绝对误差和相对误差两种表述方法。,例如，假设DAC满量程输出电压为10V，如果是4位DAC，那么可以分辨出的最小电压为,（3）线性误差 理论上，DAC的输出应与输入数字量成严格的线性关系，但实际上并非如此。手册上常用LSB的倍数表示线性误差，例如LSB/2。有时也用满刻度（Full Scale Range，FSR）的百分数表示，如0.05%FSR等。,2转换速度 通常用建立时间tset来描述DAC的转换速度。 建立时间是指当数字量加到输入端时，输出量变化到相应稳定值所需要的时间。由于输入数字量越大，需要的转换时间越长，所以一般用DAC输入的数字量由全0变为全1或由全1变为全0时，输出电压进入稳态值范围LSB/2之内所需的时间。,9.2.5 DAC芯片的选用方法,考虑分辨率、功能特征、基准电源,A/D转换器的功能是将输入的模拟信号转换成相应的 数字信号。 A/D转换器的工作一般包括取样、保持、量化和编码 四个过程。 按工作原理可分为直接ADC和间接ADC。,9.3 A/D转换器,9.3.1 A/D转换的一般过程,将连续变化的模拟信号用多个时间点上的信号值来表示称为取样。 将取样所得信号转换成数字信号往往需要一定的时间，为了给后续的量化编码电路提供一个稳定值，取样电路的输出还须保持一段时间。 一般取样与保持过程是同时完成的。,1.取样和保持,2. 量化和编码 1)量化：将取样-保持电路输出的模拟量按某种近似方式表示成某个最小数量单位（）的整数倍。 2)编码：将量化结果用二进制代码（或其他进制）表示 3)量化误差：当取样-保持过程后的信号不能被整除时，将引入量化误差,例：vo=1.7V,只舍不入量化方式,有舍有入量化方式,9.3.2 逐次渐近型ADC,转换原理：,Gd3g3+ d2g2+ d1g1+ d0g0,有效砝码的总重量逐次逼近重物的重量：,8位逐次比较型ADC波形图,VREF=-10V,9.3.3 双积分型ADC,转换前，转换控制信号vc=0，计数器 和FFC被清零。,2. vc=1，转换开始（S0断开）。第一步，S1VI，积分器对VI积分。,t=T1,=2nTCP,第二步，S1-VRFF，积分器对-VRFF进行 反向积分至vo=0。,T2=TC,显然，计数器中的数字（dn-1dn-2d1d0）与输入信号VI成正比。,9.3.4 常用集成ADC芯片及其典型应用,用ADC0809和87C51组成8路A/D转换器,用CC14433组成3位半直流数字电压表,用CC7106或7107组成3位半直流数字电压表,9.2.5 A/D转换器的主要技术指标,（1）分辨率说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。 一般用输出二进制（或十进制）数的位数表示。因为，在最大输入电压一定时，输出位数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高。,1. 转换精度,例如，相对误差LSB/2，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。,（2）转换误差它表示A/D转换器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。,2. 转换时间指从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间。,并行比较A/D转换器转换速度最高；逐次比较型A/D转换器次之；间接A/D转换器的速度最慢。,第9章 习题,9.2 9.3 9.4 9.7,