第9章数/模和模数转换 9.1数/模转换器(DAC) 9.2模/数转换器(ADC) 1001010 0093A/D转换器应用举例 01010010 10010010 10010101 00101001 101001 2021/2/24 东北大学信息学
2021/2/24 东北大学信息学院 1 第9章 数/模和模/数转换 9.1 数/模转换器（DAC） 9.2 模/数转换器（ADC） 9.3 A/D转换器应用举例
东北大学 >数字电路、计算机只能对数字信号进行处理,其 结果为数字量。然而,自然界中绝大多数的物理 01010 量都是连续变化的模拟量。例如温度、速度、压 1001010 000等。这些模拟量经传感器转换后所产生的电信 0100号也是模拟信号。若要数字装置或计算机对这些 10010010 00信号进行处理,就必须将其转换为数字信号 00101001 101001 2021/2/24 东北大学信息学
2021/2/24 东北大学信息学院 2 ➢ 数字电路、计算机只能对数字信号进行处理，其 结果为数字量。然而，自然界中绝大多数的物理 量都是连续变化的模拟量。例如温度、速度、压 力等。这些模拟量经传感器转换后所产生的电信 号也是模拟信号。若要数字装置或计算机对这些 信号进行处理，就必须将其转换为数字信号
东北大学 将模拟量转换为数字量的过程称为模数转换简称 A/D转换。实现AD转换的电路被称之为模数转换器, 0简称ADC( Analog to Digital Converter) 10010 ADC转换所得到的数字信号经计算机处理,其输出 00101010 0仍为数字信号。而过程控制装置往往需要模拟信号去 1掉制,所以经计算机处理后得到的数字信号必须转换 为模拟信号。把数字量转换为模拟量的过程称作数模 转换器,简称DAC( Digital to Analog Converter。 2021/2/24 东北大学信息学
2021/2/24 东北大学信息学院 3 ➢将模拟量转换为数字量的过程称为模/数转换简称 A/D转换。实现A/D转换的电路被称之为模/数转换器， 简称ADC（Analog to Digital Converter）。 ➢ADC转换所得到的数字信号经计算机处理，其输出 仍为数字信号。而过程控制装置往往需要模拟信号去 控制，所以经计算机处理后得到的数字信号必须转换 为模拟信号。把数字量转换为模拟量的过程称作数/模 转换器，简称DAC（Digital to Analog Converter）
91数/模转换器(DAC) >DAC的输入是数字信号。它可以是任何一种编码 常用的是二进制码。输入可以是正数,也可以是 0101010 10010 负数,通常是无符号的二进制数。如图为DA转换 00框图。由于输入数字量的位数是有限的,所以输 00的模拟量也是有限的。例如三位DAC只能有八 10010010 0个,相应模拟量输出的大小也只有八个不同值 00101001 101001 2021/2/24 东北大学信息学
2021/2/24 东北大学信息学院 4 9.1 数/模转换器（DAC） ➢ DAC的输入是数字信号。它可以是任何一种编码， 常用的是二进制码。输入可以是正数，也可以是 负数，通常是无符号的二进制数。如图为D/A转换 框图。由于输入数字量的位数是有限的，所以输 出的模拟量也是有限的。例如三位DAC只能有八 个，相应模拟量输出的大小也只有八个不同值
>DAC输出的模拟量与输入的数字量成正比若比例 系数为1,则4位DAC输入二进制数可以是0000 111,输出模拟量的大小相应为0~15。DAC的输 01010 出有电流和电压之分。以电流输出为例。4位二进 10010101 00制数的展开式: 01010010 a2×23+a,×22+a1×21+an×20 10010010 0在比例系数为1的前提下,输出电流的表达式为 00ou=a3×23b+a2×22+a1×24+a2×2D0 101001 2021/2/24 东北大学信息学
2021/2/24 东北大学信息学院 5 ➢ DAC输出的模拟量与输入的数字量成正比。若比例 系数为1，则4位DAC输入二进制数可以是0000～ 1111，输出模拟量的大小相应为0～15。DAC的输 出有电流和电压之分。以电流输出为例。4位二进 制数的展开式： ➢ A=a3×2 3+a2×2 2+a1×2 1+a0×2 0 ➢ 在比例系数为1的前提下，输出电流的表达式为： ➢ Iout=a3×2 3 I0+a2×2 2 I0+a1×2 1 I0+a0×2 0 I0
>为达到此目的,可采用图示原理图。图中开关S受 数字量中第i位数控制,当a:=1时,S闭合,而a:=0 时,S,断开。电流源的值与二进制数的权值相同。 这样,A=000时,Imt=4;A=0011时,Lm=31……。 00101010 out 0101000 d 100100 DAC 100101 8n①4①21①14① 0010100 DAC框图 DAC转换原理图 2021/2/24 东北大学信息学
2021/2/24 东北大学信息学院 6 ➢ 为达到此目的，可采用图示原理图。图中开关Si受 数字量中第i位数控制，当ai =1时，Si闭合，而ai =0 时，Si断开。电流源的值与二进制数的权值相同。 这样，A=0001时，Iout=I0；A=0011时，Iout =3I0……。 d0 d1 d2 d3 DAC v0 DAC框图 8I0 S3 4I0 S2 2I0 S1 1I0 S0 Iout DAC转换原理图
东北大学 >理想运算放大器: 01>A R 01010100 A=UoUd R1 U R 10010101 UI UA=Uo/A=0 ra 00101010 0101000u=Ud/R=0 Rb 10010010 ULXRL =O 1001010 001010 UOUFRDR 101001 2021/2/24 东北大学信息学
2021/2/24 东北大学信息学院 7 ➢理想运算放大器： ➢ A=∞; Ri=∞; ➢ A=UO /Ud Ud=UO /A=0 ➢ Id = Ud / Ri =0 ➢ U+=Id×Rb =0 ➢ UO /UI=(－Rf )/ R1 － + A UO UI Rf Rb R1 UU+ II Id Ud Ri If UO UI Rf Rb R1 U U II Id U If
东北大学 >U_=U4+U=U4=0 DiU )R=(U-=o/4、8 01>I1=+L=I R 00101010 U R, O1GUR1-UO/Re U R b 10pUOUCRO/RI 10010101 00101001 101001 2021/2/24 东北大学信息学
2021/2/24 东北大学信息学院 8 － + A UO UI Rf Rb R1 UU+ II Id Ud Ri If UO UI Rf Rb R1 U U II Id U I ➢U－= U++ Ud= U+=0 f ➢ I1=If+Id=If (UI－U－)/R1=(U－－UO)/Rf ➢UI /R1=(－UO)/Rf ➢UO/UI=(－Rf )/ R1
911二进制权电阻DAC R 01010100 1001010120R 2R 2R 23R 00101010 01010010 10010010 100101 REF 00101001 101001 图91二进制权电阻DAC原理图 2021/2/24
2021/2/24 东北大学信息学院 9 9.1.1 二进制权电阻DAC S3 S2 S1 S0 + _ A RF R 21 R 22 R 23R VREF a3 a2 a1 a0 vo 图9-1 S3 S2 S1 S0 20 22 23 3 2 1 0 o - 二进制权电阻DAC原理图 iI
北大学 REF+乱 REF REF +a +a12R REF = a 01010100 320R22lR 023R 10010101 REF 00101010 (a32+a2+212+a012) 23R 01010010 1000V 3 REF 100101 a.·2 3 23R 00101001 101001 2021/2/24 东北大学信息学
2021/2/24 东北大学信息学院 10 2 R V a 2 R V a 2 R V a 2 R V i a 3 REF 2 0 REF 1 1 REF 0 2 REF I = 3 + + + (a 2 a 2 a 2 a 2 ) 2 R V 0 0 1 1 2 2 3 3 3 REF = + + + = = 3 i 0 i 3 i REF a 2 2 R V