第24章 模拟量和数字量的转换
(7-1) 第24章 模拟量和数字量的转换
能将数字量转换为模拟量的装置称为 数模变换器(简称DA变换器);能将模拟 量转换为数字量的装置称为模/澂变换器 (简称AD变换器) 数模与模微数变换器是计算机与外部 设备的重要接口也是数字测量和数字控制 系统的重要部件。 7-2)
(7-2) 数/模与模/数变换器是计算机与外部 设备的重要接口,也是数字测量和数字控制 系统的重要部件。 能将数字量转换为模拟量的装置称为 数/模变换器( 简称D/A变换器 ); 能将模拟 量转换为数字量的装置称为模/数变换器 ( 简称A/D变换器 )
24.1数模转换器 由于构成数字代码的每一位都有 一定的“权重”,因此为了将数字量 转换成模拟量,就必须将每一位代码 按其“权重”转换成相应的模拟量 然后再将代表各位的模拟量相加,即 可得到与该数字量成正比的模拟量, 这就是构成D/A变换器的基本思想。 D/A变换器的电路形式很多,这里 只介绍两种。 7-3
(7-3) 由于构成数字代码的每一位都有 一定的“权重”，因此为了将数字量 转换成模拟量，就必须将每一位代码 按其“权重”转换成相应的模拟量， 然后再将代表各位的模拟量相加，即 可得到与该数字量成正比的模拟量， 这就是构成D/A变换器的基本思想。 D/A变换器的电路形式很多，这里 只介绍两种。 24.1 数模转换器
2411T形电阻网络DA转换器(以4位为例 DR CR BR A R 2 R 2R T 2R T 2R T 2R T 2R R 0 ●● 十 D 7-4)
(7-4) 24.1.1 T形电阻网络D/A转换器( 以4位为例 ) B A + + - A uo S3 S2 S1 S0 2R 2R 2R 2R R3 R2 R1 R0 RF D3 D2 D1 D0 0 0 1 1 UR 2R R R R I3 I2 I1 I0 I D C
DR C R BR A U R R R 0 2R 2R T 2R T 2R T 2R F 19L ●●●●:●●● 3 即 R UC=U2 因此,每个 2R支路中的 电流也逐位减 半 7-5
(7 - 5 ) UD = UR UC = UR/ 2 UB = UR/4 UA = UR/8 即： 因此，每个 2R支路中的 电流也逐位减 半。 B A + +-A u o S3 S2 S1 S 0 2R 2R 2R 2R R3 R2 R1 R0 R F D 3 D 2 D 1 D 0 0 0 1 1 UR 2R R R R I3 I2 I1 I0 I D C
DR CR BRA R R 0 2R 2R T 2R T 2R T 2R D3 D, D 0 UD3DD2+、 2R AR 8?1、C 16R DO 16(8D3+4D2+2D,+ID R B(8D3+4D2+2D1+1D0) 16R
(7-6) I = I3 + I2 + I1 + I0 UR 2R = D3 UR 16R D0 UR 8R D1 UR 4R + D2 + + = UR 16R ( 8D3 + 4D2 + 2D1 + 1D0 ) = URRF 16R ( 8D3 + 4D2 + 2D1 + 1D0 ) uo - B A + + - A uo S3 S2 S1 S0 2R 2R 2R 2R R3 R2 R1 R0 RF D3 D2 D1 D0 0 0 1 1 UR 2R R R R I3 I2 I1 I0 I D C
241.2D/A转换器的主要技术指标 1分辨率 指最小输出电压和最大输出电压之比 2精度 输出模拟电压的实际值与理想值之差. 3线性度 用非线性误差的大小表示线性度。偏离理想的输 入-输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数 定义为非线性误差。 4输出电压(电流)的建立时间 从输入数字信号起到输出电压或电流到达稳定值所需时间 77)
(7-7) 24.1.2 D/A转换器的主要技术指标 指最小输出电压和最大输出电压之比。 1.分辨率 3.线性度 用非线性误差的大小表示线性度。偏离理想的输 入－输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数 定义 为非线性误差。 4.输出电压( 电流 )的建立时间 2.精度 输出模拟电压的实际值与理想值之差. 从输入数字信号起,到输出电压或电流到达稳定值所需时间
242模数转换器 A/D转换的一般步骤 由于输入的模拟信号在时间上是连续量,所以一般的AD转换过程为 取样、保持、量化和编码。 CR几几L D ADC的 量化编码电路 DI O DO ADC 数字量输出(n位) 取样保持电路 输入模拟电压 取样展宽信号
(7-8) 24.2 模数转换器 A/D转换的一般步骤 由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般的A/D转换过程为： 取样、保持、量化和编码。 CPS S ADC 取样保持电路 ADC的 量化编码电路 . . . D D D n-1 1 0 vI（ t） v（I t） 输入模拟电压 取样展宽信号 数字量输出（n位）
2421逐次逼近型 工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码 共重15克,每个重量分别为8、4、2、1克。设 待秤重量W=13克,可以用下表步骤来秤量: 砝码重 结 论 暂时结果 第一次8克砝码总重待测重量W,故撤除12克 第四次加1克砝码总重=待测重量形,故保留13克
(7-9) 24.2.1 逐次逼近型 工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码 共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设 待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量： 砝码重 第一次 第二次 第三次 第四次 加4克 加2克 加1克 8 克 砝码总重 待测重量Wx ，故撤除 砝码总重 ＝ 待测重量Wx ，故保留 暂时结果 8 克 12 克 12 克 13 克 结 论
转换框图 模拟量 设:i6VRF<<1VEF D/转换器 REF DO DI D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 数据寄存器 控制 逻辑 Q0 Q1 Q2 Q3 移位寄存器
(7-10) 转换框图 v 16VREF＜ I 9 VREF 10 ＜ 16 设： vI C v D/A 转换器 移位寄存器 数据寄存器 VREF O v 控 制 逻 辑 模拟量 D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 Q0 Q1 Q2 Q3