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数模和模数转换器m
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学习目的与要求
了解
模/数电路的组成及电路特点
数/模电路的组成及电路特点
熟悉
数/模转换的基本概念
模/数转换的基本概念
常用A/D和D/A转换器的技术指标
编码规则
采样定理
掌握
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数/模与模/数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。
能将数字量转换成模拟量的装置称为数/模转换器,简称D/A转换器;能将模拟量转换为数字量的装置称为模/转换器,简称A/D转换器。
传感器
ADC
数字计算机
DAC
模拟控制
控制对象
数字信号
模拟信号
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数/模转换器中的文字D代表数字量,A代表模拟量,转换器用C表示。目前常见的D/A转换器中,有权电阻网络D/A转换器,倒梯形电阻网络D/A转换器等。
构成数字代码的每一位都具有一定的“权重”。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。
1、DAC的基本概念
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2、DAC的结构组成
DAC电路的作用是将输入的数字量转换成与输入数字量成正比输出模拟量。在转换过程中,将输入的二进制数字信号转换成模拟信号,以电压或电流的形式输出。
数字量输入
模拟量输出
DAC组成框图
基准电压
数
据
锁
存
器
电子开关
电阻网络
求和放大
图中数据锁存器用来暂时存放输入的数字信号。n位锁存器的并行输出分别控制n个模拟开关的工作状态。通过模拟开关,将参考电压按权关系加到电阻解码网络。
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如上图所示,DAC的n位数字输入量,以串行或并行方式输入并存储在数码寄存器中;数码寄存器输出的各位二进制代码分别控制对应各位的模拟电子开关,使数码为1的位在位权网络上产生与其权值成正比的电压(或电流)量,再由求和放大电路将各位权值所对应的电压(或电流)量相加,即可输出与输入数字量成正比的模拟量。
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对于有权码,先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量,然后相加,即可得到与数字量成正比的总模拟量,从而实现数字/模拟转换。当输入的数字量是由n位8421BCD码表示的数字信号X时,其从高位到最低位的权依次为依次为2n-1、2n-2…21、20等,其大小可表示为:
DAC电路的输出模拟电压u0(或模拟电流i0)为:
电流转换系数
电压转换系数
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0
1
2
3
4
5
6
7
001
010
011
100
101
110
111
u0/V
D
000
当Ru(或Ri)为1、n=3时,根据上式可得DAC的转换特性曲线如下图所示:
模拟输出
理想特性
数字输入
DAC的转换特性曲线
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1、分辨率:用来说明D/A转换器最小输出电压(此时输入的数字代码只有最低有效位为1,其余各位都是0)与最大输出电压(此时输入的数字代码所有各位全是1)之比。
例
一个8位和一个10位的两个DAC,其分辨率分别为:
从上式可看出:DAC输入数字量的位数n越多,电路的分辨能力越高。因此,有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率的高低。
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