数字逻辑电路（八）

数字逻辑电路（八）

目录

数模与模数转换电路

         1.数字控制系统

 2.数模转换器（DAC）

 3.模数转换器（ADC）

数模与模数转换电路
1.数字控制系统

ADC转换器：能将模拟信号转换成数字信号的电路，称为 模数 转换器 ；
DAC转换器：将能把数字信号转换成模拟信号的电路，称为 数 模转换器。

2.数模转换器（DAC）

DAC的功能——将数字量成正比地转换与之对应成模拟量
对于有权码，先将每位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后 将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比k（转换比例系数）的总模拟 量，从而实现了数字/模拟转换。

相邻两数码转换出的电压差值由 最低位码 所代表的电压的 位权值决定。
LSB ：信息所能分辨的最小值为1LSB 。
FSR：对应于最大数字量的最大电压输出值（绝对值）为 1FSR。
2.1DAC转换器的一般构成

 2.2权电阻网络

缺点 ——各权电阻的阻值都 不相同 ， 位数多 时，其阻值相差甚 远，这给保证精度带来很大困难，特别是对于集成电路的制作 很不利，因此在集成的 DAC 中 很少单独 使用该电路。 

2.3R-2R倒T形电阻网络DAC

 2.4单值电流型网络DAC

 2.5DAC的主要指标

I. 转换精度 ：通常用分辨率和转换误差来描述。
分辨率 ： 其定义为D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。
实际应用中往往用输入数字量的位数表示D/A转换器的分辨率。
II. 转换速度
转换速度一般由建立时间决定。
建立时间：从输入由全 0 突变为全 1 时开始，到输出电压稳定
在 𝑭𝑺𝑹 ± 𝑳𝑺𝑩范围（或以𝑭𝑺𝑹 ± 𝒙%𝑳𝑺𝑩 指明范围）内为止。
建立时间是DAC的最大响应时间，所以用它衡量转换速度的快慢。

 3.模数转换器（ADC）

3.1ADC的一般转换步骤

A/D 转换器一般要包括 取样， 保持，量化及编码 4 个过程。

3.1.1取样与保持

采样是将随时间连续变化的模 拟量 转换 为在时间离散的模拟量 。
采样信号 S(t) 的频率愈高，所采 得信号经低通滤波器后愈能真实 地复现输入信号。合理的采样频率由采样定理确定 。
采样定理：设采样信号 S ( t ) 的频 率为f s ，输入模拟信号 I ( t ) 的最 高频率分量的频率为f imax ， 则 f s ≥ 2 f imax
 
采得模拟信号转换为数字信号都 需要一定时间 ，为了给后续的 量 化编码 过程提供一个稳定的值，在取样电路后要求将所采样的模 拟信号 保持一段时间

3.1.2量化和量化

量化: 任何一个数字量的大小只能是某个数量单位（LSB ）的整数倍， 因此用数字量表示取样电压值时，先要把 取样电压 化为 这个最 小单位的整数倍 ，这一转换过程为量化，所取最小单位为 量化
单位 ，用 Δ表示，Δ=1LSB。
编码: 量化后的数值最后还需通过编码过程用一个 代码表示出来 。
经编码后得到的代码就是 ADC 转换器输出的 数字量 。
量化误差：量化前的电压与量化后的电压差 在量化过程中由于采样电压不一定能被 整除，所以量化前后 一定存在误差，此误差称之为 量化误差 。
量化误差属原理误差，它是无法消除的。 A/D 转换器的位数越 多，各离散电平之间的差值越小，量化误差越小。
两种近似量化方式： 四舍五入法和舍去小数法 。
四舍五入法量化：
量化过程将不足半个量化单位部分舍弃，对于等于或大于半个量化单位部分按一个量化单位处理

 舍去小数法量化：

量化中把不足一个量化单位的部分舍弃；对于等于或大于一个量化单位部分按一个量化单位处理。

ADC 种类很多，按工作原理分为直接 ADC （并联比较型 ADC 、 逐次逼近型 ADC 。）和间接 ADC （双积分型 ADC ）
3.3 并联比较型 A/D 转换器

 3.4逐次比较型A/D转换器

 3.6集成片ADC0801

 输出最大数码（全1）时，对 应理论输入电压范围为5.09V~5.11V

3.6双积分型ADC

双积分型ADC转换速度慢

 3.7ADC的主要技术指标