《电子技术基础》课件10-3.ppt

1、第10章:脉冲电路与AD/DA p 单稳态触发器 （monostable trigger）p 门电路多谐振荡器和555定时器（multivibrator and timer）p AD/DA 转换 （Analog/digital conversion）p 电子测量系统 （Electronic measurement system）10.3-1 A/D转换的基本原理（A/D conversion）p A/D转换器要将幅值连续、时间连续的模拟量转换为 幅值离散、时间离散的数字量，分为：取样、保持、量化和编码四个步骤。量化编码CPs取样保持Dn-1D1D010.3 AD/DA转换 p 取样：在CPs信

2、号的控制下，在时间轴上的一些规定点上对模拟信号 抽取样值，幅值连续、时间连续变为幅值连续、时间离散，CPs=1；p 保持：取样结果保持到下一个取样脉冲到来的间隔，称为保持时间。为后面量化编码提供一定时间间隔的稳定信号，CPs=0；p 取样定理：为了正确无误地用取样信号 来表示模拟信号，能从采样 信号将原来信号进行恢复 必须满足：CPs取样保持10.3 AD/DA转换 max2isff Uip 量化：任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小数量单位的 整数倍，将取样电压表示为这个最小单位的整数倍的规程称为量化，幅值连续变为幅值离散。最小数量单位称为量化单位（S）；p 编码：将量化的数值用二进制代

3、码表示，称为编码。p 量化误差：取样电压不能被S整除，所引起的误差称为：量化误差模拟电平 1V 7/8 6/8 5/8 4/8 3/8 2/8 1/8 0V二进制码 111 ：7S=(7/8)110 ：6S=6/8 101 ：5S=5/8 100 ：4S=4/8 011 ：3S=3/8 010 ：2S=2/8 001 ：1S=1/8 000 ：0S=0V模拟电平模拟电平 1V 13/15 11/15 9/15 7/15 5/15 3/15 1/15 0V二进制码二进制码 111 ：7S=(14/15)110 ：6S=12/15 101 ：5S=10/15 100 ：4S=8/15 011 ：3

4、S=6/15 010 ：2S=4/15 001 ：1S=2/15 000 ：0S=0V舍尾取整法：量化误差max=+1S四舍五入法：量化误差max=S/210.3 AD/DA转换 10.3-2 A/D转换器简介（Analog-Digital Converter）p 并行比较型A/D转换器p 直接型A/D转换器p Ui：0VREFp 输出3位二进制数码p 比较器完成量化操作：量化单位：2/15 VREF 量化误差：1/15 VREFp 缓冲寄存器p 代码编码电路p 特点：转换速度快，小于50ns；不用附加取样保持电路；很多的比较器和寄存器10.3 AD/DA转换 UiVREFRRRRRRRR/2

5、REFV151REFV153REFV155REFV157REFV159REFV1511REFV1513D7FF7D6FF6D5FF5D4FF4D3FF3D2FF2D1FF1CP111111117Q5Q6Q4Q3Q2Q1Q2QD2D1D0(MSB)(LSB)p 并行比较型A/D转换器10.3 AD/DA转换 UiQ7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2 Q1D2 D1 D00 Ui 1/15 VREF1/15 VREF Ui 3/15 VREF3/15 VREF Ui 5/15 VREF5/15 VREF Ui 7/15 VREF7/15 VREF Ui 9/15 VREF9/15 VREF Ui 1

6、1/15 VREF11/15 VREF Ui 13/15 VREF13/15 VREF Ui VREF0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 10 0 0 0 0 1 10 0 0 0 1 1 10 0 0 1 1 1 10 0 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 142QD 12345670QQQQQQQD2461QQQDp 直接反馈比较型A/D转换器 包括：比较器、D/A转换器、寄存器、控制电路和脉冲源p 转换开始前：寄存器清零；转换：在脉冲时钟的控制下，控制电路先将寄

7、存器最高为置1，进行D/A转换，若：UoUi，清零该位；然后次高位，到最低位比较完。p D/A转换输出叠加-S/2偏移，量化误差为：S/2；p 转换时间：n+2 个时钟周期p 特点：转换速度适中，10100us；A/D转换器位数较多时，电路规模比并行比较型小得多，属常用电路。p 逐次渐近型A/D转换器（Successive approximation）DAC逐次渐近寄存器控制电路脉冲源CUi UoS/2控制信号CP数字信号10.3 AD/DA转换 p 逐次渐近型A/D转换器（Successive approximation）10.3 AD/DA转换 UiD5FF5D4FF4D3FF3D2FF2

8、&CP控制信号D1FF1Q1Q2Q3Q4Q5&1SRFAQASRFBQBSRFCQC1&三位D/A转换器-S/2G9G1G2G3G4G5G6G7G8D2D1D0UcC10.3 AD/DA转换 p 转换前，FA、FB、FC清零，环形寄存器置成Q1Q2Q3Q4Q5=10000。转换控制信号变成高电平后，转换开始。1st CP，FA置1，FB、FC复位，QAQBQC=100。DAC输出与Ui比较，若Ui较大，Uc=0；若Ui较小，Uc=1。同时移位寄存器右移一位，变成Q1Q2Q3Q4Q5=01000。2nd CP，FB置1，FC不变。若Uc=0，FA保持，Uc=1，FA复位，DAC输出与Ui比较。同

9、时Q1Q2Q3Q4Q5=00100。3rd CP，FC置1，FA不变。若Uc=0，FB保持，Uc=1，FB复位，DAC输出与Ui比较。同时Q1Q2Q3Q4Q5=00010。4th CP，FA、FB不变。若Uc=0，FC保持，Uc=1，FC复位。此时QAQBQC就是转换结果。同时Q1Q2Q3Q4Q5=00001。由于Q5=1，门G6、G7、G8打开，将转换结果送到输出端。5th CP，Q1Q2Q3Q4Q5=10000，返回初试状态，同时Q5=0，门G6、G7、G8关闭，转换输出信号消失。p 特点：工作性能稳定，对积分器中的R、C要求不高；抗干扰能力强，积分能有效抑制平均值为零的各种噪声信号；转换

10、速度慢，几十ms；p 间接型A/D转换器（VT）p Ui：0VREFp 两次积分过程；p 双积分型A/D转换器（Dual-slope integration）控制电路计数器C时钟控制S0S1S1S0Ui-VREF数字信号10.3 AD/DA转换 RUo1Uo2p 转换前，计数器清零，S0闭合，C放电；积分1：S1接通Ui，积分器对Ui进行固定时间 (T1：计数器满计数)积分，结束后，积分器输出与Ui成正比的负电压；积分2：计数器满计数后，输出控制信号使S1 接通-VREF，积分器反向积分，同时计数器开始计数，当积分器输出 为0时，计数停止。与Ui成正比的计数结果即为数字输出信号。p 双积分型A

11、/D转换器（Dual-slope integration）10.3 AD/DA转换 tttU01计数U02T1T2-Ui/RCVREF/RCM个个N个个10.3-3 D/A转换器简介（Digital-Analog Converter）p 权电阻D/A转换器（Scaled resistors）0011221122.22ddddDnnnnn440011223340312232)2222(2)222(DVddddVdRVdRVdRVdRVRUREFREFREFREFREFREFFOp DAC输出范围：0 -(2n-1)VREF/2np 特点：电路结构简单，元器件少；各电阻值差别较大，精度保证有困难，

12、制作集成电路则更加不利。10.3 AD/DA转换 VREFRF=R/2AIU0I1I2I3d0d1d2d3I0R2R22R23RI/16 I/8 I/4 I/2p 特点：电阻只有R、2R两种，便于集成；各结点电位不变，转换速度快。p 倒T形电阻网络D/A转换器（R-2R ladder）04132232222dIdIdIdIIF440011223342)2222(2DVddddIRIRUREFFFFOd0 d1 d2 d3VREFRF=RUORRR2R2R2R2R2R2RRRR2R2R2R2RI/16 I/8 I/4 I/2IVREFR R R R10.3 AD/DA转换 1、转换精度：分辨率：

13、指A/D转换器输出的二进制或十进制的位数，输入信号的分辨能力。n位二进制输出的A/D转换器能区分输入模拟电压的2n个不同等级。转换误差：由于VREF波动、比较器 和电阻等的偏差，造成 A/D转换器实际转换特性 与理想转换特性之间的 最大偏差。用最低有效位的倍数来表示，如：1LSB10.3-4 A/D、D/A转换器主要参数p A/D转换器的转换精度和转换速度数字量输出模拟量输入10.3 AD/DA转换 10.3-4 A/D、D/A转换器主要参数p A/D转换器的转换精度和转换速度2、转换速度：A/D转换器的转换速度，主要取决于电路的类型。8位并联比较型A/D的转换速度小于：50ns；8位逐次渐近

14、型A/D的转换速度：1us100us；双积分型A/D的转换速度最低：几十ms几百ms10.3 AD/DA转换 1、转换精度：分辨率：指D/A转换器输入的二进制的位数，说明输出信号对输入代码的 分辨能力。n位的D/A转换器能给出2n个不同等级的输出模拟电压。转换误差：由于VREF波动、运算放大器的 零点漂移、模拟开关的导通 内阻和导通压降、电阻值等的 偏差，造成D/A转换器的实际 转换特性与理想转换特性之间 的最大偏差。常用最低有效位的倍数来表示，如：1LSBp D/A转换器的转换精度和转换速度10.3 AD/DA转换 数字量输入模拟量输出p D/A转换器的转换精度和转换速度2、转换速度：D/A转换器的转换速度，通常用建立时间 tset来表示。tset是指从输入的数字量发生突变开始，直到输出模拟电压进入稳态值相差1/2LSB 范围以内的这段时间。手册上给出的为输入 从全0跳变到全1时的建立时间。0.11.5ustUotset1/2LSB 10.3 AD/DA转换 控制处理变换信号输入信号输出变换反馈人机接口10.4 电子测量系统 传感器放大器滤波器ADCCPUFPGARAMDAC滤波器放大器功率放大器键盘显示器AGC习题：P403 10-8，10-9，10-1110.3 AD/DA转换