第 14 章模拟信号与数字信号的相互转换

第14章模拟信号与数字信号的相互转换 14.1 数模转换器 14.2 模数转换器 14.3 数字电路的应用举例返回主页上一章下一章

A/D D/A • A/D 与 D/A 转换概述控制对象执行机构传感器计算机模拟量数字量数字量模拟量

14.1 数模转换器 与数字量等值的十进制数成正比的模拟量数字量 D/A • D/A 转换器的组成： • (1) 数码寄存器 • (2) 模拟电子开关电路 • (3) 解码网络 • (4) 求和电路 • (5) 基准电压

R R R 4 3 2 1 3R 2R 2R 2R 2R 2R 2R △ 8 －＋ S4 S3 S2 S1 ＋ Uo UREF D4 D3 D2 D1 电子双向开关 1 0 0 0 0 0 0 0 数模转换器

R R R 4 3 2 1 3R 2R 2R 2R 2R 2R 2R △ 8 －＋ S4 S3 S2 S1 ＋ Uo (1) D4D3D2D1 = 0000时 Ui = 0 = 0

3R R R R 1 2 4 3 2R △ 2R 2R 8 －＋ + － + － + － + － UREF 24 UREF 23 ＋ Uo1 UREF 2 UREF 22 UREF 24 Uo1 =－ (2) D4D3D2D1 = 0001 时（S1 单独接 UREF） R R R R 2R 2R 2R UREF 输出：

3R R R R 1 2 4 3 2R △ 2R 2R 8 －＋ + － + － + － UREF 23 ＋ Uo2 UREF 2 UREF 22 UREF 23 Uo2 =－ (3) D4D3D2D1 = 0010时（S2 单独接 UREF） R R R R 2R 2R 2R UREF 输出：

3R R R R 1 2 4 3 2R △ 2R 2R 8 －＋ + － + － UREF 22 ＋ Uo3 UREF 2 UREF 22 Uo3 =－ (4) D4D3D2D1 = 0100时（S3 单独接 UREF） R R R R 2R 2R 2R UREF 输出：

3R R R R 1 2 4 3 2R △ 2R 2R 8 －＋ + －＋ Uo4 UREF 2 UREF 21 Uo4 =－ (5) D4D3D2D1 = 1000时（S4 单独接 UREF） R R R R 2R 2R 2R UREF 输出：

UREF 23 UREF 24 UREF 2 UREF 22 Uo =－( D4＋ D3＋ D2＋ D1 ) UREF 24+1 UREF 2n+1 4 i =1 n i =1 ∑2iDi ∑2iDi Uo =－ Uo =－与n 位二进制数等值的十进制数 1 2 n i=1 ∑2iDi • Di= 1 时，Si接 UREF；Di = 0 时，Si接地。 Uo = D4Uo4＋D3Uo3＋D2Uo2＋D1Uo1 • 若输入为 n 位，则

Uomin Uomax 1 2n－1 KRR = = • 分辨率 KRR 最小输出电压→ 输入二进制数为 0…01 最大输出电压→ 输入二进制数为 1…11

电子双向开关 ＋UREF ＋UCC 饱和导通 VT3 0 Si 1 Di 1 VT2 VT1 VT4 1 －UBB 截止

＋UREF ＋UCC VT3 Si Di VT2 VT1 VT4 －UBB • 电子双向开关 1 0 0 0

UREF 26+1 6 i =1 ∑2iDi Uo =－ UREF 26+1 6 i =1 ∑2iDi Uo =－ 1 2n－1 1 26－1 KRR = = [例14.1.1]某六位 R－2R 型数模转换器的基准电压 UREF = 10V，求输入二进制数为 1011和 111101两种情况下的输出模拟电压及该数模转换器的分辨率。解：(1) 输入二进制数为1011时 =－2－7×10×(0×26＋0×25 ＋1×24＋0×23＋1×22＋1×21 )V =－1.718 75 V (2) 输入二进制数为111101时 =－9.531 25 V (3) 分辨率 =－0.0159

修改 D/A 模拟量修改 D/A 模拟量 14.2 模数转换器 • 逐次逼近型 A/D 转换器的工作原理与待转换的模拟量比较在最高位设定数字量 1 与待转换的模拟量比较在次高位设定数字量 1 直至设定的数字量与待转换的模拟量之间的误差小于最低一位数字量为止。

D/A 转换器 Q4 Q3 Q2 Q1 FF4 FF3 FF2 FF1 C C C C D D D D RD SDRD SDRD SDRD SD 8 清零－＋＋ uA D4 D3 D2 D1 ux 1 1 1 1 CP5 CP1 CP2 CP3 CP4 顺序脉冲分配器 1 0 0 0 0 1 CP1 使 Q4Q3Q2Q1 = 1000 uA = 5V  6.88V 设 UREF =－10 V ux = 6.88 V

D/A 转换器 Q4 Q3 Q2 Q1 FF4 FF3 FF2 FF1 C C C C D D D D RD SDRD SDRD SDRD SD 8 清零－＋＋ uA D4 D3 D2 D1 ux 1 1 1 1 CP5 CP1 CP2 CP3 CP4 顺序脉冲分配器 1 0 0 0 1 1 0 CP2 使 Q4Q3Q2Q1 = 1100 uA = 7.5V ＞ 6.88V 设 UREF =－10 V ux = 6.88 V

D/A 转换器 Q4 Q3 Q2 Q1 FF4 FF3 FF2 FF1 C C C C D D D D RD SDRD SDRD SDRD SD 8 清零－＋＋ uA D4 D3 D2 D1 ux 1 1 1 1 CP5 CP1 CP2 CP3 CP4 顺序脉冲分配器 1 0 0 1 0 1 0 1 CP3 使 Q4Q3Q2Q1 = 1010 uA = 6.25V ＜ 6.88V 设 UREF =－10 V ux = 6.88 V

D/A 转换器 Q4 Q3 Q2 Q1 FF4 FF3 FF2 FF1 C C C C D D D D RD SDRD SDRD SDRD SD 8 清零－＋＋ uA D4 D3 D2 D1 ux 1 1 1 1 CP5 CP1 CP2 CP3 CP4 顺序脉冲分配器 1 1 0 0 1 1 CP4 使 Q4Q3Q2Q1 = 1011 uA = 6.875V ＜ 6.88V CP5 使 Q4Q3Q2Q1 = 1011 uA = 6.875V ＜ 6.88V 设 UREF =－10 V ux = 6.88 V

秒信号 14.3 数字电路的应用举例一、数字钟 1. 数字钟系统的组成报时电路译码显示电路较时电路计时电路时间标准信号分频电路信号源

时显示器 分显示器秒显示器时译码器分译码器秒译码器时计数器（24进制）分计数器（60进制）秒计数器（60进制）门门触发器 SB1 触发器 SB2 105 HZ 105 HZ 石英晶体振荡器整形电路分频器 2. 数字钟的工作原理 60 个分脉冲出一个进位脉冲 60 个秒脉冲出一个进位脉冲正常计时时 2 kHz 500 Hz 1Hz

时显示器 分显示器秒显示器时译码器分译码器秒译码器时计数器（24进制）分计数器（60进制）秒计数器（60进制）门门触发器 SB1 触发器 SB2 105 HZ 105 HZ 石英晶体振荡器整形电路分频器 2. 数字钟的工作原理关闭进位脉冲 “时计数器”按秒的速度快速走时校对小时时 2 kHz 500 Hz 1Hz

时显示器 分显示器秒显示器时译码器分译码器秒译码器时计数器（24进制）分计数器（60进制）秒计数器（60进制）门门触发器 SB1 触发器 SB2 105 HZ 105 HZ 石英晶体振荡器整形电路分频器 2. 数字钟的工作原理关闭进位脉冲 “分计数器”按秒的速度快速走时校对分钟时 2 kHz 500 Hz 控制“门”引导哪路信号 1Hz

＋U 反光纸显示器整形电路电机放大器与门计数器译码器 R 基准时间脉冲发生器二、数字转速表 (1) 反光纸的光线使光敏二极管导通。 (2) 转子每转一圈，电阻 R上形成一个脉冲信号。 (3) 整形电路将不规矩的脉冲信号变换成规矩的方波信号。 (4) 与门间隔地开通 1s，计数器记录 1s 内的脉冲个数。 (5) 译码显示实时地显示转速值。

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