1、2019/1/5,电工技术,第35讲,第15章 数模变换器（DAC）、模数变换 器（ADC） 15.1 D/A变换器 15.2 A/D变换器 15.3 计算机数据采集简介,2019/1/5,电工技术,引言,模拟信号数字信号：A/D转换器 (ADCAnalog Digital Converter),数字信号模拟信号：D/A转换器 (DAC Digital Analog Converter),2019/1/5,电工技术,引言(续): A/D转换器、D/A转换器的应用,计算机进行各种数字处理（如滤波、计算）、数据保存、打印等,显示器显示字符、曲线、图形、图象等,2019/1/5,电工技术,15.1
2、D/A 转换器,(1) D/A功能: 将数字量成正比地转换成模拟量,15.1.1 D/A转换器原理,2019/1/5,电工技术,D/A 功能(续),2019/1/5,电工技术,(2) D/A的组成由三部分电路组成, 电阻网络 模拟电子开关 求和运算放大器,2019/1/5,电工技术,D/A的组成(续),输出模拟电压,S0S3: 模拟电子开关 D=0, S倒向地 D=1, S倒向VREF,电阻网络,求和运算放大器,2019/1/5,电工技术,当D3D2D1D0=0000时, S3S2S1S0都倒向地,UO=0V,(3) D/A转换原理,当D3D2D1D0=0000时,2019/1/5,电工技术,
3、D/A转换原理(续),当D3D2D1D0=1000时, S2S1S0都倒向地， S3倒向VREF,UO=-VREF/2,当D3D2D1D0=1000时,2019/1/5,电工技术,D/A转换原理(续),当D3D2D1D0=0100 时, S3S1S0都倒向地 S2倒向VREF,当D3D2D1D0=0100时,UO=-VREF/4,2019/1/5,电工技术,D/A转换原理(续),同理可推导，当D3D2D1D0=0010时， UO= VREF/8当D3D2D1D0=0001时， UO= VREF/16,2019/1/5,电工技术,D/A转换原理(续),根据叠加原理:UO= (D3VREF/21+
4、 D2VREF/22 + D1VREF/23 + D0VREF/24 )= (D3/21+ D2/22 + D1/23 + D0/24 ) VREF= (VREF /24) (23 D3 + 22 D2+ 21 D1 + 20 D0),2019/1/5,电工技术,UO = (VREF /24) (23 D3 + 22 D2+ 21 D1 + 20 D0),D/A转换原理(续),此式表明: D/A电路输出模拟电压UO与输入的数字量D3D2D1D0成正比,2019/1/5,电工技术,15.1.2 8位D/A转换器电路框图,2019/1/5,电工技术,15.2 A/D转换器,(1)A/D功能: 将模
5、拟电压成正比地转换成数字量,0 5V,00000000 11111111,分辨率:5V/255=0.0196V/ 每1个最低有效位,15.2.1 A/D功能及分类,2019/1/5,电工技术,(2)A/D转换器分类, 并联比较型特点: 转换速度快,转换时间 10ns 1s 逐次逼近型特点: 转换速度中,转换时间 几s 100 s 双积分型 特点: 转换速度慢,转换时间 几百s 几ms,根据内部电路不同,分为以下三类:,2019/1/5,电工技术,15.2.2并联比较型A/D转换器（三位）原理,7VR/8,6VR/8,5VR/8,4VR/8,3VR/8,2VR/8,VR/8,UI 6VR/8时，
6、输出=1,UI 7VR/8时，输出=1,UI 7VR/8时，输出=0,UI 6VR/8时，输出=0,UI VR/8时，输出=1,UI VR/8时，输出=0,2019/1/5,电工技术,并联比较型A/D转换器中的编码器真值表,6VR/8 UI 5VR/8 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1,5VR/8 UI 4VR/8 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0,7VR/8 UI 6VR/8 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0,VR UI 7VR/8 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,4VR/8 UI 3VR/8 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1,3VR/8 UI 2VR/8 0
7、 0 0 0 0 1 1 0 1 0,2VR/8 UI VR/8 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1,VR/8 UI 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,特点：输入电压UI每增加VR/8 ，输出数字量增加1,2019/1/5,电工技术,15.3计算机数据采集原理简介 A/D转换器内部组成,A/D 转换器,2019/1/5,电工技术,计算机数据采集原理简介(续) A/D转换器与计算机的连接,读取数据命令,A/D板,模拟输入电压在A/D转换期间应保持不变，否则A/D的输出数据总随输入电压而变，所以需要采样/保持器。,2019/1/5,电工技术,计算机数据采集原理简介(续) 采样/保持器
8、,采样/保持器的功能：在A/D转换期间，使A/D的输入电压u2保持不变。,2019/1/5,电工技术,计算机数据采集原理简介(续) 采样/保持器输入输出波形图,A/D转换命令,2019/1/5,电工技术,计算机数据采集原理简介(续) 采样/保持器电路原理,电压跟随器,电压跟随器,采样保持电容,输入,输出,A/D转换命令 高电平期间，K合上，C采样 低电平期间，K打开，C保持,2019/1/5,电工技术,计算机数据采集原理简介(续) 采样周期 采样频率,A/D转换命令,T,T：采样周期，相邻两次采样之间的时间间隔 单位 s，ms，s,f=1/T：采样频率，每秒采样的数据个数单位 Hz,2019/1/5,电工技术,A/D转换器将脉冲下降沿时的模拟电压转换为数字量,计算机数据采集原理简介(续) 在计算机屏幕上波形的恢复显示,信号幅度,时间,2019/1/5,电工技术,计算机数据采集原理简介(续) 在计算机屏幕上波形的恢复显示,结论：,因为计算机屏幕波形显示是用不连续的点组成，所以，若将被采样波形恢复显示，必须有足够大的采样率。,1kHz 1,2kHz 2,8kHz 8,16kHz 16,频率为1kHz的正弦波,4kHz 4,采样率 每周期采样点数,
