第五章信号的变换

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1、第五章第五章 信号的变换信号的变换 本章内容及要求本章内容及要求n主要内容主要内容:电桥、滤波器、调制解调电路和电桥、滤波器、调制解调电路和模数转换电路的工作原理及用途。模数转换电路的工作原理及用途。n 本章要求本章要求:了解各种转换电路的基本概念、了解各种转换电路的基本概念、工作原理、用途和特点；掌握各种转换电工作原理、用途和特点；掌握各种转换电路的一般应用。路的一般应用。第一节第一节 概述概述被测对象被测对象传感器传感器信号信号调理调理信号信号采集采集计算机计算机显显示示记记录录试验试验装置装置反馈反馈 控制控制 信号变换包括将无能量的信号变换包括将无能量的参数参数信号信号转换成有能量的转

2、换成有能量的电压或电流电压或电流信号，还包信号，还包括信号的括信号的放大放大，调制解调调制解调、滤波滤波、ADAD转换等等，是测式系统中重要的部分。转换等等，是测式系统中重要的部分。第二节第二节 测量测量电桥电桥 直流电桥直流电桥交流电桥交流电桥按激励电压分按激励电压分不平衡电桥不平衡电桥平衡电桥平衡电桥按输出测量方式分按输出测量方式分 一、直流电桥一、直流电桥 1 1平衡电桥平衡电桥图图4-1 直流电桥直流电桥 DBOUUUSBURRRRIU21111SDURRRRIU43442SSSDBOURRRRRRRRURRRURRRRIRIUUU)(432142314342114211004231O

3、URRRR时当电桥的平衡条件为：电桥的平衡条件为：4231RRRR2 2非平衡电桥非平衡电桥 （1 1）单臂工作电桥）单臂工作电桥 单臂电桥单臂电桥设设R2=R3=R4=R0，R1=R0+R输出电压：输出电压：SSOURRRURRRRRRRRU24)(043214231若若RR0，则则 SOURRU04单臂电桥灵敏度：单臂电桥灵敏度：40SOURRUS在电桥电路中灵敏度定义：在电桥电路中灵敏度定义：0RRUSO（2）双臂工作电桥（半桥）双臂工作电桥（半桥）两个邻边桥臂有相两个邻边桥臂有相同的微电阻变化。同的微电阻变化。RRRRRR0201:若双臂电桥双臂电桥SOURRU02输出电压：输出电压：

4、双臂电桥灵敏度：双臂电桥灵敏度：2SUS（3）四臂工作电桥四臂工作电桥(全桥全桥)四臂电桥四臂电桥 RRRRRRRR042031:若输出电压：输出电压：SOURRU0四臂电桥灵敏度：四臂电桥灵敏度：SUS 3、直流电桥的应用直流电桥的应用FM例：如图所示，悬臂梁受拉力例：如图所示，悬臂梁受拉力F F和弯矩和弯矩M M的作用，试分别画出的作用，试分别画出用应变片测拉力和弯矩时应变用应变片测拉力和弯矩时应变片的布置方法，接桥方式，并片的布置方法，接桥方式，并说明所用方式能否进行温度补说明所用方式能否进行温度补偿？并计算出偿？并计算出U U0 0（假定输入电假定输入电压为压为U US S）。）。1)

5、1)测拉伸测拉伸 R1 R2R3 R4F可以进行温度补偿可以进行温度补偿 sURRU0022)测弯曲 R1 R3R2 R4 M可以进行温度补偿 sURRU004、电桥的和差特性电桥的和差特性相邻相邻桥臂的应变若极性桥臂的应变若极性相同相同时，电桥的输出电时，电桥的输出电压与两应变之压与两应变之差差有关；有关；相邻相邻桥臂的应变若极性桥臂的应变若极性相相反反时，电桥的输出电压与两应变之时，电桥的输出电压与两应变之和和有关。有关。相对相对桥臂的应变若极性桥臂的应变若极性相同相同时，电桥的输出电时，电桥的输出电压与两应变之压与两应变之和和有关；有关；相对相对桥臂的应变若极性桥臂的应变若极性相相反反时

6、，电桥的输出电压与两应变之时，电桥的输出电压与两应变之差差有关。有关。极性相同极性相同邻边差，对边和邻边差，对边和二、交流电桥二、交流电桥 1交流电桥的平衡条件交流电桥的平衡条件 采用交流电压供电，四个桥采用交流电压供电，四个桥臂阻抗为臂阻抗为Z Z SOUZZZZZZZZU)(43214231当当Z1Z3-Z2Z4=0 时，电桥输出时，电桥输出为零，达到平衡为零，达到平衡，则：，则：4231ZZZZ交流电桥 Z是复数，可以写成：是复数，可以写成：jeZZ 交流电桥的平衡条件：交流电桥的平衡条件：)(42)(314231jjeZZeZZ4231ZZZZ4231或或交流电桥交流电桥UACU0Rs

7、1L1L2Rs2R3R4Rs1，Rs2-线圈损耗电阻 L1，L2-等效电感；R3，R4-平衡电阻。2 2、交流电桥的应用、交流电桥的应用RRRZZZLLRRRssL43212121；）即：（初始时：假设RRUZZZZZZUUACAC2)(1210测量时：UACU0Rs1L1L2Rs2R3R4LLUURLQACs20较大，则：若LjRLjRUZZUUZZZUssACACACAC222)(2U0n变压器式交流电桥变压器式交流电桥21ZZUIZZUUZZZZZZ2,;021则：双臂工作时：0,021ULjRZZZs平衡初始时：1221121022ZZZZUUZZZUUU0电桥的接法：电桥的接法：单臂

8、单臂 半桥半桥全桥全桥作业 如图如图3 3所示，为使电桥在一定的供桥电压所示，为使电桥在一定的供桥电压USUS下输出电压最大，试在悬臂梁上下输出电压最大，试在悬臂梁上贴上两个应贴上两个应变片，并连接两个固定电阻组成双臂桥；变片，并连接两个固定电阻组成双臂桥；贴贴上四个应变片组成全桥；上四个应变片组成全桥；分别画出贴片位置分别画出贴片位置和接线图；和接线图；说明所用方式能否进行温度补偿？说明所用方式能否进行温度补偿？计算出计算出U0U0。（取。（取R1=R2=R3=R4R1=R2=R3=R4）F 图3第三节第三节 调制器与解调器调制器与解调器 一、概述一、概述目的：目的：解决微弱缓变信号的放大以

9、及信号的传输解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。问题。信号的传输问题信号的传输问题 先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，先将微弱的缓变信号加载到高频交流信号中去，然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的然后利用交流放大器进行放大，最后再从放大器的输出信号中取出放大了的缓变信号。输出信号中取出放大了的缓变信号。例：交流电桥例：交流电桥VinVoR1R3R2R4微弱缓变信号的放大微弱缓变信号的放大1 1、有关术语、有关术语 调调 制制：缓变信号变成高频交变信号的缓变信号变成高频交变信号的过程过程。调制波调制波：缓变信号称为调制信号。：缓变信号称为调制信号。载载 波波：高频交变信号称

10、为载波。：高频交变信号称为载波。已调波已调波：经过被测信号调制后的载波称：经过被测信号调制后的载波称为已调波为已调波。解解 调调：从已调波中恢复出调制信号的：从已调波中恢复出调制信号的过程。过程。调制信号调制信号x(t)x(t)0 0t t载波信号载波信号)2cos()(ftAtzz(t)z(t)0 0t t2、调制的种类调制调制（载波信号是谐波信号载波信号是谐波信号）调幅调幅调频调频调相调相调制（载波信号是方波信号）调制（载波信号是方波信号）脉宽脉宽脉幅脉幅脉相脉相a)a)幅度凋制幅度凋制(AM)(AM)2cos()(*)(fttxAtyb)b)频率调制频率调制(FM)(FM)*)(2cos

11、()(0ttxfAtyc)c)相位调制相位调制(PM(PM)(2cos()(0txftAty二、调幅二、调幅1 1、工作原理、工作原理调幅调幅：将调制信号与载波相乘，使载波的幅值：将调制信号与载波相乘，使载波的幅值随调制信号幅值的变化而变化。随调制信号幅值的变化而变化。调制器调制器（乘法器）（乘法器）调制信号调制信号载波载波调幅波调幅波)(txtfty02cos)(tftxtxm02cos)()()(21)(21)(21)()()(212cos)()(21)(212cos)()()()()(00000000ffXffXfffXfffXtftxfffftftyfYfXtytx质：由傅立叶变换的卷

12、积性幅度调制过程（频谱分析）幅度调制过程（频谱分析）2 2、电桥调幅、电桥调幅当某一桥臂阻值发生变化电当某一桥臂阻值发生变化电桥电压输出为桥电压输出为 iyeRRe41电源电压为高频正弦波，即电源电压为高频正弦波，即 tEeiiisin单臂电桥单臂电桥ieye交流电桥交流电桥K如电阻变化也为一正弦变化，则如电阻变化也为一正弦变化，则tRRsssin则电桥输出电压信号为则电桥输出电压信号为 ttERRttERRescssocsysinsin41sinsin410ttKescysinsin讨论分析讨论分析：由于载波的幅值恒定，所以已调波的幅值与由于载波的幅值恒定，所以已调波的幅值与调制信号的幅值成

13、正比；调制信号的幅值成正比；已调波中包含有调制信号的方向信息。已调波中包含有调制信号的方向信息。在调制在调制信号为正值时，已调制波与载波同相位，调制信号为正值时，已调制波与载波同相位，调制信号为负值时，已调制波与载波的相位相反。信号为负值时，已调制波与载波的相位相反。3、非抑制调幅、非抑制调幅 若对信号若对信号x(t)x(t)进行偏置，叠加一个直流分量进行偏置，叠加一个直流分量D D，使偏置后的信号都具有正电压。使偏置后的信号都具有正电压。)2cos()()(fttxDtxm)()(txDtx)(tx调幅调幅4、调幅波的波形失真、调幅波的波形失真a a）过调失真：对于非抑制调幅，要求其直流偏过

14、调失真：对于非抑制调幅，要求其直流偏置必须足够大，否则置必须足够大，否则x(t)x(t)的相位将发生的相位将发生180180。b)b)重叠失真：调幅波是由一对每边为重叠失真：调幅波是由一对每边为fmfm的双边带信的双边带信号组成当载波频率号组成当载波频率fzfz较低时，正频端的下边带将较低时，正频端的下边带将与负频端的下边带相重叠要求与负频端的下边带相重叠要求:fzfzfmfm 三、幅值调制的解调三、幅值调制的解调 1 1整流检波解调整流检波解调 若调制信号发生极性变化，叠加一直流分量若调制信号发生极性变化，叠加一直流分量后进行调制。对已调波作整流（半波或全波整流）后进行调制。对已调波作整流（

15、半波或全波整流）和低通滤波处理，可复现原调制信号（若叠加了和低通滤波处理，可复现原调制信号（若叠加了直流分量，则须准确地减去该直流分量）。直流分量，则须准确地减去该直流分量）。解调解调二极管检波二极管检波低通滤波低通滤波偏置电压足够大偏置电压足够大偏置电压不够大偏置电压不够大整流检波解调整流检波解调2 2同步解调同步解调 同步解调同步解调:用已调制波再与载波信号相乘一次。用已调制波再与载波信号相乘一次。解解调器调器（乘法器）（乘法器）调制信号调制信号载波载波调幅波调幅波)(txtfty02cos)(tftxtxm02cos)()(低通低通滤波器滤波器乘法器乘法器滤波器滤波器z(t)x(t)将调

16、幅波与载波再次相乘，得将调幅波与载波再次相乘，得 tftftxtfxtgm0002cos2cos)(2cos)()cos()cos(21coscostftxtxtg04cos)(21)(21)()2(41)2(41)2(41)()2()(414cos)(21)(21)(212cos00000000ffXffXfffXfffXtftxfffftf质：由傅立叶变换的卷积性tftxtxtg04cos)(21)(21)()2(41)2(41)(21)(00ffXffXfXfG 同步解调同步解调3 3相敏解调相敏解调 相敏检波解调器能够将已调制波在幅值和极性相敏检波解调器能够将已调制波在幅值和极性上完全

17、恢复调制信号，上完全恢复调制信号，它根据调幅波和载波的相位它根据调幅波和载波的相位差来判别调制信号极性。差来判别调制信号极性。调调制制波波载载波波(1)已调制波与载波同相 当同为正半周时 回路1:CD4aO1RLO2回路2:O2RLO1D1d 调调制制波波载载波波RL上流过的电流为iL=i1-i4,起作用的电势:yyyeeueu2222当调制信号和载波同为负半周时，二极管D3、D2处于导通状态。相敏解调波形相敏解调波形（4）应用实例）应用实例动态应变仪器动态应变仪器四、频率调制与解调四、频率调制与解调 1频率调制器频率调制器及工作原理及工作原理 频率调制：用低频调制信号控制高频载波信号频频率调

18、制：用低频调制信号控制高频载波信号频率的过程。率的过程。)sincos()(:cos)(:cos)(:0000tmtUtuttxtUtunfn调频波调制波波载调频指数调频指数调频波：随调制信号变化的蔬密不等的等幅波。调频波：随调制信号变化的蔬密不等的等幅波。调频波：随调制信号变化的蔬密不等的等幅波。调频波：随调制信号变化的蔬密不等的等幅波。UCRL等效电路等效电路等效阻抗：等效阻抗：LjRCjLjRCjZLjRCjZeqeq1)(11111谐振电路谐振电路谐振回路的谐振频率为：谐振回路的谐振频率为：)1(1CLjRLjCjZLReq最大时当eqZCL,01LC10直接调频：把被测参数的变化直接

19、转化为振荡直接调频：把被测参数的变化直接转化为振荡器频率的变化。器频率的变化。LxC高频振荡器高频振荡器0例：电容传感器测位移例：电容传感器测位移初始状态：初始状态：001LC当被测物体位移发生变化时：当被测物体位移发生变化时：CCCx0)(10CCL振荡频率：振荡频率：)1(1)1(10000CCCCLC)1(1)1(10000CCCCLC00000)21()1(21CCCC2 2调频波的解调调频波的解调-鉴频器鉴频器 鉴频器鉴频器:将已调波的频率变化转换将已调波的频率变化转换成电压的变化。即将等幅调频波变成电压的变化。即将等幅调频波变换成幅度与调频波频率变化成正比换成幅度与调频波频率变化成

20、正比的调频调幅波的调频调幅波,再进行幅度检波再进行幅度检波,以以恢复调制信号。恢复调制信号。鉴频：鉴频：T1T2T3T4V变压器耦合的谐振回路鉴频器变压器耦合的谐振回路鉴频器L1、L2是变压器原、副线圈，它们和C1、C2组成并联谐振回路。ef为输入的调频信号，在回路的谐振频率fn处，线圈L1、L2的耦合电流最大，副边输出电压ea也最大；ef频率离fn越远，线圈L1、L2的耦合电流越小，副边输出电压ea也越小；从而将调频波信号频率的变化转化为电压幅值的变化。0e0ere0e特性曲线特性曲线 优点：抗干扰能力强。优点：抗干扰能力强。调频波通常要求很宽的频带，甚至为调幅调频波通常要求很宽的频带，甚至

21、为调幅所要求带宽的所要求带宽的2020倍；调频系统较之调幅系统复倍；调频系统较之调幅系统复杂，因为频率调制足一种非线性调制。杂，因为频率调制足一种非线性调制。因为调频信号所携带的信息包含在频率变化因为调频信号所携带的信息包含在频率变化之中，并非振幅之中，而干扰波的干扰作用则主之中，并非振幅之中，而干扰波的干扰作用则主要表现在振幅之中要表现在振幅之中 缺点：占频带宽度大，复杂缺点：占频带宽度大，复杂第四节 滤波器 一、滤波器的作用及分类一、滤波器的作用及分类作用作用滤波器：滤波器：允许信号中某些允许信号中某些频率频率成份通过，其成份通过，其它它频率频率成份受到抑制，成份受到抑制，一种具有选择频率

22、功一种具有选择频率功能的装置。能的装置。剔除无用信号（噪声，干扰等）；剔除无用信号（噪声，干扰等）；分离不同频率的有用信号；分离不同频率的有用信号；对测量仪器或控制系统的频率特性进行补偿。对测量仪器或控制系统的频率特性进行补偿。分类分类按按信号形式信号形式 数字滤波器数字滤波器 模拟滤波器模拟滤波器按采用元件按采用元件 无源滤波无源滤波器器 有源滤波有源滤波器器按阶数按阶数一阶一阶 二阶二阶高阶高阶低通低通高通高通带通带通带阻带阻按通频带按通频带低通低通高通高通带通带通带阻带阻低通低通高通高通带通带通带阻带阻3 滤波器的串滤波器的串/并联并联 低通滤波器和高通滤波器是滤波器的两种低通滤波器和高

23、通滤波器是滤波器的两种最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这最基本的形式，其它的滤波器都可以分解为这两种类型的滤波器。两种类型的滤波器。二、理想滤波器二、理想滤波器 理想滤波器是一个理想化的模型，在物理上是不可能实现的。根据不失真测试条件，理想带通滤波器的频根据不失真测试条件，理想带通滤波器的频率特性：率特性：其它0)(20cfjffeAfH1 1、理想滤波器的频率响应、理想滤波器的频率响应fc-fcfc-fc 通频带内的幅频特性为常数，通频带外为通频带内的幅频特性为常数，通频带外为零，在截止频率处出现直角锐变。零，在截止频率处出现直角锐变。实际滤波器不可能出现直角锐边！实际滤波器不可能出现

24、直角锐边！2、理想滤波器的单位脉冲响应理想滤波器的单位脉冲响应)()(1fHFthdfefHthftj2)()(ccccffttfjffftjftjdfeAdfeeA)(2022000)(2)(2sin2000ttfttffAccc)(2sin200ttfcfAcc理想滤波器的理想滤波器的物理不可实现物理不可实现 理想滤波器在时域内的脉冲响应函数理想滤波器在时域内的脉冲响应函数 h h（t t）为为 sincsinc函数。脉冲响应的波形沿横坐标左、右函数。脉冲响应的波形沿横坐标左、右无限延伸。无限延伸。fcH(f)单位脉冲响应曲线单位脉冲响应曲线理想滤波器理想滤波器单位脉冲信号单位脉冲信号 其

25、它0)(20cfjffeAfH是否有预测响应的本领时已出现响应却在而时刻加入在表明时当分析,0,0)(,0)(,0:tttthtNO理想滤波器是不可实现系统！理想滤波器是不可实现系统！三、实际滤波器的描述三、实际滤波器的描述 理想带通和实际带通滤波器幅频特性理想带通和实际带通滤波器幅频特性纹波幅度纹波幅度截止频率截止频率带宽带宽A0：幅频特性平均值幅频特性平均值2 2截止频率截止频率截止频率：幅频特性值截止频率：幅频特性值A A0 0下降到下降到0.7070.707A A0 0时时所对应的频率为截止频率所对应的频率为截止频率f fc c。2/0Ad 1 1纹波幅度纹波幅度纹波幅度纹波幅度d d

26、 ：滤波器顶部幅值的波动量。：滤波器顶部幅值的波动量。3 3带宽和品质因数带宽和品质因数 滤波器带宽滤波器带宽：上下截止频率之间的频率范围。：上下截止频率之间的频率范围。品质因数：中心频率品质因数：中心频率fn和带宽和带宽B之比。之比。BfQn中心频率中心频率fn ：上下两截止频率的几何平均值。：上下两截止频率的几何平均值。21 ccnfff Q值越高，滤波器的频率选择性越好。值越高，滤波器的频率选择性越好。例如：中心频率同为例如：中心频率同为1000Hz的两个带通滤波器，的两个带通滤波器，品质因数分别为品质因数分别为 Q 1=20，Q 2=40，求，求滤波器的滤波器的带宽。带宽。解：解：Qf

27、BBfQnn得：得：B1=50Hz，B2=25Hz 可见第二个滤波器的分辨力比第一个滤波可见第二个滤波器的分辨力比第一个滤波器高，它比第一个频率选择性好。器高，它比第一个频率选择性好。4 4倍频程选择性倍频程选择性 倍频程选择性：描述对带宽外频率成分衰倍频程选择性：描述对带宽外频率成分衰减的能力，常以上截止频率减的能力，常以上截止频率 fc22 fc2或者下截或者下截止频率止频率fc1 1/2fc1之间幅频特性衰减量来之间幅频特性衰减量来表征。表征。其绝对值越大衰减越快，滤波器选择性越好。其绝对值越大衰减越快，滤波器选择性越好。5 5滤波器因数滤波器因数 滤波器因数也是描述带宽外的频率成滤波器

28、因数也是描述带宽外的频率成份衰减能力的，是份衰减能力的，是-60dB处的带宽处的带宽B-60dB与与-3dB处的带宽处的带宽B-3dB的比值。的比值。dBdBBB360理想滤波器理想滤波器 =1；常用滤波器常用滤波器=15；越接近于越接近于1，滤波器，滤波器选择性越好。选择性越好。四、四、RC滤波器滤波器1 1低通滤波器低通滤波器 微分方程式为微分方程式为 xyyeedtdeRCxeye频率响应函数为频率响应函数为 jfH11)(=RC 幅频特性和相频特性分别为幅频特性和相频特性分别为 2)(11)(fAarctgf)(讨论：讨论：当当1/时，时，A（）1，（）0，此时此时RC高高通滤波器近似

29、为不失真测试装置。通滤波器近似为不失真测试装置。当当=1/时，时，A（）=0.707，频率频率c c=1/=1/为滤为滤波器的下截止频率。波器的下截止频率。改变改变R R、C C值可以改变截止频率值可以改变截止频率c c的大小。的大小。)()(Acc可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联可以看作为低通滤波器和高通滤波器的串联 3、带通滤波器、带通滤波器 传递函数：传递函数：带通滤波器可以认为是高通和低通两个滤波器串联而成。带通滤波器可以认为是高通和低通两个滤波器串联而成。)1)(1()()()(21221ssssHsHsH频率响应函数频率响应函数)1)(1()(212jjjH滤波器下截止频率下

30、截止频率:上截止频率上截止频率:1121cf2221cf4 4、恒带宽、恒带宽比滤波器、恒带宽、恒带宽比滤波器 实际滤波器频率通带通常是可调的，根据实实际滤波器频率通带通常是可调的，根据实际滤波器中心频率与带宽之问的数值关系，可以际滤波器中心频率与带宽之问的数值关系，可以分为两种。分为两种。1)1)恒带宽带通滤波器恒带宽带通滤波器 2)2)恒带宽比带通滤波器（恒带宽比带通滤波器（Q Q不变不变)倍频程滤波器倍频程滤波器五、滤波器的应用五、滤波器的应用超门限报警超门限报警 1、旅游索道钢缆检测、旅游索道钢缆检测2、钢管无损探伤、钢管无损探伤滤除信号中的零漂和低频晃动，便于门限报警滤除信号中的零漂

31、和低频晃动，便于门限报警3 3、机床轴心轨迹的滤波处理、机床轴心轨迹的滤波处理 滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律滤除信号中的高频噪声，以便于观察轴心运动规律 第五节第五节 模拟与数字信号转换器模拟与数字信号转换器 一、概述一、概述 被测对象被测对象传感器传感器信号信号调理调理信号信号采集采集转换转换计算机计算机显显示示记记录录试验试验装置装置反馈反馈 控制控制D/AD/A转换转换模拟信号输入和输出子系统模拟信号输入和输出子系统数字数字/模拟（模拟（Digital/Analog）转换器转换器:将数字量转将数字量转换成与之相应的模拟量的装置。换成与之相应的模拟量的装置。模拟模拟/数字（

32、数字（Analog/Digital）转换器转换器:将模拟量转将模拟量转换成与之相应的数字量的装置。换成与之相应的数字量的装置。二、数字二、数字模拟转换器模拟转换器 D/AD/A转换器转换器D Digitaigital l数字信号数字信号模拟信号模拟信号A Analognalog例：例：4 4位位D/AD/A转换器，对应输出电压转换器，对应输出电压-7-7V V+7V+7V。4 4位位11111111B B 0111B0111B-7-7+7+71 1权电阻网络权电阻网络D/AD/A转换器转换器 RV寄存器寄存器ia0 0接地接地1 1接参考电压接参考电压加法器加法器例：例：4 4位位权电阻权电阻

33、网络网络 D/AD/A转换器。转换器。如输入数字量为如输入数字量为00010001B B。如如输入为输入为00010001B B，则则S S3 3、S S2 2、S S1 1均接地，均接地，S S0 0接接V VR R RVIIIIR301232,0RVIIIIIR301232权电阻网络输出电流为权电阻网络输出电流为 对于任意对于任意n n位二进制数字量输入后，通过位二进制数字量输入后，通过权电权电阻网络阻网络流出的总电流为流出的总电流为 01221021222aRVaRVaRVaRVIIIIIInRnRnRnRnnnRfRfAfVRRVRVRVVII303022输出电压输出电压:D/A转换器

34、的输出模拟电压转换器的输出模拟电压:)2222(10211201nnnnRfOaaaaVRRV从式中可得从式中可得：当参数电压：当参数电压V VR R、网络电阻网络电阻R R、反馈电反馈电阻阻R Rf f一定时，输出的模拟电压同输入的二进制数一定时，输出的模拟电压同输入的二进制数字量成正比。字量成正比。2 2T T型电阻网络型电阻网络D/AD/A转换器转换器 电压跟随器电压跟随器例：例：4 4位位T T型型电阻电阻网络网络 D/AD/A转换器。转换器。如输入数字如输入数字量为量为10001000B B，0100B0100B。如如输入为输入为10001000B B，则则S S2 2、S S1 1

35、、S S0 0均接地，均接地，S S3 3接接V VR R 2RVRRRaVVRRRV21)222(如如输入为输入为01000100B B，则则S S3 3 、S S1 1、S S0 0均接地，均接地，S S2 2接接V VR R RRRR56)2/3(RRbVVRRRV832)56(56RRbaVVVRRRV2218332)22(T T型型电阻电阻网络网络同样方法同样方法可可得出，当输入数字量为得出，当输入数字量为00100010B B时时RaVV321当输入数字量为当输入数字量为00010001B B时时RaVV421当输入数字量为当输入数字量为11111111时，根据叠加原理得时，根据叠

36、加原理得)2121211(2)21212121(32432RRaVVV如扩展到如扩展到n n位位D/AD/A转换器的输出为转换器的输出为 RnnnnnaOVaaaaaVV)22222(102133221 此式说明了此式说明了D/AD/A转换器的输出模拟电压同输转换器的输出模拟电压同输入的二进制数字量成正比关系。入的二进制数字量成正比关系。3.3.主要参数主要参数转换时间转换时间：指完成一次数模转换所需要的时间。：指完成一次数模转换所需要的时间。转换位数转换位数：数模转换器所对应的二进制数的位数。：数模转换器所对应的二进制数的位数。模拟信号的输出范围模拟信号的输出范围 可与微处理可与微处理器兼容

37、，内置输出器兼容，内置输出放大器，外部提供放大器，外部提供基准电压，双缓冲基准电压，双缓冲数据输入，转换时数据输入，转换时间间5 5msms。电源电压电源电压VDD=+14VVDD=+14V+16.5V+16.5V，Vss=-5VVss=-5V10%10%，Vref=+10VVref=+10V。AD7224 8 位位D/A转换器转换器四、模拟四、模拟数字转换器数字转换器 A/D A/D转换过程主要包括转换过程主要包括采样采样、量化量化和和编码编码三三个过程组成。个过程组成。采样采样：用采样脉冲控制，把输入的连续时间变：用采样脉冲控制，把输入的连续时间变化的模拟量变成不连续的脉冲信号，信号的大小

38、化的模拟量变成不连续的脉冲信号，信号的大小由模拟信号决定。由模拟信号决定。)(tx)(txs 模拟信号模拟信号 采样开关采样开关 离散信号离散信号ST采样中的关键是合理选择采样频率 fsfs 及采样点数 N N。采样定理：max2 ffs模拟信号的最高频率模拟信号的最高频率 量化：把采样取得的在时域上离散但是在幅值上连续的模拟量进行量化。编码：是把已经量化的数字量用一定的代码表示输出。量化单位：量化单位：Nq2模拟量的幅值N二进制的位数量化编码示意图)(txs例：模拟量值为05V，N=8。0195.02565258q如采样瞬时值V=3V，则量化值：1548.1530195.0310011010

39、10011010B B1.1.逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D转换器转换器 用一组基准电压与被测电压进行逐次比较，用一组基准电压与被测电压进行逐次比较，获得与被测电压相平衡的基准电压，并以一定获得与被测电压相平衡的基准电压，并以一定二进制数码输出。二进制数码输出。D/A发启动脉冲，控制器置：发启动脉冲，控制器置：.,:01/0,1:010110101将结果送出信号控制器发结束转换结束重复以上动作位次高位如比较转换后与由其余为最高位DDVVDVVVADDnnn例例:A/D转换器为转换器为8 8位，模拟输入范围为位，模拟输入范围为0-10V，现现假定输入电压为假定输入电压为6.6V，分析转换过程分

40、析转换过程 。01234567DDDDDDDD25.15.25039.00781.0156.03125.0625.01,6.625.625.6101000000,1;0,6.65.75.7110000000,1;1,6.655100000000,1556677DVVVBDDVVVBDDVVVBD保留比较器其余为保留比较器其余为保留比较器其余为B10101001:转换结果实现实现A/DA/D转换有多种方法，主要有转换有多种方法，主要有 逐次逼近式逐次逼近式，积积分式分式 和和 并行式。并行式。逐次逼近式逐次逼近式：转换速度较高，但抗干扰能力低。积分式积分式：将被测信号在一时间间隔内的积分值（均值

41、）作采样值，能较好抑制外界电磁场对被测信号的干扰，但转换速度较低。并行式并行式：对ADC的各位同步比较，转换速度极高。3.3.主要参数主要参数转换时间转换时间：指完成一次模数转换所需要的时间。：指完成一次模数转换所需要的时间。转换位数（分辨率）转换位数（分辨率）：模数转换器所对应的二进：模数转换器所对应的二进制数的位数。制数的位数。模拟电压输入范围模拟电压输入范围：模数转换器所转换的电压范围。模数转换器所转换的电压范围。输入通道数输入通道数：数模转换器所转换的信号路数。数模转换器所转换的信号路数。分辨率：分辨率：1212位位转换速率：转换速率：2525usus模拟电压输入范围：模拟电压输入范围：0 01010V V和和0 02020V V，0 05V5V和和0 01010V V两档四种两档四种电源电压：电源电压：1515V V和和5 5V V数据输出格式：数据输出格式：1212位位/8/8位位 性能参数性能参数引脚说明引脚说明 Pin1(+V)Pin1(+V)+5V+5V电源输入端。电源输入端。Pin2()Pin2()数据模式选择端，数据模式选择端，通过此引脚可选择数据纵线是通过此引脚可选择数据纵线是1212位或位或8 8位输出。位输出。8/12AD574AAD574A的接口电路的接口电路