模拟量与数字量的转换

《模拟量与数字量的转换》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟量与数字量的转换（10页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、287第12章 模拟量与数字量的转换第12章 模拟量与数字量的转换12.1 学习要求（1）理解数模与模数转换的基本原理。（2）了解常用数模与模数转换集成芯片的使用方法。12.2 学习指导本章重点：（1）数模转换器的工作原理。（2）模数转换器的工作原理。本章难点：（1）逐次逼近型模数转换器的构成。（2）逐次逼近型模数转换器的工作原理。本章考点：（1）T型电阻网络数模转换器的分析。（2）数模转换器输出电压的计算。12.2.1 数模转换器数模转换器是将一组输入的二进制数转换成相应数量的模拟电压或电流输出的电路，工作原理是将每一位二进制数按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，使所

2、得的总模拟量与数字量成正比。数模转换器实质上是由二进制数字量控制模拟电子开关，再由模拟电子开关控制电阻网络与运算放大器组成的模拟加法运算电路。1T型电阻网络数模转换器如图12.1所示为4位T型电阻网络数模转换器电路，由T型电阻网络、模拟电子开关、运算放大器和基准电压等部分组成。T型电阻网络可应用戴维南定理和叠加定理逐步化简，从而求得输出电压为：图12.1 T型电阻网络数模转换器如果输入的是n位二进制数，且，则：2倒T型电阻网络数模转换器如图12.2所示为4位倒T型电阻网络数模转换器电路，输出电压为：如果输入的是n位二进制数，且，则：图12.2 倒T型电阻网络数模转换器12.2.2 模数转换器模

3、数转换器是将输入的模拟信号转换成一组多位的二进制数字输出的电路，结构类型很多。常用的逐次逼近型模数转换器的分辨率较高、转换误差较低、转换速度较快，一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数模转换器和电压比较器等几部分组成，如图12.3所示。图12.3 逐次逼近型模数转换器的原理框图逐次逼近型模数转换器的工作原理类似于用天平称量物体的质量。转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为1000。这个数码被数模转换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与ui进行比较。若，说明数字过大，故将最高位的1清除；若，说明数字还不够大，应将最高位的1保留。然后，再

4、按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。12.3 习题解答12.1 常见的数模转换器有那几种？其各自的特点是什么？解 数模转换器可分为二进制权电阻网络数模转换器和T型电阻网络数模转换器（包括倒T型电阻网络数模转换器）两大类。权电阻网络数模转换器的优点是电路结构简单，可适用于各种有权码，缺点是电阻阻值范围太宽，品种较多，要在很宽的阻值范围内保证每个电阻都有很高的精度是极其困难的，因此在集成数模转换器中很少采用权电阻网络。T形电阻网络数模转换器的优点是它只需R和2R两种阻值的电阻，这对

5、选用高精度电阻和提高转换器的精度都是有利的。12.2 某个数模转换器，要求10位二进制数能代表050V，试问此二进制数的最低位代表几伏？分析 数模转换器输入二进制数的最低位代表最小输出电压。数模转换器最小输出电压（对应的输入二进制数只有最低位为1）与最大输出电压（对应的输入二进制数的所有位全为1）的比值为数模转换器的分辨率。解 由于该数模转换器是10位数模转换器，根据数模转换器分辨率的定义，最小输出电压uomin与最大输出电压uomax的比值为：由于V，所以此10位二进制数的最低位所代表的电压值为：（V）12.3 在如图12.4所示的电路中，若，其最大输出电压uo是多少？图12.4 T型电阻网

6、络数模转换器分析 数模转换器的最大输出电压是输入二进制数的所有位全为1时所对应的输出电压。解 如图12.4所示电路是4位T型电阻网络数模转换器，当时，其输出电压uo为：显然，当d3、d2、d1、d0全为1时输出电压uo最大，为：（V）12.4 一个8位的T型电阻网络数模转换器，设，试求d7d0分别为11111111、11000000、00000001时的输出电压uo。分析 当时，8位T型电阻网络数模转换器数的输出电压uo为：解 当时有：（V）当时有：（V）当时有：（V）12.5 一个8位的T型电阻网络数模转换器，若d7d0为11111111时的输出电压，则d7d0分别为11000000、000

7、00001时uo各为多少？解 因为当时有：（V）所以参考电压V。当时有：（V）当时有：（V）12.6 如图12.5所示电路是4位二进制数权电阻网络数模转换器的原理图，已知，k，k。试推导输出电压uo与输入的数字量d3、d2、d1、d0的关系式，并求当d3d2d1d0为0110时输出模拟电压uo的值。图12.5 习题12.6的图解 由图12.4可知，输入的某位数字量为高电平1时，相应的模拟电子开关接通右边触点，电流流入外接的运算放大器；输入的某位数字量为低电平0时，相应的模拟电子开关接通左边触点，电流流入地。根据运算放大器的虚地概念，可以求出流入运算放大器的总电流为：运算放大器的输出电压为：当时

8、有：（V）12.7 电路如图12.6所示，试画出输出电压uo随计数脉冲C变化的波形，并计算uo的最大值。图12.6 习题12.7的图分析 如图12.6所示电路是将4位二进制计数器的输出送至4位数模转换器，然后经数模转换器转换为模拟电压输出，欲画出输出电压uo随计数脉冲C变化的波形，只要计算出随着计数脉冲C的变化输出电压uo的各个值即可。解 数模转换器的输出电压uo为：式中，V，随着计数脉冲C的变化，输出电压uo的值如表12.1所示。由表12.1可知输出电压uo的最大值为4.6875V，输出电压uo随计数脉冲C变化的波形如图12.7所示。图12.7 习题12.7解答用图表12.1 习题12.7解

9、答用表Cd3 d2 d1 d0uo(V)0123456789101112131415160 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 10 0 0 000.31250.6250.93751.251.56251.8752.18752.52.81253.1253.43753.754.06254.3754.6875012.8 D/A转换器和A/D转换器的分辨率说明了什么？解 D/A转换器的分辨率用输入二进制数的位数n表示，或者

10、用最小输出电压（对应的输入二进制数只有最低位为1）与最大输出电压（对应的输入二进制数的所有位全为1）的比值来表示。而最小输出电压为：显然，uomin就是输出电压增量。所以，D/A转换器的分辨率说明了对输出电压微小变化的敏感程度。A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数n表示，能分辨的最小模拟电压是最大输入模拟电压的，所以，A/D转换器的分辨率说明了转换精度的高低。12.9 在4位逐次逼近型模数转换器中，D/A转换器的基准电压V，输入的模拟电压V，试说明逐次比较的过程，并求出最后的转换结果。解 逐次比较过程可列表如表12.2所示。表中各次uo计算如下：（1）（2）（3）（4）表12.2 习题12

11、.9解答用表转换顺序d3 d2 d1 d0uo(V)比较判断该位数码1是否保留12341 0 0 01 1 0 01 0 1 01 0 1 157.56.256.875uouiuouiuoui保留除去保留保留12.10 UR和ui的值与上题相同，如果采用8位逐次逼近型模数转换器，试计算转换结果，并与上题结果进行比较。解 逐次比较过程可列表如表12.3所示。表12.3 习题12.10解答用表转换顺序d7 d6 d5 d4 d3 d2 d1 d0uo(V)比较判断该位数码1是否保留123456781 0 0 0 0 0 0 01 1 0 0 0 0 0 01 0 1 0 0 0 0 01 0 1

12、1 0 0 0 01 0 1 1 1 0 0 01 0 1 1 0 1 0 01 0 1 1 0 0 1 01 0 1 1 0 0 0 157.56.256.8757.18757.03136.95316.914uouiuouiuouiuouiuouiuoui保留除去保留保留除去除去除去保留表中各次uo计算如下：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）上题的绝对误差为：V相对误差为：本题的绝对误差为：V相对误差为：可见，对于同样大小的输入电压，采用8位模数转换器的误差比采用4位模数转换器时要小得多。12.4 习题与考研试题精选12-1 一个8位T型电阻网络数模转换器，最小输出电压为-0.

13、02V，试计算当输入数字量d7d0为01100100时的输出电压uo。12-2 一个10位T型电阻网络数模转换器，V。试求：（1）最小输出电压和最大输出电压。（2）输入数字量d7d0为1010001000时的输出电压。12-3 一个8位倒T型电阻网络数模转换器，V。试求：（1）最小输出电压和最大输出电压。（2）输入数字量d7d0为10100100时的输出电压。12-4 一个8位逐次逼近型模数转换器，参考电压V，试求：（1）最小量化单位电压。（2）可转换的最大模拟电压。（3）若输入电压V，则转换成数字量是多少？产生的转换误差是多少？12-5 一个10位逐次逼近型模数转换器，其最小量化单位电压为0

14、.005V，试求：（1）参考电压UR。（2）可转换的最大模拟电压。（3）若输入电压V，则转换成数字量是多少？产生的转换误差是多少？As of Microsoft Internet Explorer 4.0, you can applmultimedia-style effects to your Web pages using visual filters and transitions. You can apply visual filters and transitions to standard HTML controls, such as text containers, images

15、, and other windowless objects. Transitions are time-varying filters that create a transition from one visual state to another. By combining filters and transitions with basic scripting, you can create visually engaging and interactive documents.Internet Explorer 5.5 and later supports a rich variet

16、y of optimized filters. Click the following button to see a demonstration of many of these filters and how to usetheProcedural surfaces are colored surfaces that display between the content of an object and the objects background. Procedural surfaces define each pixels RGB color and alpha values dyn

17、amically. Only the procedure used to compute the surface is stored in memory. The content of an object with a procedural surface applied is not affected by the procedural surface.警告：此类已序列化的对象将不再与以后的 Swing 版本兼容。当前的序列化支持适合在运行相同 Swing 版本的应用程序之间短期存储或 RMI。从 1.4 版开始，已在 java.beans 包中加入对所有 JavaBeansTM 的长期存储

18、支持。请参见 XMLEncoder。引用类型和原始类型的行为完全不同，并且它们具有不同的语义。引用类型和原始类型具有不同的特征和用法，它们包括：大小和速度问题，这种类型以哪种类型的数据结构存储，当引用类型和原始类型用作某个类的实例数据时所指定的缺省值。对象引用实例变量的缺省值为 null，而原始类型实例变量的缺省值与它们的类型有关。当JAVA程序违反了JAVA的语义规则时，JAVA虚拟机就会将发生的错误表示为一个异常。违反语义规则包括2种情况。一种是JAVA类库内置的语义检查。例如数组下标越界,会引发IndexOutOfBoundsException;访问null的对象时会引发NullPointerException。另一种情况就是JAVA允许程序员扩展这种语义检查，程序员可以创建自己的异常，并自由选择在何时用throw关推动了Web的迅速发展，常用的浏览器现在均支持