电子技术基础(张龙兴版)全套教案
课题
15.1 数模转换器（DAC）
课型
新课授课班级授课时数 2 教学目标
1．了解数模转换器的电路结构和工作原理。
2．了解数模转换器的一般应用。
教学重点
1．T形电阻网络数/模转换器的工作原理。
2．倒T形电阻网络数/模转换器的工作原理。
教学难点
数/模转换器的工作原理。
学情分析
-
教学效果
教后记
新课 A ．引入
把模拟信号转换成数字信号，称为模数转换；把数字信号转换成模
拟信号称为数模转换。相应地把实现A/D 转换的电路称为A/D 转换器ADC ；实现D/A 转换的电路称为D/A 转换器DAC 。
B ．新授课
15.1 数模转换器（DAC ）
15.1.1 T 型电阻DAC 1．电路组成
30S ~S ：4个电子模拟开关，分别受输入的数字信号30~D D 控制。
当i D = 0时，开关i S 切换到接地端；当i D = 1时，开关i S 接向基准电压REF V 。 2．工作原理 （1）特点
① 从任一节点向左或向右到接地或虚地 ∑ 端的等效电阻相等，其大小为2R 。 ② 从任一模拟开关i S 到接地端或虚地∑ 端的等效电阻为3R 。如图（b ）所示。 （2）基本原理
① n 位二进制数每1位的权。一个n 位二进制数可表示为0121d d d d D n n ???=--，其最高有效位MSB 到最低位有效位LSB 的权位依次为12-n ，22-n ，…，12，02。
② 每1位按权的大小转换成相应的模拟量。为了将数字量转换成模拟量，必须将二进制的每1位按权的大小转换成相应的模拟量。
③ 将代表各位的模拟量再相加，这样就可以得到与该数字量成正比的模拟量。 （3）计算
模拟开关i S 是接向基准电压REF V ，还是接向地端，受到输入的二进制数码0123D D D D 控制。因此，∑i 的一般表达式为：
)2222(32
1)21212121(300112233F RE 40413223F RE D D D D R V
D D D D R V i +++?=+++=
∑ 输出电压O v 为：
（引导学生分析工作原理）
（讲解）
)
2
2
2
2(
2
3
1
1
2
2
3
3
4
REF
f
O
D
D
D
D
V
R
i
R
i
v+
+
+
-
=
?
-
=
?
-
=
∑
∑
对于n位T型网络DAC，可推广为
)
2
2
2
2(
20
1
1
2
2
1
1
REF
O
D
D
D
D
V
v
n
n
n
n
n
+
+???+
+
-
=
-
-
-
-
输出模拟电压
O
v与输入数字量成正比，比例系数为-n
/
V2
REF
。
例15-1有一个5位T型电阻DAC，
REF
V= 10 V，R
R3
f
=，11010
1
2
3
4
=
D
D
D
D
D，
试求出输出电压
O
v= ？
解由上述公式可得
V
125
8
2
8
16
32
V
10
2
2
2
2
2
20
1
1
2
2
3
3
4
4
5
REF
O
.
)
(
)
D
D
D
D
D
(
V
v
n
-
=
+
+
+
+
-
=
+
+
+
+
-
=
-
15.1.2 倒T型电阻DAC
1．电路组成
模拟开关直接与虚地∑相连。当
i
D= 0时，对应的模拟开关接向地端；当
i
D= 1
时，对应的模拟开关接向虚地∑端。图中反相运放A的反馈电阻R
R=
F
。
2．工作原理
因为倒T型DAC任一节点对地的等效电阻为R，所以从基准电压
REF
V流出的电流
I为
R
V
I/
REF
=
电流每流过一个节点，就均分为两支相等的电流。各模拟开关
3
S、
2
S、
1
S、
S流
过的电流分别为I/2、I/4、I/8、I/16，而且与开关的状态无关。
输入数码为任意值时，
∑
i的一般表达式为：
)
2
2
2
2(
2
1
16
8
4
2
1
1
2
2
3
3
F
RE
4
1
2
3
D
D
D
D
R
V
D
/I
D
/I
D
/I
D
/I
i+
+
+
?
=
?
+
?
+
?
+
?
=
∑
输出电压
O
v为：
)
2
2
2
2(
20
1
1
2
2
3
3
4
REF
f
O
D
D
D
D
V
R
i
v+
+
+
-
=
?
-
=
∑
（讲解）练习
1．试画出计算信号处理的方框图。说明各部分电路的作用。
2．倒T型电阻DAC与T型电阻DAC相比，模拟开关的工作状态不同？倒T 型电阻DAC与T型电阻DAC相比，有什么优点？
小结1．数模转换器的功能是将数字信号转换为模拟信号。
2．对于n位T型网络DAC，输出电压
O
v为
)
2
2
2
2(
20
1
1
2
2
1
1
REF
O
D
D
D
D
V
v
n
n
n
n
n
+
+???+
+
-
=
-
-
-
-
3．倒T型DAC输出电压
O
v为：
)
2
2
2
2(
20
1
1
2
2
3
3
4
REF
f
O
D
D
D
D
V
R
i
v+
+
+
-
=
?
-
=
∑
布置作业P267习题十五15-2，15-4。
课题
15.2 模数转换器（ADC）
课型
新课授课班级授课时数 2 教学目标
1．了解模数转换器的电路结构和工作原理。
2．了解模数转换器的一般应用。
教学重点
1．模数转换的基本原理。
2．并行比较型ADC。
3．逐位比较型ADC。
教学难点
模数转换的基本原理。
学情分析
教学效果
教后记
新课
A．引入
A/D转换器是所有数字测量仪器的核心部分，一个被测模拟量要用
数字量显示出来，必须先将模拟量转换成数字量。
B．新授课
15.2 模数转换器（ADC）
15.2.1 模数转换的基本原理
1．采样和保持
（1）采样：就是对连续变化的模拟信号定时进行测量，抽取样值。通过采样，一
个在时间上连续变化的模拟信号就转换为随时间断续变化的脉冲信号。
（2）采样过程
图（a）为一个受控的模拟开关，构成采样器。
S
v到来时，V导通，
O
v=
I
v。采样
器在采样脉冲
S
v的控制下,把输入的模拟信号
I
v变换为脉冲信号
O
v，如图（b）所示。
（3）采样—保持电路
为了便于量化和编码，需要将每次采样取得的样值暂存，保持不变，直到下一个采
样脉冲的到来。这就要接一个保持电路。
（讲解）
2．量化和编码 量化：就是把采样电压转换为以某个最小单位电压 ? 的整数倍的过程。分成的等级称为量化级，? 称为量化单位。 编码：就是用二进制代码来表示量化后的量化电平。 量化误差：采样后得到的样值不可能刚好是某个量化基准值，总会有一定的误差，这个误差称为量化误差。 15.2.2 并行比较型ADC
1．电路组成 由电阻分压器、电压比较器及编码电路组成。 电阻分压器：确定量化电压。 电压比较器：用来确定采样电压的量化。 编码器：对比较器的输出进行编码，然后输出二进制代码。 2．工作原理 ① 提供参考电压 由8个大小相等的电阻串联构成电阻分压器，产生不同数值的参考电压，形成REF REF 87
81V ~V 共7种量化电平。
② 进行电压比较，输出数字量 7个量化电平分别加在7个电压比较器的反相输入端，模拟输入电压I v 加在比较器的同相输入端。当I v 大于或等于量化电平时，比较
器输出为1，否则输出为0，电压比较器用来完成对采样电压的量化。 ③ 编码 比较器的输出送到优先编码器进行编码，得到3位二进制代码012D D D 。
（引导学生分析工
作原理）
并联型A/D 转换器的转换精度主要取决于量化电平的划分，分得越细，精度越高。
15.2.3 逐位比较型ADC 1．转换原理
逐位比较型A/D 转换器的转换原理与天平称物的过程十分相似。
假设天平有10 g 、5 g 、2.5 g 、1.25 g 和0.625 g 五种砝码，欲称一质量为15.76 g 的物体，用天平称的过程是将砝码从大到小依次加入并与物重逐次比较：
比较结果为物重 > 砝码重的和，保留加入的这个砝码，记作1。
比较结果为物重 < 砝码重的和，去掉加入的这个砝码，记作0。
这样，将所有的砝码比较一遍后，得到了用二进制代码表示的物体质量11001，所称的物体的质量为（10+5+0.625）g = 15.625 g ，与物体实际质量15.76 g 相差0.135 g 。显然，砝码越多，用二进制表示物体质量的位数越多，误差就越小。
这种用已知砝码质量逐次与未知物体质量进行比较，使天平上砝码的总质量逐次逼近被称物体质量的方法，叫逐位比较法。
2．电路框图与工作原理
由控制电路、数码寄存器、D/A 转换器及电压比较器C 等四部分电路组成。
以3位A/D 转换为例说明工作过程：
（1）控制电路使数码寄存器的输出为100，经D/A 转换器变为相应的电压F v ，送入比较器C 与采样电压I v 比较。若I v >F v ，则将最高位的1保留，反之就清除，使最高
位为0。
（2）接着控制器将次高位置1，再经D/A 转换器变为相应的电压F v ，送到比较器
C 与采样电压I v 再比较，同样方法来决定该位为1还是0。
（讲解）
（引导学
生参考教
材资料）
（3）一直比较到最低位为止。这样，数码寄存器中的数码就是A/D转换后的数码。
练习1．试画出计算机信号处理系统的方框图。说明各部分的作用。2．试简述ADC的工作过程。
小结
模数转换器有并行比较型ADC和逐位比较型ADC。
布置作业P267习题十五15-5，15-6。