第23讲 AD与DA转换接口1[1]
《AD转换与DA转换》课件
AD转换器的误差及校准
1
非线性误差
由于元器件特性不同引起的误差。
增益误差
2
转换器增益与理论增益之间的偏差。
3
校准
使用标准信号对转换器进行调整和校 准。
DA转换的原理及应用
原理： 应用：
将数字信号转换为模拟信号的过程。 音频设备、通信系统、自动控制系统等领域。
DA转换器的分类
并行型
通过多个DAC芯片并联， 使输出电流或电压同步。
AD转换与DA转换
本PPT课件将介绍AD转换与DA转换的原理、应用、分类、性能指标、误差与 校准以及与比较分析。了解这些知识将使你对AD转换与DA转换有深入的理解。
AD转换的原理及应用
原理： 应用：
将模拟信号转换为数字信号的过程。 音频处理、传感器信号采集、图像处理等领域。
AD转换器的分类
1 逐次逼近型
串行型
使用移位寄存器进行逐位 转换。
增量型
通过逐位变换产生模拟输 出信号。
AD转换和DA转换的比较分析
AD转换器
将连续模拟信号转为离散数字信号。
DA转换器
将离散数字信号转为连续模拟信号。
采用逐次逼近法逼近输入信号。
3 逐次比较型
采用逐次比较法将输入信号逼近。
2 积分型
将输入信号积分后与参考电压比较。
4 并行型
使用多率
表示AD转换器可以识别的电 平数目，通常以位数表示。
采样率
指每秒采集的样本数，常用 单位是赫兹。
信噪比
表示转换器输出信号与噪声 的比值。
《AD及DA转换》课件
《AD及DA转换》PPT课件
本PPT课件将深入介绍AD及DA转换的原理、分类、工作模式，以及采样率、 量化精度等关键概念。我们还会探讨信号处理技术、硬件实现和电路设计等 重要话题。
什么是AD和DA转换
AD（模数）转换将模拟信号转换为数字信号，DA（数模）转换将数字信号转换为模拟信号。这两种转换器 在许多电子系统中起着关键作用。
AD转换器可根据工作原理和特性进行分类，如逐次逼近型、积分型、双斜率 型和ΔΣ型等。每种类型都有其适用的应用场景和性能特点。
DA转换器的分类
DA转换器可以按照数字信号转换为模拟信号的方法进行分类，如加权电阻型、 串行型、并行型和PDM型等。不同类型的转换器适用于不同的应用需求。
AD转换器的工作模式
AD转换的原理和作用
AD转换器使用采样和量化技术将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。它 在信号处理、通信系统和传感器中都有广泛应用。
DA转换的原理和作用
DA转换器将数字信号转换为模拟信号，使其能够在模拟电路中进行进一步处 理和传输。它在音频、视频和通信等领域中扮演着核心角色。
AD转换器的分类
《AD及DA转换》课件
一、AD及DA转换简介1.1 AD转换概述模拟信号与数字信号的概念模拟信号转换为数字信号的意义1.2 DA转换概述数字信号转换为模拟信号的意义DA转换的基本原理1.3 AD及DA转换的应用领域电子秤工业控制音频处理二、AD转换器（模数转换器）2.1 AD转换器的工作原理采样保持量化和编码2.2 AD转换器的类型逐次逼近型（SAR）双积分型流水线型2.3 AD转换器的主要性能指标分辨率和量化误差转换时间和转换速率动态范围和线性范围三、DA转换器（数模转换器）3.1 DA转换器的工作原理数字到模拟的转换过程D/A转换器的类型及特点3.2 DA转换器的主要性能指标分辨率转换误差转换速度3.3 DA转换器的应用实例音频DAC视频DAC通信系统中的DA转换应用四、AD及DA转换器的选择与评估4.1 AD及DA转换器的选择依据精度要求转换速度要求成本和功耗考虑4.2 AD及DA转换器的评估方法测试转换特性分析转换误差对比不同转换器的性能4.3 AD及DA转换器的应用案例分析模拟信号采集与数字处理数字信号调节与模拟输出五、AD及DA转换技术的未来发展5.1 高速AD及DA转换技术亚微米和深亚微米工艺并行处理技术5.2 高精度AD及DA转换技术低噪声和低功耗设计温度补偿技术5.3 集成AD及DA转换技术片上系统（SoC）混合信号集成技术5.4 新型AD及DA转换技术展望生物医学信号处理领域无线通信和物联网应用领域六、模拟信号的采样与保持6.1 采样定理奈奎斯特采样定理采样频率的选择6.2 采样保持电路采样保持电路的工作原理采样保持电路的设计要点七、模拟信号的量化与编码7.1 量化过程量化的概念与过程量化误差7.2 编码方法二进制编码格雷码编码八、逐次逼近型AD转换器（SAR ADC）8.1 SAR ADC的工作原理转换过程解析转换速率与功耗8.2 SAR ADC的设计要点模拟开关的选择基准电压源的设计九、双积分型AD转换器9.1 双积分型ADC的工作原理转换过程解析转换时间与精度9.2 双积分型ADC的应用场景电流传感器压力传感器十、流水线型AD转换器10.1 流水线型ADC的工作原理转换过程解析转换速率与功耗10.2 流水线型ADC的设计要点级间匹配与补偿模拟开关的选择十一、DA转换器（数模转换器）的类型及原理11.1 权电阻网络DA转换器工作原理分辨率和线性度11.2 电压反馈型DA转换器工作原理特点和应用11.3 电流反馈型DA转换器工作原理特点和应用十二、DA转换器的性能指标及评估12.1 分辨率数字位数的含义分辨率与精度的关系12.2 转换误差静态误差动态误差12.3 转换速度转换时间更新速率十三、DA转换器的应用实例13.1 音频DAC音频信号的数字到模拟转换音频DAC芯片的选择13.2 视频DAC视频信号的数字到模拟转换视频DAC芯片的选择十四、AD及DA转换器的接口技术14.1 模拟接口差分信号传输阻抗匹配14.2 数字接口SPI接口I2C接口USB接口十五、AD及DA转换器的实际应用问题与解决方案15.1 噪声问题模拟噪声的来源数字噪声的来源降噪技术15.2 匹配问题内部组件匹配外部组件匹配匹配技术15.3 温度补偿温度对AD及DA转换器的影响温度补偿技术重点和难点解析本文主要介绍了AD及DA转换的相关概念、原理、性能指标、应用实例以及接口技术，重点内容包括：1. AD及DA转换的基本原理：理解模拟信号与数字信号的转换过程，掌握AD 及DA转换的意义和应用领域。
AD与DA转换器接口
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1. ADC的主要参数
衡量一个ADC的性能的主要参数有： 1. 分辨率：指ADC能够转换成二 进制数的位数。 2. 转换时间：指从启动转换开始 到转换结束，得到稳定的数字输出量为 止的时间。 其它参数与DAC类似。
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ADC按分辨率可分为：4位、6位、8位、10位、 12位、14度可分为： 超高速（转换时间≤330ns） 次高速（转换时间330ns～3.3us） 高速（转换时间＜20us） 中速（转换时间20us ～330us ） 低速（转换时间＞330us ） ADC按转换原理可分为 并行A/D、逐次逼近A/D、双积分A/D。
15
二、并行8位D/A转换芯片AD558及其接口
1、 AD558的内部结构框图
16
17
2、AD558与PC机的连接图
18
三、串行8位D/A转换器TLC5620
第一级缓冲 第二级缓冲
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数据写入方式 (LDAC更新DAC输出)
数据写入方式 (LOAD更新DAC输出)
20
TLC5620 REFA REFB REFC DATA REFD CLK DACA LOAD DACB LDAC DACC DACD
13
MOV DX，300H MOV AL，0H L1：OUT DX，AL INC AL JNZ L1 MOV AL，0FFH L2：OUT DX，AL DEC AL JNZ L2 JMP L1
;8255A的A口 ;生成三角波
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思考题： 1.编写完整的程序。 2.编写生成矩形波、三角波、梯形波、 正弦波以及锯齿波等程序
5
2、D/A转换器的连接特性 表示一个D/A 转换器连接特性的几个方面： 1. 数据缓冲能力。 2. 输入的数据宽度（分辨率）。 3. 输入码制。一般对单极性输出的DAC只能 接收二进制码或BCD码，而双极性输出的DAC只能 接收偏移二进制码或补码。 4. 输出模拟量的类型。有电流和电压两种类型 5. 输出模拟量的极性。有单极性和双极性两种
AD、DA转换接口
A/D、D/A转换接口模/数、数/模转换技术在数字测量和数字控制技术中非常重要。
本章着重从应用角度分析几种典型的A/D，D/A电路芯片及与8031的接口逻辑以及相应的程序设计。
9-1 数模D/A转换器DAC08329.1.1 DAC0832芯片的结构原理一、芯片结构DAC0832是CMOS工艺制造的8位单片D/A转换器，芯片采用的是双列直插封装结构。
二、功能特点1、分辨率为8位。
2、只需在满量程下调整其线性度。
3、可与所有的单片机或微处理器直接接口，也可单独使用。
4、电流稳定时间1ms。
5、可以双缓冲(速度快)，单缓冲可直通数据输入。
6、低功耗，200mW。
7、 逻辑电平输入与TTL 兼容。
8、 单电源供电（+5V 或+15V ）。
三、引脚功能1、 DI0～DI7：8位数字量数据输入端（内部为8位数据寄存器）。
2、 AGND ：模拟信号输出的接地端。
3、 DGND ：数字信号输入的接地端。
4、 1OUT I 、2OUT I ：模拟电流信号输出端，1OUT I 与2OUT I 的和为常数且1OUT I 与DAC 寄存器的内容线性变化。
5、 CC V ：工作电源。
6、 BF R ：反馈信号输入端。
芯片内已有反馈电阻。
在片外一般接运放的输出端。
7、 REF V ：基准电压输入端。
（由外部电路提供的，可在-10V ～+10V 内选取）8、 ILE ：数据锁存允许信号输入端，高电平有效。
9、 CS ：8位数据寄存器的选通信号输入端，低电平有效。
10、1WR ：输入寄存器写选通信号输入端，低电平有效。
11、2WR ：DAC 寄存器写选通信号输入端，低电平有效。
12、XFE R ：数据转移控制信号输入端，低电平有效。
13、1LT 、2LT ：为内部两个寄存器的输入锁存端。
⑴ 当1LT =ILE 〃CS 〃1WR =0时，8位输入寄存器的输出跟随输入变化； 当1LT =ILE 〃CS 〃1WR =1时，数据锁存在输入寄存器中，不再变化。
第23讲 AD与DA转换接口1
8.EOC：转换结束状态信号。启动转换后，系统自动设 置EOC=0，转换完成后，EOC=1。该状态信号既可作为查询的 状态标志，又可以作为中断请求信号使用。
第6章 A/D与D/A转换接口
在单片机应用系统中，经常需要把单片机中的数字信号 转变为连续变化的物理量，即模拟量，如电压、电流、压力 等，送到外部去控制某些外设；反之，需要把外部连续变化 的模拟信号送入单片机中进行处理。完成这种由数字量到模 拟量或模拟量到数字量的转换器件分别称为数模(D/A)转换 器和模数(A/D)转换器，它们是单片机(数字世界)同外部世 界的模拟信号(模拟世界)交换数据时不可缺少的器件。
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6.1.1 典型A/D转换器芯片ADC0809
知识扩展： 根据读入转换结果的方式，EOC信号和单片机有以下三
种连接方式。 ⑴延时方式：EOC悬空，启动转换后，延时100us读入转
换结果。 ⑵查询方式：EOC接单片机端口线，查得EOC变高，读入
转换结果，作为查询信号。 ⑶中断方式：EOC经非门接单片机的中断请求端，转换
4.START：转换启动信号。对应START上跳沿时，所有内 部寄存器清0；对应START下跳沿，开始进行A/D转换；在A/D 转换期间，START应保持低电平。
5.D7~D0：数据输出线，为三态缓冲输出形式，可以和 单片机的数据线直接相连。
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6.1.1 典型A/D转换器芯片ADC0809
6.CLK：时钟信号，ADC0809的内部没有时钟电路，所需 时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率 为500kHz的时钟信号。在任务25中，单片机输出的信号ALE 经过双D触发器74LS74构成一个二分频器，送给ADC0809时钟 输入端CLK。
AD与DA接口
生产厂家：美国B-B公司
特 点： ①片内带有基准电压和调节电阻。 ②能完全与微处理器兼容，无需外接器件 即可与单片机8位数据线相连。
3.DAC1020/AD7520 系列
两系列完 系列产品：DAC1020、DAC1021、DAC10全22兼容。
AD7520、D7530、AD7533 位 数：10
R
d1
···
···
S1 ···
d7
RF IIRRfbfb
II0∑1
－
P Iout1
+
S7 I02 Iout2
2R I7
P’
VR
Vin Vo
I'0
I
⑷0832与MCS-51的连接
①单极性输出（单缓冲工作方式）
LE 1ILE CSW1R LE2WR2 XFER 控制其它芯片
-5V
图8－8 单路DAC0832与单片机接口逻辑图
VREF
I3
I2
I1
I0
IRf
S3
S2
S1
S0
Iout1
OA
VOUT
b3
b2
b1
b0
四位DAC寄存器
输出电压与输入数字量关系推导
R
R
R
2R
2R
2R
2R
R
R
0 10 1 0 1 0 1
I3
VREF23•VREF
2R
24•R
I2
I3 2
22•2V4R•ERF
I1
I2 2
21•2V4R•ERF
I0 I21 20•2V4R•ERF
化。
ad转换器和da转换器
技术发展的挑战与机遇
挑战：提高转换精度和速度，降 低功耗和成本
挑战：解决高精度、高速度、低 功耗、低成本之间的矛盾
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添加标题
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机遇：物联网、人工智能、5G等 新兴技术的发展，为D/D转换器 带来新的应用场景和市场需求
机遇：新型材料、工艺和技术的 发展，为D/D转换器带来新的技 术突破和性能提升
技术发展的历程
1950年代：D转换器开 始出现，主要用于军事
和航天领域
1960年代：D转换器逐 渐普及，开始应用于工
业和医疗领域
1970年代：D转换器技 术快速发展，出现了多
种类型的D转换器
1980年代：D转换器技 术逐渐成熟，开始应用
于消费电子领域
1990年代：D转换器技 术进一步发展，出现了 高精度、高速度的D转
按照输出信号类型分类：单 端输出、差分输出等
按照应用领域分类：工业控 制、医疗电子、通信设备等
D转换器的工作原理
采样：将模拟信号转换为时间离散的信号 量化：将时间离散的信号转换为幅度离散的信号 编码：将幅度离散的信号转换为数字信号 滤波：消除量化噪声，提高转换精度
D转换器的应用场景
信号处理：将模拟信号转换为数字信号，便于处理和分析 通信系统：在通信系统中，将模拟信号转换为数字信号，便于传输和处理 传感器应用：将传感器采集的模拟信号转换为数字信号，便于处理和分析 音频处理：将模拟音频信号转换为数字信号，便于处理和分析
更快速度： D/D转换器的 速度不断提高， 以满足高速数 据传输和信号 处理的需求。
更低功耗： D/D转换器的 功耗不断降低， 以满足便携式 设备和物联网 设备的需求。
更小尺寸： D/D转换器的 尺寸不断缩小， 以满足便携式 设备和物联网 设备的需求。
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6.1.1 典型A/D转换器芯片ADC0809
3.ALE：地址锁存允许信号。对应ALE上升沿，ADDA、 ADDB和ADDC地址状态送入地址锁存器中，经译码后输出选择 模拟信号输入通道。
6.1.2 单片机与ADC0809接口
⑵转换数据的传送 A/D转换后得到的是数字量的数据，这些数据应传送给
单片机进行处理，数据传送的关键问题是如何确认A/D转换 的完成，因为只有确认数据转换完成，才能进行传送。
6.1.2 单片机与ADC0809接口
经验提示： 单片机与A/D转换器接口程序设计，主要有以下四个步
一、采用I/O端口直接控制方式 任务25中采用单片机的I/O端口直接控制ADC0809，8条
数据线直接与单片机的P1口相连。控制线START和ALE、OE由 P0.2引脚控制，EOC引脚由P0.3控制。
6.1.2 单片机与ADC0809接口
二、采用系统扩展方式 1.单片机的三总线结构
6.1.2 单片机与ADC0809接口
结束作为中断请求信号向单片机提出中断申请，在中断服务 中读入转换结果。
6.1.1 典型A/D转换器芯片ADC0809
9.Vref：参考电源。参考电压用来与输入的模拟信号进 行比较，作为逐次逼近的基准，其典型值为 +5V(Vref(+)=+5V，Vref(-)=0V)。
6.1.2 单片机与ADC0809接口
第6章 A/D与D/A转换接口
在单片机应用系统中，经常需要把单片机中的数字信号 转变为连续变化的物理量，即模拟量，如电压、电流、压力 等，送到外部去控制某些外设；反之，需要把外部连续变化 的模拟信号送入单片机中进行处理。完成这种由数字量到模 拟量或模拟量到数字量的转换器件分别称为数模(D/A)转换 器和模数(A/D)转换器，它们是单片机(数字世界)同外部世 界的模拟信号(模拟世界)交换数据时不可缺少的器件。
6.1 A/D 转换器接口
A/D转换器是实现模拟量向数字量转换的器件，按转换 原理可分为四种：计数式A/D转换器、双积分式A/D转换器、 逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。
目前最常用的A/D转换器是双积分式A/D转换器和逐次逼 近式A/D转换器。前者的主要优点是转换精度高，抗干扰性 能好，价格便宜，但转换速度较慢，一般用于速度要求不高 的场合。后者是一种速度较快、精度较高的转换器，其转换 时间大约在几微秒到几百微秒之间。
1.输入通道包括8路模拟开关和三输入地址锁存译码器。 8路模拟开关分时选通8个模拟通道，由地址锁存译码器的三 个输入A、B、C来确定选通哪一个通道。
6.1.1 典型A/D转换器芯片ADC0809
6.1.1 典型A/D转换器芯片ADC0809
2.8路模拟输入通道共用一个A/D转换器进行转换，但同 一时刻仅对采集的8路模拟量中的其中一路进行转换。
6.1.1 典型A/D转换器芯片ADC0809
ADC0809是一个8位逐次逼近式A/D转换器，具有8个模拟 量输入通道，完成一次转换时间大约为100us。
6.1.1 典型A/D转换器芯片ADC0809
一、ADC0809的内部逻辑结构
6.1.1 典型A/D转换器芯片ADC0809
如上图所示，ADC0809主要由三部分输入通道、逐次逼 近型A/D转换器和三态输出锁存器等三部分组成。
3.转换后的8位数字量锁存到三态输出锁存器中，在输 出允许的情况下，可以从8条数据线D7~D0上读出。
6.1.1 典型A/D转换器芯片ADC0809
二、ADC0809的信号引脚
1.IN7~IN0：8个模拟量输入通道。
6.1.1 典型A/D转换器芯片ADC0809
必要提示：ADC0809对输入模拟量的要求主要有：信号 单极性，电压范围0~5V，若信号过小还需进行放大。另外， 输入的模拟量在A/D转换过程中，其值不应变化太快，因此 对变化速度快的模拟量，在输入前应增加采样保持电路。
2.系统扩展方式控制ADC0809硬件 单片机采用系统扩展方式控制ADC0809电路如下所示。 我们需要从图中确认以下信息：
6.1.2 单片机与ADC0809接口
⑴8路模拟通道地址
根据以上硬件连接图，若将无关位都取0，8路通道的地 址为：0000H~0007H。当然我们也可将无关位都取1，可以得 到8位通道的地址分别为FEF8H~FEFFH。
6.1.1 典型A/D转换器芯片ADC0809
知识扩展： 根据读入转换结果的方式，EOC信号和单片机有以下三
种连接方式。 ⑴延时方式：EOC悬空，启动转换后，延时100us读入转
换结果。 ⑵查询方式：EOC接单片机端口线，查得EOC变高，读入
转换结果，作为查询信号。 ⑶中断方式：EOC经非门接单片机的中断请求端，转换
骤： ⑴启动A/D转换，START引脚得到下降沿信号； ⑵查询EOC引脚状态，EOC引脚由0变1，表示A/D转换过
程结束； ⑶允许读数，将OE引脚设置为1状态； ⑷读取A/D转换结束。
4.START：转换启动信号。对应START上跳沿时，所有内 部寄存器清0；对应START下跳沿，开始进行A/D转换；在A/D 转换期间，START应保持低电平。
5.D7~D0：数据输出线，为三态缓冲输出形式，可以和 单片机的数据线直接相连。
6.1.1 典型A/D转换器芯片ADC0809
6.CLK：时钟信号，ADC0809的内部没有时钟电路，所需 时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚。通常使用频率 为500kHz的时钟信号。在任务25中，单片机输出的信号ALE 经过双D触发器74LS74构成一个二分频器，送给ADC0809时钟 输入端CLK。
7.OE：输出允许信号，用于控制三态输出锁存器向单片 机输出转换得到的数据。当OE=0时，输出数据线呈高阻状态换结束状态信号。启动转换后，系统自动设 置EOC=0，转换完成后，EOC=1。该状态信号既可作为查询的 状态标志，又可以作为中断请求信号使用。