模数和数模转换数模转换即将数字量转换为模拟电量电压或
数模转换讲解
用二进制代码表示量化后的输入模拟电压。
量化和编码是在同一个电路中完成的。下图说明了两种量 化方法：
22
－1/15V
若用此范围表示
001会更准确
量化误差＝
量化误差＝
2
当输入电压不为 的整数倍时，必然产
23
生误差，称为量化误差。
输入为双极性时： 输出一般采用二进制补码表示。可用下图表示：
=1V
第一次积分:对输入模拟电压定 时积分，时间为T1,由控制逻辑 电路决定；
C
1 Idt I
C
CR
电容C上电压
dt
第二次积分:对参考电源VREF定
速积分， O的变化速度由
VREF,R和C决定。
31
t1时刻电容电压 c 即 o 值为：
o
权电阻网络D/A转换器
D/A 转 换
倒T型电阻网络D/A转换器 权电流型D/A转换器 权电容网络D/A转换器
器
开关树型D/A转换器
并联比较型 计数型
A/D
直接转换型 反馈比较型
转
逐次渐进型
换 器
间接转换型 双积分型（V－T变换型）
V—F变换型 3
第二节 D/A转换器 权电阻网络
一、权电阻网络D/A转换器 1.原理
非线性误差有时导致 转换特性局部非单调性， 从而引起系统不稳定。
注意：运放和参考 电源多为外接，电 阻网络和模拟开关 在集成DAC内部。
15
例：在10位倒T型电阻网络DAC中，VREF=-10V。为保证VREF偏离 标准值所引起的误差小于1/2LSB，计算VREF相对稳定度应取多少？ 解：
1.计算1/2LSB: 当输入数字量D=1时，输出电压为LSB。故：
模拟信号与数字信号之间的转换
模拟信号与数字信号之间的转换
模拟信号与数字信号之间的转换是通过模数转换（ADC）和数模转换（DAC）来实现的。
模拟信号转换成数字信号，首先通过ADC将模拟信号进行采样，即将连续的模拟信号按照一定的频率进行离散化，得到一系列的模拟采样值。
然后将模拟采样值通过量化处理，转换成对应的数字信号，即根据一定的量化规则，将模拟采样值映射到一系列离散的数字量级上。
数字信号转换成模拟信号，首先通过DAC将数字信号进行反量化，即将数字信号的离散量级映射回模拟信号的值。
然后通过重构滤波器将反量化后的数字信号进行平滑处理，得到模拟信号。
最后，通过模拟电路对模拟信号进行放大、滤波等处理，使之符合要求。
需要注意的是，模拟信号转换成数字信号和数字信号转换成模拟信号都会引入一定的误差，即量化误差和重构误差。
因此，在进行模拟信号与数字信号之间的转换时，要选择合适的采样频率、量化精度和重构滤波器等参数，以保证转换的精度和准确性。
串口通信电压转换原理
串口通信电压转换原理串口通信电压转换原理是将计算机数字信号与外部设备或传感器的模拟信号进行互相转换的过程。
在串口通信中，计算机产生的数字信号通常为5V的高电平和0V的低电平，而外部设备或传感器产生的模拟信号通常是在0V到5V之间的连续变化电压。
为了实现数字信号与模拟信号之间的转换，需要使用电压转换器。
电压转换器的工作原理是通过运用一定的电学原理将信号进行适当的变换。
常见的电压转换器有模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）两种。
1. 模数转换器（ADC）：模数转换器将模拟信号转换为数字信号。
当外部设备或传感器的模拟信号进入模数转换器时，首先经过采样保持电路对信号进行采样，然后经过模拟电压与数字比较器进行比较，得到一个二进制数值。
该数值经过编码器编码后输出给计算机进行处理。
常用的ADC类型有逐次逼近型（SAR）和单片式（Flash）。
2.数模转换器（DAC）：数模转换器将数字信号转换为模拟信号。
当计算机产生的数字信号需要输出给外部设备或传感器时，经过编码后的二进制信号经过解码器解码得到对应的模拟电压值，再经过输出放大器放大，最终输出给外部设备或传感器。
在串口通信中，通常使用TTL电平和RS232电平进行转换。
TTL电平是计算机常用的数字信号电平，其高电平一般为5V，低电平为0V。
而RS232电平则是用于串口通信的标准电平，其高电平为-3V至-15V，低电平为+3V至+15V。
因此，在使用串口进行通信时，需要使用TTL转RS232电平转换器将计算机的数字信号转换为RS232电平，以适应外部设备或传感器的电平要求。
TTL转RS232电平转换器通常采用MAX232芯片或类似的芯片实现。
该芯片接受TTL电平输入，并根据其特定的电路设计进行电平转换。
当输入的TTL电平为高电平时，芯片会输出相应的负电平；当输入的TTL电平为低电平时，芯片会输出相应的正电平。
通过使用MAX232芯片或类似的芯片，使得计算机与外部设备或传感器之间能够实现正常的串口通信。
模数、数模转换及其应用论文
模数、数模转换及其应用摘要：随着电子技术的迅速发展以及计算机在自动检测和自动控制系统中的广泛应用，利用电子系统处理模拟信号的情况变得更加普遍。
数字电子计算机所处理的都是不连续的数字信号，而实际遇到的大都是连续的模拟量，模拟量经过传感器转换成电信号的模拟量后，需经过模/数转换变成数字信号后才可输入到数字系统中进行处理和控制。
同时，往往还要求将处理后得到的数字信号再经过数/模转换成相应的模拟信号，作为最后的输出。
模数、数模转换建立在各种转换电路的基础上，并且不断改进模数、数模转换器的转换精度与转换速度。
模数、数模转换技术在工业中有着重要的应用。
关键字：电子系统模数转换器数模转换器转换技术的应用Digital to analog、digital to analog conversion and its application Abstract: With the rapid development of electronic technology and computer in the automatic detection and automatic control system in the broad application, the use of electronic system for processing analog signal conditions become more common. Digital electronic computer processing are not continuous digital signal, but actually encountered mostly continuous analog, analog quantity sensor is converted into electrical signals by analog, after A / D conversion into digital signal can be input to a digital system for processing and control. At the same time, also often seek treatment received digital signals through D / A conversion into a corresponding analog signal, as the final output. ADC, DAC based on conversion circuit based on continuous improvement, and module, digital to analog converter conversion precision and conversion rate. ADC，DAC technology in industry has important applications.Key words: electronic system；analog to digital converter；digital to analog converter；conversion technology application１引言作为把模拟电量转换成数字量或数字量转换成模拟电量输出的接口电路，转换器是现实世界中模拟信号通向数字信号的桥梁，是电子技术发展的关键和瓶颈所在。
数模转换与模数转换
数模转换与模数转换数模转换（Digital-to-Analog Conversion，简称DAC）和模数转换（Analog-to-Digital Conversion，简称ADC）是数字信号处理中常用的两种信号转换方法。
数模转换将数字信号转换为模拟信号，而模数转换则将模拟信号转换为数字信号。
本文将就数模转换和模数转换的原理、应用以及未来发展进行探讨。
一、数模转换（DAC）数模转换是将数字信号转换为模拟信号的过程。
在数字系统中，所有信号都以离散的形式存在，如二进制码。
为了能够将数字信号用于模拟系统中，需要将其转换为模拟信号，从而使得数字系统与模拟系统能够进行有效的接口连接。
数模转换的原理是根据数字信号的离散性质，在模拟信号上建立相似的离散形式。
常用的数模转换方法有脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation，简称PAM），脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）和脉冲位置调制（Pulse Position Modulation，简称PPM）等。
这些方法根据传输信号的不同特点，在转换过程中产生连续的模拟信号。
数模转换在很多领域有广泛应用。
例如，在音频领域，将数字音频信号转换为模拟音频信号，使得数字音频可以通过扬声器播放出来。
另外，在电信领域，将数字信号转换为模拟信号后，可以用于传输、调制解调、功率放大等过程。
二、模数转换（ADC）模数转换是将模拟信号转换为数字信号的过程。
模拟信号具有连续的特点，而数字系统只能处理离散的信号。
因此，当需要将模拟信号用于数字系统时，就需要将其转换为数字形式。
模数转换的原理是通过采样和量化来实现。
采样是将模拟信号在时间上进行离散化，而量化是将采样信号在幅度上进行离散化。
通过这两个过程，可以将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
模数转换在很多领域都有应用。
例如，在音频领域，将模拟音频信号转换为数字音频信号，使得音频信号可以被数字设备处理和存储。
电路基础原理数字信号的模数转换与数模转换
电路基础原理数字信号的模数转换与数模转换电路基础原理：数字信号的模数转换与数模转换在现代电子技术中，数字信号的模数转换和数模转换是非常重要的概念。
它们是将模拟信号转换为数字信号和将数字信号转换为模拟信号的过程。
本文将探讨数字信号的模数转换和数模转换的基本原理及其在电路中的应用。
一、数字信号的模数转换数字信号的模数转换（Analog-to-Digital Conversion, ADC）是指将模拟信号转换为数字信号的过程。
在这个过程中，连续的模拟信号被离散化为一系列离散的数字信号。
模数转换的过程包括采样和量化两个步骤。
采样是指对连续时间内的模拟信号进行离散化，取样点的时间间隔称为采样周期。
而量化则是对采样得到的离散信号进行幅度的近似描述，将其转换为一系列离散的数值。
在实际应用中，模数转换器（ADC）通常采用电压-数字转换器（Voltage-to-Digital Converter, VDC）来实现。
VDC使用一系列的比较器来比较模拟信号与参考电压之间的差异，并将其转换为数字信号。
数字信号的模数转换在现代电子技术中具有广泛的应用。
例如，在通信领域中，模数转换是将声音、图像等模拟信号转换为数字信号的关键步骤。
在工业自动化中，模数转换则是传感器将物理量转换为数字信号的基础。
二、数字信号的数模转换数字信号的数模转换（Digital-to-Analog Conversion, DAC）是指将数字信号转换为模拟信号的过程。
在这个过程中，一系列离散的数字信号被重构为连续的模拟信号。
数模转换的过程包括数值恢复和模拟滤波两个步骤。
数值恢复是指根据数字信号的编码方式，将数字信号转换为相应的数值。
而模拟滤波则是通过滤波器对数值恢复后的数字信号进行平滑处理，去除数字信号中的高频成分，生成连续的模拟信号。
在实际应用中，数模转换器（DAC）通常采用数字-电压转换器（Digital-to-Voltage Converter, DVC）来实现。
数模模数转换
退，用计算机进行分析处理。第四步，因执行控 制器一般只认模拟量，例如，左转还是右转，它 主要取决于电感的极性(正电感、还是负电感？) 速度大小是由电感或电流大小决定，运动方向和 速度(例如是向前，还是退后，是向左进还是右 退，进多少尺寸？退多少尺寸？)主要取决于执 行电机的型号、规格、机械安装、机械传动等。 需要将数字量转为模拟量(即D/A变换)。最后一 步由执行机构去完成各种操作。将被加工件生产 出来。
常见的数/模和模/数转换系统有以下几种。 一、数字控制系统
以数控为例：首先对被加工件进行摄影、 测绘，这个过程可以说由传感器完成，然后进行 量化，将具体的尺寸、形状、加工顺序…，均由 数码表示，这个过程叫A/D转换成数字信息。第 三步，将加工顺序编写成计算机可以识别的程 序。例如进刀、退刀；前进、后退、左进、后
由图可见，T3、T2、T1、T0和Tc的基极 是接在一起的，只要这些三极管的发射结压降 VBE相等，则它们的发射极处于相同的电位。
图9-9 实用的权电流型DAC
在计算各支路的电流时，可以认为2R电阻 的上端都接到了同一个电位上，因而流过每个 2R电阻的电流自左至右依次减少了1/2。为保证 所有三极管的发射结压降相等，在发射结电流较 大的三极管中按比例加大了发射结的面积，在图 中用增加发射极的数目来表示。图中的恒流源 IB0用来给TR、TC、T0~T3提供必要的基极偏置 电流。
当Di=1时，对应的Ri支路与参考电位VBEF 接通，则该支路电流为：
Ii
VREF Ri
VREF 2n-1-i R
VREF 2i 2生的电流，写成通式 为：
Ii
VREF 2n-1 R
2i
Di
根据叠加原理，总的输出电流为：
第九章 数/模转换和模/数转换
信号变换器
信号变换器信号变换器是一种用于将一种形式的信号转换为另一种形式的电子设备。
它将电信号从一种形式转换成另一种形式，使其适合于特定的应用场合或设备之间传输。
信号变换器在信号处理、测量和控制中扮演着重要的角色。
基本原理信号变换器的基本原理是将一种信号类型转换为另一种信号类型。
按照信号的类型不同，信号变换器可以分为以下几类：1.模数转换器（ADC）：将模拟信号转换为数字信号。
2.数模转换器（DAC）：将数字信号转换为模拟信号。
3.电压或电流转换器：将电压或电流信号转换为另一种电压或电流信号。
4.频率转换器：将一种频率的信号转换为另一种频率的信号。
5.信号放大器：将信号的幅度放大或缩小。
应用场景信号变换器在以下几个方面应用广泛：1. 控制系统在控制系统中，信号变换器用于将传感器收集到的信号转换成适合控制器处理的信号类型。
例如，将温度传感器输出的模拟信号转换成数字信号，再输入控制器，进行控制处理。
2. 信号处理在信号处理中，信号变换器用于将信号转换成适合处理的信号类型。
例如，将模拟信号转换成数字信号后，进行数字信号处理，提取信号中的有用信息。
3. 测量与测试在测量和测试中，信号变换器用于将被测量的信号转换成适合测量仪器的信号类型。
例如，将压力传感器输出的压力信号转换成电压信号后，输入示波器进行测量。
4. 通信与传输在通信和传输中，信号变换器用于将一种信号类型转换成另一种信号类型。
例如，将数字信号转换成模拟信号后输送，或者将一种频率的信号转换成另一种频率的信号后传输。
趋势与未来随着人们对信号处理和传输的需求不断增加，信号变换器的功能和复杂度也在不断提高。
未来的信号变换器将更加智能化和数字化，能够实现更多的信号转换和处理功能。
同时，随着物联网和人工智能的发展，信号变换器将在更广泛的应用领域发挥作用。
结论信号变换器是一种将一种信号类型转换成另一种信号类型的电子设备。
它在控制系统、信号处理、测量与测试、通信与传输等方面应用广泛。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第17章 模数和数模转换
数模转换即将数字量转换为模拟电量(电压或电流)，使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。
实现数模转换的电路称数模转换器
模数转换即将模拟电量转换为数字量，使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。
实现模数转换的电路称模数转换器
17.1 数模（D/A ） 转换器
一、D/A 转换器的基本原理及分类
1．数模转换的基本原理
要求：输出的模拟量与输入的数字量成正比。
输入数字量 D = (D n -1 D n -2 ⋅⋅⋅ D 1 D 0 ) 2
= D n -1 2n -1 + D n -2 2n -2 + ⋅⋅⋅ + D 1 21 + D 0 20 输出模拟电压 u O = D △ = (D n -1 2n -1 + D n -2 2n -2 + ⋅⋅⋅ + D 1 21 + D 0 20)△
△ 是 DAC 能输出的最小电压值，称为 DAC 的单位量化电压，它等于 D 最低位(LSB)为 1、其余各位均为 0 时的模拟输出电压(用 U LSB 表示)。
2．倒T 型网络D/A 转换器,基本原理如图示：
D D n 输模D A C
D 0
1D n -2
n -1
¡-u O
位二进制数入
拟电压输出
u O
2R
模拟开关 S i 打向“1”侧时，相应 2R 支路接虚地；打向“0”侧时，相应 2R 支路接地。
故无论开关打向哪一侧，倒 T 型电阻网络均可等效为下图：
从 A 、B 、C 节点向左看去，各节点对地的等效电阻均为 2R 。
即
I 3 = 23 I 0， I 2 = 22 I 0， I 1 = 21 I 0， I 0 = 20 I 0
可见，支路电流值 Ii 正好代表了二进制数位 D i 的权值 2i。
模拟开关 S i 受相应数字位 Di 控制。
当 Di = 1 时，开关合向“1”侧，相应支
路电流 Ii 输出；Di = 0 时，开关合向“0”侧， Ii 流入地而不能输出。
i Σ = D 3 I 3 + D 2 I 2 + D 1 I 1 + D 0 I 0
= ( D 3 23 + D 2 22 + D 1 21 + D 0 20
) I 0 = D I 0
3．D/A 转换器主要指标
常用 DAC 主要有权电阻网络 DAC 、 R - 2R 、T 形电阻网络 DAC 、R - 2R 倒 T 形电阻网络 DAC 和权电流网络 DAC 。
其中，后两者转换速度快，性能好，因而被广泛采用，权电流网络 DAC 转换精度高，性能最佳。
(1) 分辨率：用输入的二进制数码的位数n 来表示。
位数越多，分辨率就越高。
I
R E F
2R A
B
C
=4
=16因此，I =
V R E F
R
I 3=I 2= 23( )，I 24I 2=I 32=22( )，I 24I I 1=I 22=21( )，I 24=I 8
I 0=I 12=20( )I 24I =-·
R V
u O D R
⋅⋅4
F
R E F
2
，对n 位D A C u O =-D ·R
R V n ⋅⋅2F
R E F
(2) 线性度：用非线性误差的大小来表示。
(3) 转换精度：以最大静态转换误差的形式给出，这个误差包含非线性误差、
比例系数误差、漂移误差等。
(4) 输出电平 一般为5V 至10V ，高压输出型的可达24V 至30V ；输出电流型
的，低的为几到几十毫安，高的达3A
(5)输入数字电平：输入数字信号分别为1和0时，所对应的输入高低电平的值。
4．集成D/A 转换器
常用集成 DAC 有两类：一类内部仅含有电阻网络和电子模拟开关两部分，常用于一般的电子电路。
另一类内部除含有电阻网络和电子模拟开关外，还带有数据锁存器，并具有片选控制和数据输入控制端，便于和微处理器进行连接，多用于微机控制系统中。
上图为 CDA7524 的单极性输出应用电路。
图中电位器 R 1 用于调整运放增益，电容C 用以消除运放的自激。
已知 U LSB = V REF / 256，试求满度输出电压及满度输出时所需的输入信号。
当 D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 = 11111111 时，输出为满度值。
D 7
D 6D 4D 3D 2D 1D 5D 0C S V W R
u O = -U F S R ≈-9.961 V 。
()
ＶＦＳＲ 961.9256
550
225625512REF LSB 8≈=⨯
=-=V U U
二、A/D 转换器 1.A/D 转换的基本原理
功能：把模拟量转换成数字量
分类（按转换原理）：直接转换型、间接转换型
采样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。
保持：保持采样信号，使有充分时间转换为数字信号。
量化：把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的整数倍表示。
编码：把量化的结果用二进制代码表示。
2．并联比较型的ADC
电阻构成分压器 3．A/D 转换器的主要指标
常用 ADC 主要有并联比较型、双积分型和逐次逼近型。
其中，并联比较型 ADC 转换速度最快，但价格贵；双积分型 ADC 精度高、抗干扰能力强，但速度慢；逐次逼近型速度较快、精度较高、价格适中，因而被广泛采用。
D D n -11D 0
字量
D u I
2
S B )
D 1
0S B )
（1）分辨率：表示输出数字量变化一个相邻数码所对应的输入模拟量的变化量，常以输出二进制的位数表示。
（2）相对精度：指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。
（3）转换速度：完成一次转换所需要的时间。
并联比较型> 逐次比较型> 双积分型
（4）电源抑制：在输入模拟电压不变的条件下，当转换电路的供电电源电压变化时对输出的影响。
本章小结
●D/A 转换是将输入的数字量转换为与之成正比的模拟电量。
常用的DAC 主
要有权电阻网络DAC、R - 2R T 形电阻网络DAC、R - 2R 倒T 形电阻网络DAC 和权电流网络DAC。
其中，后两者转换速度快，性能好，因而被广泛采用，权电流网络DAC 转换精度高，性能最佳。
●A/D 转换是将输入的模拟电压转换为与之成正比的数字量。
常用ADC 主要
有并联比较型、双积分型和逐次逼近型。
其中，并联比较型ADC 属于直接转换型，其转换速度最快，但价格贵；双积分型ADC 属于间接转换型，其速度慢，但精度高、抗干扰能力强；逐次逼近型也属于直接转换型，其速度较快、精度较高、价格适中，因而被广泛采用。
●A/D 转换要经过采样- 保持和量化与编码两步实现。
采样- 保持电路对输
入模拟信号抽取样值，并展宽(保持)；量化是对样值脉冲进行分级，编码是将分级后的信号转换成二进制代码。
在对模拟信号采样时，必须满足采样定理：采样脉冲的频率f S 必须大于输入模拟信号最高频率分量的 2 倍。
这样才能不失真地恢复出原模拟信号。
●DAC 和ADC 的分辨率和转换精度都与转换器的位数有关，位数越多，分
辨率和精度越高。
基准电压V REF 是重要的应用参数，要理解基准电压的作用，尤其是在A/D 转换中，它的值对量化误差、分辨率都有影响。
一般应按器件手册给出的范围确定V REF 值，并且保证输入的模拟电压最大值不大于V REF 值。