第24章模拟量和数字量的转换
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模拟量和数字量的转换—D_A转换器(电子技术课件)
1
2 LSB
FSR
1
2
≤ 0.05%，即 ×
1
2 −1
≤ 0.05% ⇒
1
由于10位D/A转换器分辨率为 10
2 −1
的D/A转换器。
=
1
2 −1
1
1023
≤ 0.1%。
= 0.097%，故应取十位或十位以上
总结
DAC主要技术指标： VLSB 、 VFSR 、分辨率、转换速度、
转换精度
倒T形电阻网络D/A转换器
位数比较多时问题更突出。难以在极为宽广的阻值范围内保证每个电阻
都有很高的精度，对制作集成电路不利且影响转换器精度。
总结
权电阻网络DAC：结构比较简单，所用电阻元件数很少。
但各个电阻阻值相差较大，尤其在输入信号位数比较多时
问题更突出，影响转换器精度。
开关树型DAC
分压器型
双积分型ADC
间接ADC
权电容网络DAC
V-F变换型ADC
总结
1. DAC：数模转换器
ADC：模数转换器
2. DAC的分类、ADC的分类
D/A转换器的应用
以AD7520为例，介绍D/A转换器的应用。
AD7520是一种10位CMOS型的D/A转换集成
芯片，与微处理器完全兼容。该芯片以接口
1
对于n位D/A转换器，分辨率也可表示为：分辨率= 。如10位D/A转换器
2 −1
1
的分辨率为 10
2 −1
=
1
1023
≈ 0.001。DAC输入位数n越多，电路的分辨率越高。
分辨率体现D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。
4. 转换速度：指从输入数字量到转换成稳定的模拟输出电压所需要的时间。
2 LSB
FSR
1
2
≤ 0.05%，即 ×
1
2 −1
≤ 0.05% ⇒
1
由于10位D/A转换器分辨率为 10
2 −1
的D/A转换器。
=
1
2 −1
1
1023
≤ 0.1%。
= 0.097%，故应取十位或十位以上
总结
DAC主要技术指标： VLSB 、 VFSR 、分辨率、转换速度、
转换精度
倒T形电阻网络D/A转换器
位数比较多时问题更突出。难以在极为宽广的阻值范围内保证每个电阻
都有很高的精度，对制作集成电路不利且影响转换器精度。
总结
权电阻网络DAC：结构比较简单，所用电阻元件数很少。
但各个电阻阻值相差较大，尤其在输入信号位数比较多时
问题更突出，影响转换器精度。
开关树型DAC
分压器型
双积分型ADC
间接ADC
权电容网络DAC
V-F变换型ADC
总结
1. DAC：数模转换器
ADC：模数转换器
2. DAC的分类、ADC的分类
D/A转换器的应用
以AD7520为例，介绍D/A转换器的应用。
AD7520是一种10位CMOS型的D/A转换集成
芯片，与微处理器完全兼容。该芯片以接口
1
对于n位D/A转换器，分辨率也可表示为：分辨率= 。如10位D/A转换器
2 −1
1
的分辨率为 10
2 −1
=
1
1023
≈ 0.001。DAC输入位数n越多，电路的分辨率越高。
分辨率体现D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。
4. 转换速度：指从输入数字量到转换成稳定的模拟输出电压所需要的时间。
模拟量与数字量转换-电子技术_图文
增益误差
非线性误差
二、 D/A转换器的构成
不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还 是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不 变的。
设RF=R/2
对于权电阻DAC而言，n位二进制数转换 为模拟量：
输出模拟电压的大小直接与输入 二进制 数的大小成正比，实现了数字量 到模拟量的 转换 。
集成ADC0809： 8位、前置8选1模拟开关、 后置三态输出数据锁存器，
另有相应的控制端，便于程序控制，易于直接微机 。
思考题 1、DAC和ADC有什么用途? 2、 R-2R T形电阻网络有什么特点？ 为什么通常采用R-2R T 形电阻网络DAC而不用权电阻DAC? 3、什么是DAC、 ADC的分辨率和转换精度？ 4、比较并联比较型ADC和逐次比较型DAC的优缺点?
将输入的每一位二进制代码按其权的大小转 换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟 量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比 ，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。
基本原理
转换特性
D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字 量之间的转换关系。图示是输入为3位二进制数时的D/A转换 器的转换特性。理想的D/A转换器的转换特性，应是输出模
如果输入的是n位二进制数，则D/A转换器 的输出电压为：
第2节 A / D 转换器
A/D转换器的任务是将模拟量转换 成数字量,它是模拟信号和数字仪器 的接口。
一、 A/D转换器的基本原理
模数转换一般分为取样、保持和量化、编码两步进行。
时间上和量值上都连续
模拟信号
时间上和量值上都离散
数字信号
编码 取样
取样和保持是由取样－保持电路完成的。
vI S(t)
模拟量与数字量的转换
uo
1 01 01 01 0
S0
S1
S2
S3
2R 2R
2R
2R
2R
AR
BR
C R D IR
UR
①分别从虚线A、B、C、D处向左看的二端网络等效电阻都是R。
②不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接
到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变。
从参考电压UR处输入的电流IR为：
uo
RF I
U R RF 24 R
(d3 23 d2 22 d1 21 d0 20 )
10.1.3 集成数模转换器及其应用
NC GND
UEE Io d7 d6 d5 d4
1
16
2
15
3
14
4 DAC0808 13
5
12
6
11
7
10
8
9
(a)
COP d0
UR(-) d1
数
DAC
字
控
制
计
算
机
ADC
多 路
功率放大
执行机构
开
…
…
关
功率放大
执行机构
加热炉
…
加热炉
多
信号放大
温度传感器
路
…
…
开 关
信号放大
温度传感器
10.1.1 T型电阻网络数模转换器
Rf
R
R
R A 2R
∞ －
2R 2R
2R
2R
2R
+ +
uo
S0
S1
S2
S3
模拟量与数字量转换,电子技术[1]
![模拟量与数字量转换,电子技术[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/34f7f419168884868662d64a.png)
速度快，缺
•R
点 是所需比 •5Us /8 •R
较器数目多，•4Us /8 •R 位数越多矛 •3Us /8
盾越突出。
•R •2Us /8
•R
•Us /8
•R
PPT文档演模板
•-
•+
•+
•G
•-
•+
•+
•-
•+
•+
•F •E
•编
•D2
•-
•+
•+
•D •码
•D1
•-
•+
•+
•-
•+
•+
•C •B
•器
•01 •01
•&
•&
•&
•& •1 •B2(22) •& •1 •B1(21) •& •0 •B0(20)
•C
•Q1•01
P •01
•Q2•01
•Q3•01 •Q4•01
•顺 序 脉 冲 发 生 器
•D0 •数字输出
•-
•+
•+
•A
模拟量与数字量转换,电子技术[1]
• 三位并联比较由以下3部分组成：
• 比较器：由７个电压比较器组成，“＋”输入端 接输入电压ui，“－”输入端接一定值的比较电压uR， 若
• ui > uR ，比较器输出为1，反之输出为0。
• 分压电阻链：由８个电阻组成，将基准电压进行 分压，获得７个比较器的比较电压uR。
•
PPT文档演模板
８线－３线优先编码器：输入、输出均为高电平
模拟量与数字量转换,电子技术[1]
模电24(AD和DA转换器)全解
——输出模拟电压与输入数字量成正比。 VREF · Rf 比例系数K为 － n 2 ·R
10
例：集成D/A转换器 10位CMOS电流开关型D/A转换器 AD7533D/A转换器
D0 AD7520 D1 D2 D7 D8 D9 10K R RF IOUT1 IOUT2
– +
O
2R
2R
2R
2R
2R
N位模拟 开关
解码网络
求和电路
模 拟 量 输 出
N位数字量控制N位模拟开关的状态。 N位模拟开关状态控制解码网络是否把相应位的权 对应的模拟量→求和电路。
5
3、分类：
倒T型电阻网络型；
(1)按解码网络：
T型电阻网络型；
权电流型；
CMOS开关型
(2)按电子开关形式： • T型电阻网络
I +VREF
I 2
(2) 倒T形电阻网络中R和2R电阻比值的精度要高；
(3) 每个模拟开关的开关电压降要相等 为实现电流从高位到低位按2的整数倍递减，模拟开关 的导通电阻也相应地按2的整数倍递增。 为进一步提高D/A转换器的精度，可采用权电流型D/A转换器。
13
权电流型D/A 1. 分析：
Di =1, Si接通反相输入端 Di =0, Si接通同相输入端
各支路电流始终不变，即不需要电流建立时间。
(2)各支路电流直接流入运放的输入端，不存在传输时间差，
因而提高了转换速度，并减少了动态过程中输出电压的尖峰脉冲。
∴此种D/A转换器是目前速度最高，应用最多的一种。 问题: S开关导通压降若不完全相同，将影响转换精度。
12
关于D/A转换器精度的讨论
为提高D/A转换器的精度，对电路参数的要求： VREF Rf n 1 i O n ( Di 2 ) 2 R i0 (1) 基准电压稳定性好；
模拟量与数字量的转换
1.T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：
RU
"o"■"(d电'd212"d尸・d0R)
如果输入的是n位二进制数，且R■3R,贝上f
u■■UR(d*n・■d*nw■…■d■Ri■d■RO)
解数模转换器的输出电压uo为：°
uHIUR(d0■d*2■d*1■d*0)
o243210
式中d■Q，d■Q，d■Q，UBIEV，随着计数脉冲C的变化，输出电压332211R
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。°
第
12.1
（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
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。
பைடு நூலகம்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。
12.2.2
模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100…0。这个数码被数模转换器转换成相应的模拟电压u,送到比较器中与u.
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：
RU
"o"■"(d电'd212"d尸・d0R)
如果输入的是n位二进制数，且R■3R,贝上f
u■■UR(d*n・■d*nw■…■d■Ri■d■RO)
解数模转换器的输出电压uo为：°
uHIUR(d0■d*2■d*1■d*0)
o243210
式中d■Q，d■Q，d■Q，UBIEV，随着计数脉冲C的变化，输出电压332211R
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。°
第
12.1
（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
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。
பைடு நூலகம்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。
12.2.2
模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100…0。这个数码被数模转换器转换成相应的模拟电压u,送到比较器中与u.
数字量转换模拟量公式
数字量转换模拟量公式（原创实用版）目录1.数字量与模拟量的概念2.数字量转换为模拟量的原因3.数字量转换模拟量公式4.公式的应用实例5.注意事项正文1.数字量与模拟量的概念数字量和模拟量是电子工程和信号处理领域中的两个重要概念。
数字量通常是指离散的、以数字形式表示的信号，例如二进制数字信号。
而模拟量则是指连续的、以模拟电压或电流形式表示的信号，例如音频和视频信号。
2.数字量转换为模拟量的原因在某些应用场景中，需要将数字量转换为模拟量，以便信号能够更好地被传输或处理。
例如，在音频处理中，数字音频信号需要转换为模拟信号，以便通过扬声器播放出来。
3.数字量转换模拟量公式数字量转换为模拟量的公式通常为：模拟量 = (数字量 - 数字量最小值) / (数字量最大值 - 数字量最小值) * (模拟量最大值 - 模拟量最小值) + 模拟量最小值其中，数字量最小值为 0，数字量最大值为某个正整数 n，模拟量最大值为正无穷，模拟量最小值为负无穷。
4.公式的应用实例以音频处理为例，假设有一个数字音频信号，其数字量的范围为0-255，表示音频信号的幅度范围。
我们需要将这个数字音频信号转换为模拟音频信号，以便通过扬声器播放。
假设模拟音频信号的范围为 -10V 至 10V。
根据上述公式，可以计算出每个数字音频信号对应的模拟音频信号的幅度值。
例如，当数字音频信号为 255 时，对应的模拟音频信号的幅度值为：模拟量 = (255 - 0) / (255 - 0) * (10 - (-10)) + (-10) = 10V 类似地，当数字音频信号为 0 时，对应的模拟音频信号的幅度值为：模拟量 = (0 - 0) / (255 - 0) * (10 - (-10)) + (-10) = -10V5.注意事项在使用数字量转换模拟量公式时，需要注意以下几点：- 确保数字量的最小值和最大值与模拟量的最小值和最大值相对应。
- 公式中的除法操作需要保证数字量和模拟量的范围足够大，以避免除以零的错误。
模拟量和数字量的转换
OE
CLK: 时钟输入端 A0 、A1 、A2 ：8路模拟开关 的3位地址选通输入端。 VCC : 主电源输入端
GND：接地端
CL K VCC VREGF N(+D)
B1
1
28
2
27
3
26
4
25
5
24
6
23
ADC
7
22
8 0809 21
9
20
1019Biblioteka 111812
17
13
16
14
15
IN2 IN1 IN0 A0 A1 A2
A/D转换其实就是对采样信号进行量化和编码， 并最终输出二进制数码的过程。
模拟量和数字量的 转换
（2）逐次逼近A/D转换器
工作原理
3.2V uI
8V D/A
比
较
器
10
转换开始前，
先将逐次逼近寄
存器清零
转换控制信号
MSB 1000 LSB
逐次渐近 寄存器
MSB
LSB
并行数字输出 1000
参考 电源
时钟 信号
模拟量和数字量的 转换
一、任务目标
➢掌握D/A和A/D转换电路的 原理 ➢了解常用集成A/D和D/A 芯片的使用及性能参 数
模拟量和数字量的 转换 二、相关知识 （一）D/A转换器 （1）D/A转换器的基本原理 功能：把数字量转换成与其成一定比例关系的模拟量
要求：输出的模拟量与输入的数字量成正比。
CS ：输入寄存器选择信号 D13
WR1 ：输入寄存器写选通
D12
信号
D11
XFER ：数据传送信号 D10 (LSB)
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砝码是否保留
留 留 去 留 1 1 0 1
逐次逼近型模—数转换器原理框图
输出数字量 输入电压
顺序脉冲 发生器
逐次逼近 寄存器 DAC
UI 电压 UA 比较器
逐次逼近型ADC顺序脉冲发生器的输出波形 1 4 6 2 3 5
CP C0 C1 C2 C3 C4 1 0 0 0 0
0
1 0 0 0
0 0 1 0 0
WR2 •
Rf b
+
UO
ANDG DNDG
XFER
CS
DI CS WR1
数据存入 数据锁定
24.2
任务：称重13g
模—数转换
24.2.1 逐次逼近型模—数转换
顺序
1 2 3 4
砝码重量
8g 8g+4g 8g+4g+2g 8g+4g+1g
比较判断
8g<13g 12g<13g 14g>13g 13g=13g
R C
CLK
时 钟
DGND
ADC0804时钟接线
ADC0804功能表
控制端
CS WR RD INTR
功能
对输入模拟电压 开始进行A/D转换 读出数字信号
说明
在WR上降沿后约 100µ S转换完成 RD=0时，三态门 接通外部总线 当A/D转换结束时， INTR 自动变低， 通知其它设备来取 数据
0 0
0 0 0 1 0
0 0 0 0 1
UI
UA
24.2
模—数转换
&
四位D/A转换器
-+
+
8
F3
Q
F2
Q
F1
Q
F0
Q
&
S R
S R
S R
S R
&
>
>
>
&
&
&
&
&
C
Q4 Q3
五位顺序脉冲发生器
Q2
Q1
Q0
四位逐次逼近型ADC的转换过程 UR=-8V ; UI=5. 52V
顺 序 UA/V 6 5.52
D0 D1
RF
D3 I OUT1
D2
UO
IOUT2
2R
0
2R
S0
1 0
1
S1
R
0
S2
1 0
1 S3 I3 IR UR R
I0 2R
R
I1 2R
I2 2R
R
S为电子开关，当D=0时，S合向0，当D=1时，S合向1。 因为u-= u+=0，所以S的位置不影响各支路电流的大小， 只影响IOUT1和IOUT2的大小。 IOUT1等于S合向1处的各支路 电流之和。 IOUT2等于S合向0处的各支路电流之和。
（1） LE2 寄八 存位 器输 入
•
八 转位 换 器
•
VCC UREF IOUT1 IOUT2
Rf b AGND DGND
D/A
（2）
ILE CS
WR1 WR2 XFER
•
≥1
≥1
DAC各管脚功能：
DI0 ~ DI7：八位数字信号输入端； IOUT1、IOUT2：电流输出端 RFB：反馈信号输入端 VCC：电源输入端，5 ~ 10V UREF：基准电源，–10V ~ +10V DGND：数字部分接地端
5 ADC080416 6
7 8 9 10
ADC0804管脚图
UIN（-）
AGND
15
14 13 12 11
UREF
DGND
ADC各管脚功能：
DB0 ~ DB7：八位数字信号输出端； UIN（+）、UIN（–）：模拟信号输出端 CLK、CLKR：时钟脉冲端
CLKR
VCC：电源输入端，+5 V
UREF/2：基准电源，–10V ~ +10V DGND：数字部分接地端 AGND：模拟部分接地端 WR：写入信号； RD：读出 信号 CS：片选信号，低电平有效 INTR：中断请求信号，低电平有效
第五版：24.1.3
U0
D1 0
1U 2 R
·
·
1
·
·
1
1
I1
2R 2R D1 0
I1
R D1 0
1U 2 R
1 UR 22
·
1
·
1
T型电阻电阻网络DAC原理电路
A 2R
1 I1
R
D1 0
·
R
·
R
I2
2R
D2 0
·
·
RF
I4
I
2R D3 0
－ ++
·
U0
1 UR 22·1· Nhomakorabea·
·
T型电阻电阻网络DAC原理电路
3
RF
输 入 寄 存 器
电 子 开 关
电 阻 网 络
·
_ +
+
DAC组成原理方框图
T型电阻电阻网络DAC原理电路
R 权电阻
·
I1
2R
R
电阻网络
求和运算放大器
A 2R
·
· ·
I
RF
I0
2R
I2
2R
Ik
2R
－ ++
·
2R
U0
S0
电子开关
S1
S2
SN-1
· · U
R
1
D0
· ·
· · 0
D1 D2 DN-1 并行数字输入
ILE：数据允许锁存信号，高电平有效。
CS：片选信号，低电平有效。
WR1
：写入信号 1 ，下降沿存入，上升沿锁存。 WR2 ：写入信号 2 XFER ：传送控制信号。
DAC0832单路输入原理电路及时序图
• •
VCC UREF ILE
+ 5V Rf b IOUT1 IOUT1
•
+ •
DI WR1
3. 集成ADC 芯片举例
DI3 DI2
DI1 DI0 UREF Rf b DGND
5 6
7 8 9
DAC0832
16
15
14 13 12 11
DAC0832 管脚图
DI6
DI7 IOUT2 IOUT1
10
DAC0832原理电路方框图
数 字 信 DI 号 输 入 端
LE1 &
•
寄八 存位 器输 入
2. DAC主要技术指标
(1)分辨率 最小输出电压与最大输出电压之比 最小输出电压Umin= (2)转换精度 表示实际输出的电压值与理想的输出电压 值之间的差别。 (3)建立时间 从数码输入到模拟电压稳定输出之间的响 应时间。
CS WR1 AGND
1
2 3 4
20 19 18 17
VCC ILE WR2 XFER DI4 DI5
·
2R
A 2R
·
RF
I2
2R D2 0
I3
D3 0
I
－ ++
·
U0
D1 0
·
0
·
·
·
0
I0
2R 2R D0 1
0 I0
R D0 1
UR
1U 2 R
·
0
·
0
T型电阻电阻网络DAC原理电路
R
·
1 R I1
2R
·
R
I0
R D0 1
I2
2R D2 0
·
A 2R
·
RF
I4
I
2R D3 0
－ ++
·
RF
IOUT1
－
＋
IOUT2
＋
UO
AGND：模拟部分接地端
ILE：数据允许锁存信号，高电平有效 WR1：写入信号1； WR2：写入信号2 CS：片选信号，低电平有效
XFER：传送控制信号，低电平有效
DAC0832功能表 控制端
CS ILE
WR1
功能
XFER
WR2
0
1
数据存入寄存器1
0
数据由寄存器1传送到 寄存器 2 。 随时可取输出。
中断请求
ADC0804工作时序图
CS WR 100µ S INTR RD
高阻状态
读出
例：ADC0804转 换特性的测试
CS RD
WR
VCC CLKR
5V
R
C
DB0 ADC0804 DB1 DB2
+5V
R
CLK INTR
UIN（+） UIN（-）
AGND
DB3
DB4
DB5 DB6
DB7
UREF
DGND
第24章 模拟量和数字量的转换 数—模转换
24.1
24.2
模—数转换
传感器
模 拟 信
ADC
数 字 信
计算机
模拟控制
号
DAC
号
数字控制
数—模和模—数转换的原理
24.1
数—模转换
将数字信号转换为模拟信号称数—模转换
将模拟信号转换为数字信号称模—数转换 1.DAC的工作原理
基准电压 输 入 数 字 信 号
当D3D2D1D0=1000时：
U33= 1 UR•D3 21 +D0• 20） +D0• 20）