模拟量和数字量转换(2)
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电子技术基础- 模拟量和数字量的转换
EOC D0--7
第10章 模拟量和数字量的转换
10.2 A/D转换器
ADC0809管脚功能 8个模拟量输入端
启动A/D转换 转换结束信号
IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START
EOC
D0
输出允许信号
OE
实时时钟 CLK
电源电压
UCC
正负参考电压 VREF(＋)
地 GND D1
1
28
IN2
第10章
模拟量和数字量的转换
10.1 D/A转换器
能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC。 能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。 1.D/A转换器的基本原理及主要技术指标
d0
输入
d1
dn-1
…
D/A
输出
u o K u (d n1 2 n1 d n2 2 n2 d 1 21 d 0 2 0 )
10.2 A/D转换器
1. A/D转换器的基本原理及主要技术指标 A/D转换器的转换过程
ui（t）
CPS S
C
uS（t）
ADC的数字 化编码电路
输入模拟电压 采样保持电路 采样展宽信号
…
Dn-1 d1
d0 数字量输出
第13章 模拟量和数字量的转换
10.2 A/D转换器
采样-保持电路
A1 _
+ +
A2 _
2.D/A转换器的构成
+VREF
IREF
R
I3 2R
S3
S2
二进制权电阻网络D/A转换器
I2 4R S1
I1 8R S0
模拟量和数字量的转换-经典
(23-7)
例：一个八位倒 T 型电阻网络数 / 模转换器，
当输入数字量为 00000001 时，输出电压值 为-0.02V， 若输入二进制数为 11010101时， 输出电压为多少？
解： ∵ 输入数字量为： 00000001 时，
输出电压值为：uo= -0.02V
（ 11010101）2 = 27+26+24+22+20 = （213）10
(23-13)
逐次逼近型 A/D转换器
其工作原理可用天平秤重作比喻。若有 四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、 2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表 步骤来秤量：
砝码重 第一次 结 论 暂时结果 8 克 12 克
8 克 砝码总重 < 待测重量Wx ，故保留 砝码总重 > 待测重量Wx ，故撤除
(23-9)
三、精度
指输出模拟电压的实际值与理想值之 差。即最大静态转换误差。 四、线性度
通常用非线性误差的大小表示。 五、电源抑制比 指输出电压的变化与相对应的电源电 压（模拟开关、运放电源）的变化之比。
(23-10)
目前，D/A转换器集成电路芯片种
类很多。按输入二进制数的位数分类有
八位、十位、十二位、十六位等，使用 者可根据任务要求进行选择。
1 0 0
1
1 0 0
0 1
0 1
0 0 0 1 0 1 1
0 0 1 1
0 0 1 1000 1： 1100 2： 1010 3： 1011 4： 1011 5：
(23-16)
0 1
0 1
0 1
1 0
1 0
转换过程 UR= -8V，UI = 5.52V
例：一个八位倒 T 型电阻网络数 / 模转换器，
当输入数字量为 00000001 时，输出电压值 为-0.02V， 若输入二进制数为 11010101时， 输出电压为多少？
解： ∵ 输入数字量为： 00000001 时，
输出电压值为：uo= -0.02V
（ 11010101）2 = 27+26+24+22+20 = （213）10
(23-13)
逐次逼近型 A/D转换器
其工作原理可用天平秤重作比喻。若有 四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、 2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表 步骤来秤量：
砝码重 第一次 结 论 暂时结果 8 克 12 克
8 克 砝码总重 < 待测重量Wx ，故保留 砝码总重 > 待测重量Wx ，故撤除
(23-9)
三、精度
指输出模拟电压的实际值与理想值之 差。即最大静态转换误差。 四、线性度
通常用非线性误差的大小表示。 五、电源抑制比 指输出电压的变化与相对应的电源电 压（模拟开关、运放电源）的变化之比。
(23-10)
目前，D/A转换器集成电路芯片种
类很多。按输入二进制数的位数分类有
八位、十位、十二位、十六位等，使用 者可根据任务要求进行选择。
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1
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(23-16)
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转换过程 UR= -8V，UI = 5.52V
电工电子技术2习题册习题答案
（教材第20章）
1、解：
①根据要求列逻辑真值表②根据真值表写逻辑式
A
B
C
D
L
×
×
1
1
1
1
1
×
1
1
③将表达式转换为双输入与非关系
④画逻辑电路图
2、解：
根据要求列逻辑真值表
A
B
C
G1
G2
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
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1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
1
根据真值表写逻辑式 化简逻辑函数
画逻辑控制图
2、解：第1个触发器下降沿触发，第2个触发器在第一个触发器的Q端下降沿触发。
3、解：两触发器均下降沿触发。
4、解：
, 。
状态表：
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
0 0 0
0 0 0
该电路是一个能自启动的模7计数器。
3、如图所示电路，电压 ，稳压管 ，在 时稳压管电流 。求所示电路中，稳压电阻 的数值与瓦数和负载 的电流。
解：
4、如图所示电路，在给出的三组条件下，分别求出晶体管两个P-N结的电压 、 之值，并说明晶体管工作在何种状态。
1、解：
①根据要求列逻辑真值表②根据真值表写逻辑式
A
B
C
D
L
×
×
1
1
1
1
1
×
1
1
③将表达式转换为双输入与非关系
④画逻辑电路图
2、解：
根据要求列逻辑真值表
A
B
C
G1
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1
根据真值表写逻辑式 化简逻辑函数
画逻辑控制图
2、解：第1个触发器下降沿触发，第2个触发器在第一个触发器的Q端下降沿触发。
3、解：两触发器均下降沿触发。
4、解：
, 。
状态表：
0 0 0
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该电路是一个能自启动的模7计数器。
3、如图所示电路，电压 ，稳压管 ，在 时稳压管电流 。求所示电路中，稳压电阻 的数值与瓦数和负载 的电流。
解：
4、如图所示电路，在给出的三组条件下，分别求出晶体管两个P-N结的电压 、 之值，并说明晶体管工作在何种状态。
模拟量与数字量的相互转换
OE ： 允许输出控制端 ，高电平有效 。
CLOCK ：时 钟信 号输入 端 ，外 接时钟 频率一 般为 5 00 kH Z 。 V c c ： + 5 V 电 源供电 。
GN D ： 地 端。
ADC0809连接电路如图所示，OE、ALE通过一电阻接+5V电源，处于高电平有 效状态。将EOC连接到START，一旦在START引脚上施加一个触发启动脉冲后，集成 电路便处于一种连续转换的工作状态 ，因为EOC端在转换结束时送出的脉冲提供了 下一个触发启动脉冲。
（3）电子模拟开关Si 由于开关Si的作用是在输入数码信号Di控制下，将电阻 网络接到放大器的输入端或地端去，它好像一个单刀双掷开关，故常称它为模拟开 关，电子模拟开关可以由场效应管或三极管构成。
模拟开关电路图
模拟开关等效电路
导通能力加强，使V4导通，将电阻网络接至运放的反相输入端。 当Di＝0时，Vl导通能力加强，使V3导通，与地端接通；此时由于V1的发射极 电压降低，相应的V2导通能力减弱，使V4截止，与运放的反相输入端断开，将电阻 网络接至地端。
2 ． 逐次逼 近 ADC 的 组成框 图
逐次逼近 ADC 由比较器、 D ／ A 转换器、数码寄存器、控制电路以及时钟 信号等几部分组成。
逐次逼近ADC组成框图
（1）转换开始先将数码寄存器清零。开始转换后，时钟信号将数码寄存 器的最高位置1，使输出数字为1000。这个数码被D／A转换器转换成相应的模 拟电压vF，送到比较器中与输入的模拟量vi比较。若vF＞vi，说明数字过大了，
DAC0832典型应用电路
第二节 模数转换
一 、 模 数 转 换原理
模 / 数转换器 ADC 的功能是把模拟信号转换为二进制数码 。
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)
数字量和模拟量的相互转换
2）逐次比较型（如TLC0831、ADC0809）
逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较 逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压 与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出 数 字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功 耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度 （>12位）时价格很高。
所以，电路的输出电压u0与输入的四位二进制代码 成正比：
K
U REF 24 R
依此类推，n位权电阻网络DAC的求和运算放大 器输入端电流、输出电压表达式分别为：
I 2UnR1ERF（2n1dn1 2n2 dn2 21 d1 20 d0）
u0 IRF U2nRERF（2n1dn1 2n2 dn2 21d1 20 d0）
A/D转换器主要方法
4）Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)调制型（如AD7705） Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤 波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换 成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字 值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做 到高分辨率。主要用于音频和测量。
AD转换器的主要技术指标
5）满刻度误差(Full Scale Error) 满度输出时对 应的输入信号与理想输入信号值之差。
6）线性度(Linearity) 实际转换器的转移函数与理 想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。
其他指标还有：绝对精度(Absolute Accuracy) ，相对精度(Relative Accuracy)，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distotortion缩写THD）和积分非线性。
逐次逼近法的工作原理
逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较 逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压 与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出 数 字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功 耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度 （>12位）时价格很高。
所以，电路的输出电压u0与输入的四位二进制代码 成正比：
K
U REF 24 R
依此类推，n位权电阻网络DAC的求和运算放大 器输入端电流、输出电压表达式分别为：
I 2UnR1ERF（2n1dn1 2n2 dn2 21 d1 20 d0）
u0 IRF U2nRERF（2n1dn1 2n2 dn2 21d1 20 d0）
A/D转换器主要方法
4）Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)调制型（如AD7705） Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤 波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换 成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字 值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做 到高分辨率。主要用于音频和测量。
AD转换器的主要技术指标
5）满刻度误差(Full Scale Error) 满度输出时对 应的输入信号与理想输入信号值之差。
6）线性度(Linearity) 实际转换器的转移函数与理 想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。
其他指标还有：绝对精度(Absolute Accuracy) ，相对精度(Relative Accuracy)，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distotortion缩写THD）和积分非线性。
逐次逼近法的工作原理
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2020-04-09
第10章 模拟量和数字量的转换
图10.4 逐次逼近比较式A/D转换原理框图
2020-04-09
第10章 模拟量和数字量的转换
10.1.3 集成ADC0809简介 ADC0809是一种采用CMOS工艺制成的8路模拟输 入的8位逐次逼近型ADC，它由单一+5V供电，片内带 有锁存功能的8路模拟开关，可对8路0～5V的输入模拟 电压分时进行转换，完成一次转换约需100s，其原理 框图如图10.5所示。
由传感器、放大电路输出的信号是连续变化的模拟 信号，它们不能直接送入数字系统进行处理，为此，需 要把模拟信号转换为数字信号，这个过程称为模、数转 换，实现模、数转换的电路称为模/数转换器，简称为A /D转换器，即ADC（Analog Digital Converrter）。有时 还需要把处理后的数字信号再转换成模拟信号。把数字 信号转换为模拟信号的过程称为数模转换，实现数模转 换的电路称为数/模转换器，简称为D/A转换器，即DAC （Digital Analog Converrter）。
2020-04-09
第10章 模拟量和数字量的转换
图10.5 ADC0809的原理框图
2020-04-09
第10章 模拟量和数字量的转换
ADC0809的符号图如10.6所示，各端子的功能如下： IN-0~IN-7——8路模拟量输入端。 ADD-C，ADD-B，ADD-A——地址线，ADD-C 为 最高位，根据其值选择一路输入信号进行A/D转换。 ALE——地址锁存允许信号输入端，高电平有效。 START——A/D转换启动信号输入端，当其为高电 平时，开始转换。 EOC——转换结束信号输出端，开始转换时为低电 平，转换结束时为高电平。
第10章 模拟量和数字量的转换
1. 采样和保持 所谓采样，就是将一个时间上连续变化的模拟量转 化为时间上离散变化的数字量。模拟信号的采样过程如
图u闭o（合10t）.2时（为间a输），出、一模（般拟b）T信远所号远示。大，它于其相 中，当u若于i（每t）≈隔0为，时输称间入为T模采理拟样想信开采号关样，。
2020-04-09
第10章 模拟量和数字量的转换
显然，其工作过程可与天平称重物类比，并得到 解释。图中的电压比较器相当于天平，被测模拟电压 输入ui相当于重物，基准电压Vref相当于电压砝码，且 电压砝码具有按8421编码递进的各种规格。根据ui＜Vr ef或ui＞Vref，比较器有不同的高低电平输出，从而输出 由大到小的基准电压砝码，与被测模拟输入电压ui比较， 并逐次减小其差值，使之逼近平衡。当ui=Vref，比较器 输出为零，相当于天平平衡，最后以数字显示的平衡 值即为被测电压值。
采样的宽度往往是很窄的，而每次把采样电压转换 为相应的数字量都需要一定的时间，所以在每次采样以 后，必须把采样电压保持一段时间以保证采样过程的实 施。通常将需要的采样结果存储起来，直到下次采样到 来所示，。这个过程称做保持。保持信号波形us(t)如图10.2（c）
2020-04-09
第10章 模拟量和数字量的转换
2020-04-09
第10章 模拟量和数字量的转换
10.1.1 A/D转换器的基本原理 A/D转换器要实现将连续变化的模拟量变为离散的 数字量，通常要经过4个步骤：采样、保持、量化和编 码，如图10.1所示。一般前两步由采样保持电路完成， 量化和编码由A/D完成。
图10.1 A/D转换原理框图
2020-04-09
第10章 模拟量和数字量的转换
第10章 模拟量和数字量的转换
内容提要 本章讨论数/模和模/数转换的基本原理以及几种 常用的典型转换电路，并就主要的应用和技术指标进 行介绍。
2020-04-09
第10章 模拟量和数字量的转换
10.1 A/D转换器 10.2 D/A转换器
2020-04-09
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第10章 模拟量和数字量的转换
图10.2 信号的采样和保持过程 （a）原始信号；（b）采样信号；（c）保持信号
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2. 量化和编码 所谓量化，就是把采样电压转化为某个最小单位 电压 的整数倍的过程。分成的等级叫做量化级， 称为量化单位。所谓编码，就是用二进制代码来表示 量化后的量化电平。显然，数字信号最低有效位（LS B）的1所代表的数量大小就等于。采样后的数值不 可能刚好是某个量化基准值，总有些偏差，这个偏差 称为量化误差。显然，量化级越细，量化误差就越小， 但所用的二进制代码的位数就越多。同时，采用不同 的量化等级进行量化时，可能产生不同的量化误差。
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例如把0～+1V的模拟电压 转换成3位二进制代码，则最简 单的方法是取=1/8V，并规定凡 数值在0～1/8V之间的模拟电压 量化时都当做0·，用二进制数0 00表示；凡数值在1/8～2/8V之 间 的 模 拟 电 压 都 当 做 1 · 对 待 ， 用二进制001表示，依次类推，7 /8～1V之间的模拟电压则当做 7·，如图10.3所示。不难看出， 这种量化方法可能带来的最大量 化误差可达，即1/8V。这样， 采样的模拟电压经过量化编码电 路后就转换成一组n位的二进制 数输出，这个二进制数就是A/D 转换的输出结果。
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10.1 A/D转换器 A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位、10 位、12位和16位等。位数越高，其分辨率就越高，和D /A转换器一样，其型号很多，在精度、速度和价格上 也千差万别。就A/D转换器的变换原理可分为两大类： 逐次逼近型和双积分型，这里介绍逐次逼近型A/D。
图10.3 量化电平及量化误差
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10.1.2 逐次逼近型A/D转换器 逐次逼近比较式A/D转换器可以用图10.4所示的原 理框图来描述。其基本工作原理叙述为：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D/A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ui＜uo，说明数字过大了，故将最 高位的1清除；若ui＞uo，说明数字还不够大，应将这 一位保留。然后，再按同样的方式将次高位置成1，并 且经过比较确定这个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。
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图10.4 逐次逼近比较式A/D转换原理框图
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10.1.3 集成ADC0809简介 ADC0809是一种采用CMOS工艺制成的8路模拟输 入的8位逐次逼近型ADC，它由单一+5V供电，片内带 有锁存功能的8路模拟开关，可对8路0～5V的输入模拟 电压分时进行转换，完成一次转换约需100s，其原理 框图如图10.5所示。
由传感器、放大电路输出的信号是连续变化的模拟 信号，它们不能直接送入数字系统进行处理，为此，需 要把模拟信号转换为数字信号，这个过程称为模、数转 换，实现模、数转换的电路称为模/数转换器，简称为A /D转换器，即ADC（Analog Digital Converrter）。有时 还需要把处理后的数字信号再转换成模拟信号。把数字 信号转换为模拟信号的过程称为数模转换，实现数模转 换的电路称为数/模转换器，简称为D/A转换器，即DAC （Digital Analog Converrter）。
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图10.5 ADC0809的原理框图
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ADC0809的符号图如10.6所示，各端子的功能如下： IN-0~IN-7——8路模拟量输入端。 ADD-C，ADD-B，ADD-A——地址线，ADD-C 为 最高位，根据其值选择一路输入信号进行A/D转换。 ALE——地址锁存允许信号输入端，高电平有效。 START——A/D转换启动信号输入端，当其为高电 平时，开始转换。 EOC——转换结束信号输出端，开始转换时为低电 平，转换结束时为高电平。
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1. 采样和保持 所谓采样，就是将一个时间上连续变化的模拟量转 化为时间上离散变化的数字量。模拟信号的采样过程如
图u闭o（合10t）.2时（为间a输），出、一模（般拟b）T信远所号远示。大，它于其相 中，当u若于i（每t）≈隔0为，时输称间入为T模采理拟样想信开采号关样，。
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显然，其工作过程可与天平称重物类比，并得到 解释。图中的电压比较器相当于天平，被测模拟电压 输入ui相当于重物，基准电压Vref相当于电压砝码，且 电压砝码具有按8421编码递进的各种规格。根据ui＜Vr ef或ui＞Vref，比较器有不同的高低电平输出，从而输出 由大到小的基准电压砝码，与被测模拟输入电压ui比较， 并逐次减小其差值，使之逼近平衡。当ui=Vref，比较器 输出为零，相当于天平平衡，最后以数字显示的平衡 值即为被测电压值。
采样的宽度往往是很窄的，而每次把采样电压转换 为相应的数字量都需要一定的时间，所以在每次采样以 后，必须把采样电压保持一段时间以保证采样过程的实 施。通常将需要的采样结果存储起来，直到下次采样到 来所示，。这个过程称做保持。保持信号波形us(t)如图10.2（c）
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10.1.1 A/D转换器的基本原理 A/D转换器要实现将连续变化的模拟量变为离散的 数字量，通常要经过4个步骤：采样、保持、量化和编 码，如图10.1所示。一般前两步由采样保持电路完成， 量化和编码由A/D完成。
图10.1 A/D转换原理框图
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内容提要 本章讨论数/模和模/数转换的基本原理以及几种 常用的典型转换电路，并就主要的应用和技术指标进 行介绍。
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图10.2 信号的采样和保持过程 （a）原始信号；（b）采样信号；（c）保持信号
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2. 量化和编码 所谓量化，就是把采样电压转化为某个最小单位 电压 的整数倍的过程。分成的等级叫做量化级， 称为量化单位。所谓编码，就是用二进制代码来表示 量化后的量化电平。显然，数字信号最低有效位（LS B）的1所代表的数量大小就等于。采样后的数值不 可能刚好是某个量化基准值，总有些偏差，这个偏差 称为量化误差。显然，量化级越细，量化误差就越小， 但所用的二进制代码的位数就越多。同时，采用不同 的量化等级进行量化时，可能产生不同的量化误差。
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例如把0～+1V的模拟电压 转换成3位二进制代码，则最简 单的方法是取=1/8V，并规定凡 数值在0～1/8V之间的模拟电压 量化时都当做0·，用二进制数0 00表示；凡数值在1/8～2/8V之 间 的 模 拟 电 压 都 当 做 1 · 对 待 ， 用二进制001表示，依次类推，7 /8～1V之间的模拟电压则当做 7·，如图10.3所示。不难看出， 这种量化方法可能带来的最大量 化误差可达，即1/8V。这样， 采样的模拟电压经过量化编码电 路后就转换成一组n位的二进制 数输出，这个二进制数就是A/D 转换的输出结果。
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10.1 A/D转换器 A/D转换器的种类很多，就位数来分，有8位、10 位、12位和16位等。位数越高，其分辨率就越高，和D /A转换器一样，其型号很多，在精度、速度和价格上 也千差万别。就A/D转换器的变换原理可分为两大类： 逐次逼近型和双积分型，这里介绍逐次逼近型A/D。
图10.3 量化电平及量化误差
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10.1.2 逐次逼近型A/D转换器 逐次逼近比较式A/D转换器可以用图10.4所示的原 理框图来描述。其基本工作原理叙述为：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D/A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ui＜uo，说明数字过大了，故将最 高位的1清除；若ui＞uo，说明数字还不够大，应将这 一位保留。然后，再按同样的方式将次高位置成1，并 且经过比较确定这个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。