电工电子实验系列讲座数模转换与模数转换的应用
电工电子技术第12 章数模(DA)和模数(AD)转换
第12章数/模（D/A）和模/数（A/D）转换主要内容：（1）：D/A是将数字量转换成模拟量。
（2）: A/D是将模拟量转换成数字量。
12.1概述本章主要讨论数/模和模/数转换器的原理及应用。
图12-1 Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换器在生产过程中的应用12.2数/模转换器（D/A转换器）12.2.1Ｄ／Ａ转换器的构成1.R-2RT型网络D/A转换器的基本原理它由模拟电子开关、T型电阻网络、基准电源和运算放大器等几部分组成。
12-2 4位梯形电阻网络D/AA点的总电流可表示为32103210 0123 22223210(2222)321032U U U UR R R RD D D DR R R RUR D D D DRI I I I I∑=+++=+++=+++求和运算放大器的作用是将求和后的电流Ｉ转换成模拟电压输出，其输出电压为fRfffRDDDDRURIRIUo)2222(201122333+++-=-=-=∑(12-2) 电阻网络D/C可以做到n位，且R f =R/2，此时对应的输出电压为)2222(20112211DDDDUUonnnnnR++++-=---- (12-3)输出的模拟电压正比于输入的数字信号，这样就实现了数字信号到模拟信号的转换。
（12-1）2．倒Ｔ型电阻网络D/A转换器分别从虚线A、B、C、D处向右看的二端网络等效电阻都是R，则从参考电压端输入的电流为RVI REFREF=图12-3倒T型电阻网络D/A转换器从图12-3所示电路U REF向左看，其等效电路如图12-4所示，等效电阻为R，因此总电流I=U REF/R。
图12-4 倒T 型电阻网络所有Si 都接0位的简化等效电路各支路电流自左向右依次为：R V I I RV I I R V I I RV I I REFREF REFREF REFREF REFREF 161618814412210123========则电路中电流i 的大小取决于电路中开关（数字信号）的状态，其合成电流为0011223301233103221041111()16842(2222)2REFREF i I d I d I d I d V d d d d RV d d d d R=+++=+++=⋅+⋅+⋅+⋅ 集成运算放大器的输出电压u o 为321032104(2222)2REF F o F F F V R u R i R i d d d d R=-=-=-⋅+⋅+⋅+⋅ 将上述结论推广到n 位倒Ｔ型电阻网络D/A 转换器，同学们可以自己推算一下。
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。
电工电子实验系列讲座数模转换与模数转换的应用
与输出数字量对应的理论模拟值与产生该数 字量的实际输入模拟值之间的差值
22
电差与额定最大输入模拟值（FSR）
的比值，通常用百分数表示。 （3）转换时间和转换速率
23
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
四、常用D/A转换器
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
主讲：张学军
电工电子实验教学中心
二〇〇七年五月三十一日
1
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
目录
一、概述 二、DAC 三、ADC 四、常用DAC 五、综合实验设计
2
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
一、概述
1.概念及其应用
t
14
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
uO(t)
O （c）采样保持信号
图5 模拟信号的采样保持
t
15
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
采样—保持信号uO
7 8
U
REF
uO
8U 8
REF
(7 ~ 8)
量化电平uq
7
… …
1U 8
REF
uO
2 8
U
REF
(1 ~ 2)
1
0
uO
1U 15
REF
(0 ~ 0.5) 0
2 2n1
U 1
REF
2U 15
REF
最大量化误差 max
2
17
电路中的模数转换与数模转换的原理与应用
电路中的模数转换与数模转换的原理与应用在现代电子设备中，模数转换和数模转换是一些关键的技术，广泛应用于音频、视频和通信等领域。
这些转换技术允许我们将模拟信号和数字信号之间进行转换，并在电路设计中发挥重要作用。
本文将探讨模数转换和数模转换的原理和应用。
一、模数转换（ADC）模数转换（Analog-to-Digital Conversion，简称ADC）是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。
它的原理基于量化和编码两个步骤。
首先，量化将连续的模拟信号分为不同的离散级别。
这个过程类似于将一个连续的信号映射到一组离散的数值上。
量化程度的精确度决定了数字信号的分辨率。
常见的量化方法有线性量化和非线性量化。
接下来，编码将量化后的数值转换为数字信号。
常见的编码方式包括二进制编码、格雷码和翻转码等。
其中，二进制编码是最常用的编码方式，它将每个量化级别与一个二进制码相对应。
模数转换器的应用非常广泛。
例如，在音频信号处理中，模数转换器将模拟音频信号转换为数字形式，使得我们可以进行数字信号处理，如音频编码和音频分析等。
此外，在通信系统中，模数转换器将模拟语音信号转换为数字信号，使得我们可以进行数字通信，如电话和移动通信等。
二、数模转换（DAC）数模转换（Digital-to-Analog Conversion，简称DAC）是将离散的数字信号转换为连续的模拟信号的过程。
它的原理与模数转换相反，包括解码和重构两个步骤。
首先，解码将数字信号转换为对应的离散数值。
解码过程与编码过程相反，常见的解码方式包括二进制解码和查找表解码等。
接着，重构将解码后的数值转换为模拟信号。
重构过程类似于对数字信号进行插值和滤波，以恢复出连续的模拟信号。
数模转换器在许多领域中也得到广泛应用。
例如，在音频播放器中，数模转换器将数字音频信号转换为模拟音频信号，供扬声器播放。
此外，在调制解调器中，数模转换器将数字通信信号转换为模拟信号，使其可以被传输和接收。
第十章数模转换与模数转换接口及其应用
；输出AL内容
CALL DELAY
；延时
INC AL
；AL内容加1
LOOP LOOP1
；循环256次
JMP START
；重新输出下一
；个锯齿波
DAC0832逻辑结构框图
DB
228h IWOWR
D7
UC UCREF
D0 ILE
+5V
Rfb
CS
IOUT1 －
WR1
IOUT2 +
Uo
WR2
AGND
XFER
AGAIN: OUT N1,AL
；启动ADC
CALL DELAY
；延时
IN AL,N2
；取数
MOV [BX],AL
；存入数组
INC BX
；数组指针加1
LOOP AGAIN
；循环
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
RET
PROC_ADC ENDP
2、查询法接口电路
PROC_ADC AGAIN:
PROC FAR OUT N1,AL CALL DELAY IN AL,N2 MOV [BX],AL INC BX LOOP AGAIN RET PROC_ADC
IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
EOC A D-1 D| C D-8 0 ADDA 8 ADDB 0 ADDC 9 ALE
START
PA7 |8 PA0 2 PC0 5 PC1 5 PC2 A PC3 PC4
fout=2KHz OUTA GATEA
8253通道0 CLKA
充电时间T1
放电T2
充电时间V0＝Vi * T1/τ 放电时间V0－VR* T2/ τ =0 T2=（T1/ VR ）*Vi 在实际测量中T1，VR固定
第9章 模数、数模转换及应用
4个开关从全部断开到全部闭合，运算放大器可以得到 16种不同的电流输入。这就是说，通过电阻网络，可以把 0000~1111转换成大小不同的电流，从而可以在运算放大器 的输出端得到大小不同的电压。如果由数字0000每次增1， 一直变化到1111就可以得到一个阶梯波电压，如图所示。
N 微机 数ห้องสมุดไป่ตู้量
D/A 转换器
D/A转换器的类型很多。从输入电路来说， 一般的D/A转换器都带有输入寄存器，与微机能 直接连接；有的具有两极锁存器，使工作方式更 加灵活。输入数据一般为并行数据，也有串行数 据。并行输入的数据有8位、10位、12位等。从 输出信号来说，D/A转换器的直接输出是电流量， 若片内有输出放大器，则能输出电压量，并能实 现单极性或双极性电压输出。
常用的模拟多路开关介绍
CD4051B的基本结构 CD4051B采用了CMOS工 艺，16脚DIP封装
八选一模拟多路开关
当使能端INH为0状态 时，CD4051B才能选择导 通，由选择输入端A2A1A0 三位二进制编码来控制 （CH0～CH7）八个输入通 道的通断。该芯片能实现 双向传输，即可以实现多 传一或一传多两个方向的 传送。
CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0 VREF Rfb DGND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DAC0832
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
VCC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 IOUT1 IOUT2
输 D0 入 数 据 D7
4~7
DAC0832的结构框图如下图所示，它由8位输入锁存器、 8位DAC寄存器、8位DAC转换器及转换控制电路构成。封装 为20脚双列直插式。 各引脚功能如下：
第11章数模与模数转换——讲义
第11章数模与模数转换——讲义第一篇：第11章数模与模数转换——讲义第11章数-模和模-数转换【学时分配】2学时，周二1~2节。
【教学目的与基本要求】1、熟练掌握A/D与D/A转换的电路结构和工作原理。
主要是倒梯形电阻网络、逐次逼近型、双积分A/D转换的工作特点及适用场合。
2、正确理解D/A转换器的主要参数和衡量它们的技术指标。
【教学重点与教学难点】教学重点：1、各种D/A转换器的电路结构特点和工作原理；2、掌握D/A转换器的参数计算和主要性能指标。
3、各种A/D转换器的电路结构特点和工作原理；4、掌握A/D转换器的参数计算和主要性能指标。
教学难点：权电阻型D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构与工作原理【教学内容与时间安排】一、数/模（D/A）和模/数(A/D)转换的概述（约0.4学时）1、数/模和模/数转换的定义2、ADC和DAC的两个性能指标转换速度和转换精度是衡量A/D转换器和D/A转换器性能优劣的主要标志。
3、ADC和DAC的常见类型常见的D/A转换器有权电阻网络D/A转换器，倒梯形电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换器、权电容网络D/A转换器以及开关树形D/A转换器等几种类型。
常见的A/D转换器可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器，在直接A/D转换器中，输入的模拟电压信号直接被转换成相应的数字信号，而在间接A/D转换器中，输入的模拟信号首先被转换成某种中间变量，然后再将这个中间变量转换为输出的数字信号。
二、D/A转换器（约0.8学时）1、权电阻网络D/A转换器a.电路结构：由数码锁存器、电子开关、权电阻网络及求和电路构成b.原理：c.电路输出V0与数字输入成比例关系d.电路特点：结构比较简单，所用的器件少，缺点是所用的各个电阻组织相差较大，尤其在输入信号位数较多时，问题更为突出，难以保证每个电阻具有很高的精度，不利于制作集成电路。
2、倒T形电阻网络转换器a.电路构成：电阻网络中只有R和2R两种阻值。
- 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)。
uO
U REF 2n
D
6
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
IR =
UR EF R
A RB
UR EF
IR IR IR
2 24
RC
IR
8
M RN
IR
2 n -1
IR
2 n -1
2R
2R
2R
2R
2R
IR
2n
2R
S0
S1
S2
S n-2
S n-1
RF
P
∞
uO
I∑
D n-1
D n-2
D n-3 D 1
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
主讲：张学军
电工电子实验教学中心
二〇〇七年五月三十一日
1
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
目录
一、概述 二、DAC 三、ADC 四、常用DAC 五、综合实验设计
2
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
一、概述
1.概念及其应用
9
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
(3)建立时间tset 从输入的数字量发生突变开始，直到输出电
压进入与稳态值相差±½ LSB范围以内的这段时 间。
uO
±½LSB
tset
t
10
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
三、ADC
1.模数转换的一般过程
（1）采样和保持 （2）量化与编码 量化电平（离散电平） ：都是某个最小单位（
1
0
uO
1U 8
REF
U REF 2n
1U 8
REF
(0 ~ 1)
0
最大量化误差 max 1
16
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
采样—保持信号uO
量化电平uq
13U 15
REF
uO
15U 15
REF
(6.5
~
7.5)
7
… …
1U 15
REF
uO
转换位数为N，则转换时间为(N+1)Tcp。
3.ADC的主要参数
（1）分辨率：所能分辨的输入模拟量的最小值。
a. 用输入的电压（电流）值表示
R
U REF 2n
U Im 2n
19
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
C
uI
A
F
1G
UR' EF
QA D/A
RJ
A
SK
转
RJ
B
QB
SK
换
RJ
D0
图4 倒T型R-2R电阻网络D/A转换电路
7
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
满量程电压值：
uOm
2n 2n
1U
REF
3.DAC的主要参数
（1）分辨率
输入变化1LSB时，输出端产生的电压变化。
LSB：Least Significant Bit MSB：Most Significant Bit
3U 15
REF
(0.5
~ 1.5)
1
0
uO
1U 15
REF
(0 ~ 0.5) 0
2 2n1
U 1
REF
2U 15
REF
最大量化误差 max
2
17
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
2.逐次逼Байду номын сангаас式ADC
（1）组成 电压比较器、D/A转换器、时序分配器、
t
14
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
uO(t)
O （c）采样保持信号
图5 模拟信号的采样保持
t
15
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
采样—保持信号uO
7 8
U
REF
uO
8U 8
REF
(7 ~ 8)
量化电平uq
7
… …
1U 8
REF
uO
2U 8
REF
(1 ~ 2)
求和 uA 放大器
图2 DAC方框图
n1
uA KDU REF KU REF Di 2i
i0
4
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
uA
6
4
2
1111 1101 1011 1001
0010 0100 0110
1110 1100 1010
0001 0011 0101 0111 D
a. 用输出的电压（电流）值表示
R
U REF 2n
uOm 2n 1
8
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
b. 用百分比表示
R
u UOm
U REF 2n
U REF 2n
(2n
1)
1 2n 1
c. 用位数n表示
(2)转换误差 a. 绝对误差：实际值与理想值之间的差值。 b. 相对误差：绝对误差与满量程的比值。
量化单位△）的整数倍的电平。 ①舍尾方法 ②四舍五入方法
11
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
u1(t)
O (a)模拟输入信号
t
12
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
S (t )
O ( b′)采样信号
t
13
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
S(t)
O (b)采样输出信号
JKFF、寄存器 2.工作原理
先使JKFF的最高位为1，其余低位为0，比 较，下一CP有效沿到，决定1的去留；
再使JKFF的次高位为1，其余低位为0，比 较，下一CP有效沿到，决定1的去留；
18
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
直到最低位比较完为止。此时JKFF中所存 的数码就是所求的输出数字量。
-2
-4
-6
图3 D和uA的关系图
5
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
2.倒T型R-2R电阻网络DAC
（1）构成 电阻网络、双向电子模拟开关、求和放大器、 数码寄存器、参考电源
（2）工作原理
uO
U2RnEF
Rf R
n1
Di 2i
i0
KDU REF
通常取 Rf=R，则：
传感 器
A/D
计算
机
D/A
模拟 控制
被测被控对象
图1 典型的数字控制系统框图
2.主要技术指标
（1）精度：用分辨率、转换误差表示 （2）速度：用转换时间、转换速率表示
3
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
二、 DAC
1.DAC的基本原理
参考电源 UREF
D 数码 寄存器
模拟 开关
译码 网络
C
QC
SK
器
RJ
D
QD
SK
UR EF
CP
D D
D
D
012 3 4 时序分配器
D0
D1
D2
图6 4位逐次逼 D3 近型A/D转换器
结构图
20
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
CP CP0 CP1 CP2 CP3 CP4
图7 时序分配器输出波形
21
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
b. 用百分比表示
U REF
R u U Im
2n U REF
1 2n
c. 用位数n表示
（2）转换误差 a.绝对误差 ：
与输出数字量对应的理论模拟值与产生该数 字量的实际输入模拟值之间的差值
22
电工电子实验系列讲座——数模转换与模数转换的应用
b.相对误差 ： 绝对误差与额定最大输入模拟值（FSR）