第九章数模与模数转换器
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数模转换讲解
本章的难点：
本章的难点在一些A/D转换器内部电路结构和详细工作 过程上，但这不是本章学习的重点。
1
第九章 数模和模数转换 第一节 概述
数模转换：将数字量 (Digital)转换为模拟量(Analog)。 简称D/A 转换。 模数转换：将模拟量(Analog)转换为数字量(Digital)。 简称A/D转换。 传感器 计算机 被控对象 A/D转换器
驱动电路
D/A转换器
2
主要指标：转换精度；转换速度。
分类：
权电阻网络D/A转换器 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 开关树型D/A转换器 并联比较型 A/D 转 换 器 直接转换型 反馈比较型 计数型 逐次渐进型
D/A 转 换 器
间接转换型
双积分型（V－T变换型）
转换时间
TTR (max) ts
V0 (max) SRபைடு நூலகம்
输出模拟电 压最大值 运放输出转 换速率
17
第三节 A/D转换器 一、A/D转换的基本原理 在A/D转换器中，由于输入 模拟信号在时间上是连续的， 而输出数字信号是离散的，所 以转换只能在一系列选定的瞬 间对输入模拟信号采样，然后 再把这些采样值转换成输出数 字量。
公式化简过程请 同学自己解决。
26
2.反馈比较型A/D转换器
思路：将一数字量加到D/A转换器上，再把D/A转换器输出的 模拟电压与输入模拟电压相比较。若不相等，则修改数字量，直 到两模拟电压相等，此时对应的数字量就是转换结果。
(1)计数型A/D转换器 数字量由计数 器提供。
B =
1 0
I O
I REF RB 2 2R
B
数字电子技术基础第九章模数与数模转换
vo
+
I=IREF
=
VREF R1
S3
S2
S1
S0
I
I
I
I
I
VREF
R1 VR+
Tr A2
2
T3
T2
4
8
16
16
T1
T0
Tc
VR— +
IREF
IE3
IE2
IE1
IE0
IEC
R
2R
2R
2R
2R 2R
IBB
偏置 电流
VEE
R
R
R
IE3=I/2，IE2=I/4，IE1=I/8，IE0=I/16
电流的参 考方向
i0
二． 倒T形电阻网络D/A转换器（4位）
图中S0～S3为模拟电子开关，由输入数码Di控制， 当Di=1时，Si接运算放大器反相输入端（虚地），电流Ii流入求和电路； 当Di=0时，Si将电阻2R接地。 所以，无论Si处于何种位置，与Si相连的2R电阻均接“地”（地或虚地）。
电流的参 考方向
电流的真 实方向也 如此
参考电压源VREF、运算放大器A2、R1、Tr、R与VEE组成基准电 流IREF产生电路，A2和R1、Tr的cb结组成电压并联负反馈电路 ，以稳定输出电压，即Tr的基极电压。Tr的集电结，电阻R到 VEE为反馈电路的负载，由于电路处于深度负反馈，根据虚短 的原理，其基准电流为：
I I REF
VREF R1
000 001 010 011 100 101 110 111 D
根据解码网络的不同，D/A转换器分不同类型，常见的 有： 倒T型电阻网络D/A转换 权电阻网络D/A转换 权电流型D/A转换等
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
第9章 数模转换和模数转换
。
数字电路与逻辑设计
Rf
（2）求和放大器A：为 一个接成负反馈的理想 运算放大器。即：AV＝ ∞，iI＝0，Ro＝0。由于 负反馈，存在虚短和虚 断，即V－≈V＋＝0， iI＝ 0。
I A vO
VREF
输入数字Di=1时，开关Si将电阻23-iR接到基准电压VREF上， 在23-iR上的电流为
Ii VREF VREF i D = D 2 i i 23 i R 23 R
2
i
VREF ()
注意：该电路转换精度较高，
虑的是恒流源特性问题。
RI f4 2
但电路结构较复杂，主要考 vo I Rf Rf4I (20 D0 21 D1 22 D2 23 D3 )
2 D
i 0
3
i
数字电路与逻辑设计
改进：采用具有电流负 反馈的BJT恒流源电路 的权电流D/A转换器：
数字电路与逻辑设计
第9章 数模转换和模数转换
本章要点 本章分别讲授了数模转换和模数转换的基本原理和常 见的典型电路。文中主要介绍数模转换的基本原理，数模 转换器的转换精度和转换速度，分别介绍了权电阻网络数 模转换器，倒 T型电阻网络数模转换器和权电流型数模转 换器；然后介绍了模数转换的一般原理和步骤，分别介绍 了并联比较型模数转换器，逐次逼近型和双积分型模数转 换器的工作原理。
Rf VREF 3 2Rf VREF 3 i i vO I Rf Rf I i ( D 2 ) ( D 2 ) i i 3 4 R 2 i 0 R 2 i 0 i 0
3
若取反馈电阻Rf=R/2，则输出模拟电压表达式为
VREF 3 vO I Rf 4 ( Di 2i ) 2 i 0
第九章数模和模数转换器
16 8
42
应数字量的权重成正比。
-RF + uO
若Di=0，Si接地， Ii不能加到运放输入端
若Di=1，Si将对应的恒流
源加到运放输入端
-VREF
Ii
I 16
Di 2i
i
Ii
I 16
(23
D3
22 D2
21 D1
20 D0 )
uO
i RF
IR F 24
(23 D3
22 D2
21 D1
分辨率 Vomin Vo max
1 2n 1
2、转换误差
转换误差－－指输出模拟电压的实际值与理想值之差的最大值。
（1）造成转换误差的主要原因 ：
参考电压 VREF的波动 －－比例系数误差 运算放大器的零点漂移 －－失调误差
模拟开关的导通内阻和导通电压 电阻网络中的电阻值偏差等
－－非线性误差
（2）转换误差的表示方法 ：
(接运放的同相端)
Rfb 反馈电阻引出端
AGND 模拟地
VCC 电源(5~15V)
DGND 数字地
它由一个8位输入寄存器、一个8位DAC寄存器和一个8位D/A转换器 三大部分组成，D/A转换器采用了倒T型电阻解码网络。
2.DAC0832使用说明
当ILE、CS和WR1同时有效时，输入数据DI7～DI0进入输 入 寄 存 器 ； 并 在 WR1 的 上 升 沿 实 现 数 据 锁 存 。 当 WR2 和 XFER同时有效时，输入寄存器的数据进入DAC寄存器；并 在WR2的 上升沿 实 现数据 锁 存 。八 位 D/A转换 电 路随时将 DAC寄存器的数据转换为模拟信号（IOUT1+IOUT2）输出。
数模转换和模数转换
• 常用的D/A转换器有T型(倒T型)电阻网络D/A转换器、权电阻网络D/A 转换器、权电流D/A转换器及电容型D/A转换器等等。这里只介绍一 下倒T型电阻网络D/A转换器。
• 1.倒T型电阻网络D/A转换器 • 如图9-1-2所示为一个4位倒T型电阻网络D/A转换器(按同样结构可将
它扩展到任意位)，它由数据锁存器(图中未画)、模拟电子开关 (S0~S3) , R~ 2R倒T型电阻网络、运算放大器(A)及基准电压U REF组 成。
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9. 2 模数转换电路
• 3. ADC0809应用说明 • (1)ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 • (2)初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 • (3)送要转换的那一通道的地址到A,B,C端口上。 • (4)在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 • (5)是否转换完毕，可以根据EOC信号来判断。 • (6)当EOC变为高电平时，这时给GE为高电平，转换的数据就输出给
的取样频率由取样定理确定。 • 根据采样定理，用数字方法传递和处理模拟信号，并不需要信号在整
个作用时间内的数值，只需要采样点的数值。所以，在前后两次采样 之间可把采样所得的模拟信号暂时存储起来以便将其进行量化和编码。 • 2.量化和编码 • 经过采样、保持后的模拟电压是一个个离散的电压值。对这么多离散 电压直接进行数字化(即用有限个。
• 1.集成D/A转换器DA7520 • 常用的集成D/A转换器有DA7520,DAC0832,DA00808 , DA01230,
MC1408、AD7524等，这里只对DA7520做介绍。 • DA7520的外引线排列及连接电路如图9-1-3所示. • DA7520的主要性能参数如下: • (1)分辨率:十位; • (2)线性误差 • (3)转换速度
• 1.倒T型电阻网络D/A转换器 • 如图9-1-2所示为一个4位倒T型电阻网络D/A转换器(按同样结构可将
它扩展到任意位)，它由数据锁存器(图中未画)、模拟电子开关 (S0~S3) , R~ 2R倒T型电阻网络、运算放大器(A)及基准电压U REF组 成。
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9. 2 模数转换电路
• 3. ADC0809应用说明 • (1)ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 • (2)初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 • (3)送要转换的那一通道的地址到A,B,C端口上。 • (4)在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 • (5)是否转换完毕，可以根据EOC信号来判断。 • (6)当EOC变为高电平时，这时给GE为高电平，转换的数据就输出给
的取样频率由取样定理确定。 • 根据采样定理，用数字方法传递和处理模拟信号，并不需要信号在整
个作用时间内的数值，只需要采样点的数值。所以，在前后两次采样 之间可把采样所得的模拟信号暂时存储起来以便将其进行量化和编码。 • 2.量化和编码 • 经过采样、保持后的模拟电压是一个个离散的电压值。对这么多离散 电压直接进行数字化(即用有限个。
• 1.集成D/A转换器DA7520 • 常用的集成D/A转换器有DA7520,DAC0832,DA00808 , DA01230,
MC1408、AD7524等，这里只对DA7520做介绍。 • DA7520的外引线排列及连接电路如图9-1-3所示. • DA7520的主要性能参数如下: • (1)分辨率:十位; • (2)线性误差 • (3)转换速度
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第9章数模与模数转换器一、选择题1．数／模转换器的分辨率取决于（）。
A．输入数字量的位数，位数越多分辨率越高；B．输出模拟电压U O的大小，U O越大，分辨率越高；C．参考电压U REF的大小，U REF越大，分辨率越高；D．运放中反馈电阻的大小，电阻越大，分辨率越高【答案】A【解析】分辨率以输出二进制数或十进制数的位数表示，它表明A/D转换器对输入信号的分辨能力。
n位二进制数字输出的A/D转换器应能区分输入模拟电压的2n个不同等级大小，能区分输入电压的最小差异为满量程输入的1/2n。
2．不适合对高频信号进行A/D转换的是（）。
A．并联比较型B．逐次逼近型C．双积分型D．不能确定【答案】C【解析】双积分型A/D转换器的原理是运用RC对时间进行积分，当有高频信号时，会影响RC积分器固定频率的时钟脉冲计数，影响结果。
3．一个八位D／A转换器的最小输出电压增量为0.02V，当输入代码为01001101时，输出电压为（）。
A ．1.54VB ．1.04VC ．2.00VD ．1.80V【答案】A【解析】V O ＝（01001101）2×0.02V ＝（26＋23＋22＋20）×0.02V ＝77×0.02V ＝1.54V 。
4．在双积分A/D 转换器中，输入电压在取样时间T 1内的平均值V I 与参考电压V REF应满足的条件是（ ）。
A ．|V I |≥|V REF |B ．|V I |≤|V REF |C ．|V I |＝|V REF |D ．无任何要求【答案】B【解析】双积分A/D 转换器的原理是将输入的模拟电压信号转换成与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间宽度里对固定频率的时钟脉冲计数，计数的结果就是正比于输入模拟电压的数字信号。
如果输入电压在取样时间T 1内的平均值V I ＞参考电压V REF ，当计数第一次就截止，无法测出比例，无法测出电压。
5．一个12位的逐次近式A/D 转换器，参考电压为4.096V ，其量化单位为（ ）。
第九章数模（DA）和模数（AD）转换电路
第九章 数模（D/A ）和模数（A/D ）转换电路一、 内容提要模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，或称为A/D （Analog to Digital ），把实现A/D 转换的电路称为A/D 转换器（Analog Digital Converter ADC ）；从数字信号到模拟信号的转换称为D/A （Digital to Analog ）转换，把实现D/A 转换的电路称为D/A 转换器（ Digital Analog Converter DAC ）。
ADC 和DAC 是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。
二、 重点难点本章重点内容有：1、D/A 转换器的基本工作原理（包括双极性输出），输入与输出关系的定量计算；2、A/D 转换器的主要类型（并联比较型、逐次逼近型、双积分型），他们的基本工作原理和综合性能的比较；3、D/A 、A/D 转换器的转换速度与转换精度及影响他们的主要因素。
三、本章习题类型与解题方法 DAC网络DAC 权电阻 ADC 直接ADC间接ADC权电流型DAC权电容型DAC开关树型DAC输入/输出方式 并行 串行 倒梯形电阻网络DAC这一章的习题可大致分为三种类型。
第一种类型是关于A/D 、D/A 转换的基本概念、转换电路基本工作原理和特点的题目，其中包括D/A 转换器输出电压的定量计算这样基本练习的题目。
第二种类型是D/A 转换器应用的题目，这种类型的题目数量最大。
第三种类型的题目是D/A 转换器和A/D 转换器中参考电压V REF 稳定度的计算，这种题目虽然数量不大，但是概念性比较强，而且有实用意义。
（一）D/A 转换器输出电压的定量计算【例9 -1】图9 -1是用DAC0830接成的D/A 转换电路。
DAC0830是8位二进制输入的倒T 形电阻网络D/A 转换器，若REF V =5 V ，试写出输出电压2O V 的计算公式，并计算当输人数字量为0、12n - (72)和2n -1(82-1)时的输出电压。
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可推得n位倒T形权电流D/A转换器的输出电压：
vOVRR1EF
Rf 2n
n1
Di 2i
i0
IO是求和电流的输出端。 VREF+和VREF—接基准电流 发生电路中运算放大器
的反相输入端和同相输 入端。COMP供外接补偿 电 容 之 用 。 VCC 和 VEE 为正负电源输入端。
权电流型D/A转换器DAC0808的电路结构框图
D2
D3
i¦²
A
vo
+
S0
S1
S2
S3
2R 2R
I 16
I 2R
16 R
I 8
I 2R
8 R
I 4
I
2R
4
R
I 2
I 2
+VREF I
可算出，基准电流 I=VREF/R，
则流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2、I/4、I/8、I/16。 于是得总电流：
iVR RE(D F 24 0D 23 1D 22 2D 21 3)
1. 权电阻D/A变换器
UR
R3
R2
R1
R = 80 k R0
R/8
R/4
R/2
R
RF 5 k
S3
S2
S1
S0
01 0 1
01 0 1
-
uo
A+
D3
D2
D1
D0
+
这种变换器由“电子模拟开关”、“权电阻求和网络”、“运算放大器”和 “基准电源”等部分组成。
UR
R3
R2
R1
R = 80 k R0
R/8
3． 权电流型D/A转换器
为进一步提高D/A转换器的转换精度，可采用权电流型D/A转换器。
(LSB) D0
(MSB)
Rf
D1
D2
D3 i¦²
A
vo
+
S0
S1
S2
I
I
I
16
8
4
V REF
S3
I 2
vO
iRf
Rf
(I 2
D3
I 4
D2
I 8
D1
1I6D0)
I 24
Rf
(D3
23
D2
22
D1
21
S
T1 T2 a
D 电子模拟开关的 简化原理电路
当 D = 1 时，T2 管饱和导ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，T1 管截止，则 S 与 a 点通 ；
当 D = 0 时，T1 管饱和导通，T2 管截止，则 S 被 接地 。
前者相当于开关S 接到 “ 1 ” 端 ，后者则 相 当于开关S 接到“ 0 ”端 。
UR
R3
R2
R1
分辨率: 5V/255=0.0196V /每1个最低有效位
一． D/A转换器的基本原理
对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成 正比的总模拟量，从而实现了数字/模拟转换。
D0 D1
. . .
Dn-1 输入
vo D/A转换器
输出
v o/V
6 5 4 3 2 1 0 000 001 010 011 100 101 110 111 D
VREF 3 24 R i0
(Di 2i)
输出电压：
vO iRf RRf V2R4EFi30(Di 2i)
将输入数字量扩展到n位，则有：
vOR Rf V2RnE[F n i 01(Di 2i)]
可简写为：vO=－KNB 其中：
K=
R f V REF R 2n
表明: D/A电路输出模拟电压UO与输入的 数字量D3D2D1D0成正比
R/4
R/2
R
RF 5 k
S3
S2
S1
S0
0
0
1
1
-
uo
A+
+
D3
D2
D1
D0
电子模拟开关( S0-S3)由电子器件构成，其动 作受二进制数D0-D3 控制。当 DK ＝1 时，则相应 的开关SK 接到位置1上，将基准电源UR经电阻Rk引 起的电流接到运算放大器的虚地点（如图中S0、S1）；当Dk＝0 时，开关Sk 接到位置0 ，将相应电流直 接接地而不进运放（如图中S2、S3）。
R = 80 k R0
R/8
R/4
R/2
R
RF 5 k
S3
S2
S1
S0
0
0
1
1
-
uo
A+
+
D3
D2
D1
D0
根据反相比例运算公式可得：
Uo = -
UR
RF
（ 23 D3 ＋ 22
R
D2 ＋ 21
D1 ＋ 20
D0 ）
显然，输出模拟电压的大小直接与输入 二进制数的大小成正比，从而实现了数字量 到模拟量的转 换。
2． 倒T形电阻网络D/A转换器（4位）
图中S0～S3为模拟开关，由输入数码Di控制， 当Di=1时，Si接运算放大器反相输入端（虚地），电流Ii流入求和电路； 当Di=0时，Si将电阻2R接地。
所以，无论Si处于何种位置，与Si相连的2R电阻均接“地”（地或虚地）。
(LSB)
D0
D1
(MSB)
Rf
IE3
IE2
IE1
IE0 IEC
R VEE
2R
2R
2R
2R 2R
R
R
R
I BB
偏置 电流
基准电流：
IREFVRR1EF2IE3
由倒T形电阻网络分析可知，IE3=I/2，IE2=I/4，IE1=I/8，IE0=I/16， 于是可得输出电压为
vOiRf R 2f4 V R R1E(F D 323D222D 121D 020)
传感器
(温度、压力、 流量、应力等）
放大器
A/D转换器、D/A转换器的应用
采样/保持器 A/D
计算机进行各种数字处理（如滤 波、计算）、数据保存、打印等
显示器
计算机
打印机
显示器显示字符、曲线、图形、图 象等
示波器
D/A
§9.1 D/A 转换器
D/A变换器的基本思想
由于构成数字代码的每一位都有一定的“权重”，因此为了将数字量转换成模拟 量，就必须将每一位代码按其“权重”转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟 量相加，即可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成。
第九章数模与模数转换器
§9.1 D/A转换器 §9.2 A/D转换器
第九章 数模与模数转换器
概述 数模与模数变换器是计算机与外部设备的重要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部
件。
能将数字量转换为模拟量的装置称为数/模变换器( 简称D/A转换器 ); 能将模拟量转换为数 字量的装置称为模/数变换器( 简称A/D转换器 )。
D0
20 )
I 24
Rf
3 i0
Di
2i
采用具有电流负反馈的BJT恒流源电路的权电流D/A转换器：
(MSB)
(LSB)
Rf
D3
D2
D1
D0
iΣ
A1
vo
+
I=I
REF=
VREF R1
S3
S2
S1
S0
I
I
I
I
I
2
4
8
16
16
VREF
R 1 VR+
Tr A2
T3
T2
T1
T0
Tc
VR— +
IREF
D/A转换器原理 (1) D/A功能: 将数字量成正比地转换成模拟量
4位 8位 10位
数字量 n位
12位
n=
16位
D/A
模拟量
0~5V或 0~10V
D/A 功能(续)
4位数据: 0000
0V
1111
5V
8位数据: 00000000
0V
11111111
5V
分辨率: 5V/15=0.333V /每1个最低有效位
vOVRR1EF
Rf 2n
n1
Di 2i
i0
IO是求和电流的输出端。 VREF+和VREF—接基准电流 发生电路中运算放大器
的反相输入端和同相输 入端。COMP供外接补偿 电 容 之 用 。 VCC 和 VEE 为正负电源输入端。
权电流型D/A转换器DAC0808的电路结构框图
D2
D3
i¦²
A
vo
+
S0
S1
S2
S3
2R 2R
I 16
I 2R
16 R
I 8
I 2R
8 R
I 4
I
2R
4
R
I 2
I 2
+VREF I
可算出，基准电流 I=VREF/R，
则流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2、I/4、I/8、I/16。 于是得总电流：
iVR RE(D F 24 0D 23 1D 22 2D 21 3)
1. 权电阻D/A变换器
UR
R3
R2
R1
R = 80 k R0
R/8
R/4
R/2
R
RF 5 k
S3
S2
S1
S0
01 0 1
01 0 1
-
uo
A+
D3
D2
D1
D0
+
这种变换器由“电子模拟开关”、“权电阻求和网络”、“运算放大器”和 “基准电源”等部分组成。
UR
R3
R2
R1
R = 80 k R0
R/8
3． 权电流型D/A转换器
为进一步提高D/A转换器的转换精度，可采用权电流型D/A转换器。
(LSB) D0
(MSB)
Rf
D1
D2
D3 i¦²
A
vo
+
S0
S1
S2
I
I
I
16
8
4
V REF
S3
I 2
vO
iRf
Rf
(I 2
D3
I 4
D2
I 8
D1
1I6D0)
I 24
Rf
(D3
23
D2
22
D1
21
S
T1 T2 a
D 电子模拟开关的 简化原理电路
当 D = 1 时，T2 管饱和导ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，T1 管截止，则 S 与 a 点通 ；
当 D = 0 时，T1 管饱和导通，T2 管截止，则 S 被 接地 。
前者相当于开关S 接到 “ 1 ” 端 ，后者则 相 当于开关S 接到“ 0 ”端 。
UR
R3
R2
R1
分辨率: 5V/255=0.0196V /每1个最低有效位
一． D/A转换器的基本原理
对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成 正比的总模拟量，从而实现了数字/模拟转换。
D0 D1
. . .
Dn-1 输入
vo D/A转换器
输出
v o/V
6 5 4 3 2 1 0 000 001 010 011 100 101 110 111 D
VREF 3 24 R i0
(Di 2i)
输出电压：
vO iRf RRf V2R4EFi30(Di 2i)
将输入数字量扩展到n位，则有：
vOR Rf V2RnE[F n i 01(Di 2i)]
可简写为：vO=－KNB 其中：
K=
R f V REF R 2n
表明: D/A电路输出模拟电压UO与输入的 数字量D3D2D1D0成正比
R/4
R/2
R
RF 5 k
S3
S2
S1
S0
0
0
1
1
-
uo
A+
+
D3
D2
D1
D0
电子模拟开关( S0-S3)由电子器件构成，其动 作受二进制数D0-D3 控制。当 DK ＝1 时，则相应 的开关SK 接到位置1上，将基准电源UR经电阻Rk引 起的电流接到运算放大器的虚地点（如图中S0、S1）；当Dk＝0 时，开关Sk 接到位置0 ，将相应电流直 接接地而不进运放（如图中S2、S3）。
R = 80 k R0
R/8
R/4
R/2
R
RF 5 k
S3
S2
S1
S0
0
0
1
1
-
uo
A+
+
D3
D2
D1
D0
根据反相比例运算公式可得：
Uo = -
UR
RF
（ 23 D3 ＋ 22
R
D2 ＋ 21
D1 ＋ 20
D0 ）
显然，输出模拟电压的大小直接与输入 二进制数的大小成正比，从而实现了数字量 到模拟量的转 换。
2． 倒T形电阻网络D/A转换器（4位）
图中S0～S3为模拟开关，由输入数码Di控制， 当Di=1时，Si接运算放大器反相输入端（虚地），电流Ii流入求和电路； 当Di=0时，Si将电阻2R接地。
所以，无论Si处于何种位置，与Si相连的2R电阻均接“地”（地或虚地）。
(LSB)
D0
D1
(MSB)
Rf
IE3
IE2
IE1
IE0 IEC
R VEE
2R
2R
2R
2R 2R
R
R
R
I BB
偏置 电流
基准电流：
IREFVRR1EF2IE3
由倒T形电阻网络分析可知，IE3=I/2，IE2=I/4，IE1=I/8，IE0=I/16， 于是可得输出电压为
vOiRf R 2f4 V R R1E(F D 323D222D 121D 020)
传感器
(温度、压力、 流量、应力等）
放大器
A/D转换器、D/A转换器的应用
采样/保持器 A/D
计算机进行各种数字处理（如滤 波、计算）、数据保存、打印等
显示器
计算机
打印机
显示器显示字符、曲线、图形、图 象等
示波器
D/A
§9.1 D/A 转换器
D/A变换器的基本思想
由于构成数字代码的每一位都有一定的“权重”，因此为了将数字量转换成模拟 量，就必须将每一位代码按其“权重”转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟 量相加，即可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成。
第九章数模与模数转换器
§9.1 D/A转换器 §9.2 A/D转换器
第九章 数模与模数转换器
概述 数模与模数变换器是计算机与外部设备的重要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部
件。
能将数字量转换为模拟量的装置称为数/模变换器( 简称D/A转换器 ); 能将模拟量转换为数 字量的装置称为模/数变换器( 简称A/D转换器 )。
D0
20 )
I 24
Rf
3 i0
Di
2i
采用具有电流负反馈的BJT恒流源电路的权电流D/A转换器：
(MSB)
(LSB)
Rf
D3
D2
D1
D0
iΣ
A1
vo
+
I=I
REF=
VREF R1
S3
S2
S1
S0
I
I
I
I
I
2
4
8
16
16
VREF
R 1 VR+
Tr A2
T3
T2
T1
T0
Tc
VR— +
IREF
D/A转换器原理 (1) D/A功能: 将数字量成正比地转换成模拟量
4位 8位 10位
数字量 n位
12位
n=
16位
D/A
模拟量
0~5V或 0~10V
D/A 功能(续)
4位数据: 0000
0V
1111
5V
8位数据: 00000000
0V
11111111
5V
分辨率: 5V/15=0.333V /每1个最低有效位