模拟量和数字量的相互转换
模拟量与数字量转换,电子技术[1]
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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]
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
输入模拟量与输出数字量的计算公式
输入模拟量与输出数字量的计算公式在我们的电子世界里，输入模拟量与输出数字量之间有着神秘而有趣的关系，这背后藏着一套计算公式。
咱们先来说说啥是输入模拟量。
比如说，温度、压力、声音的强度，这些连续变化的量就是模拟量。
就拿温度来说吧，它可不是一下子从 0 跳到 10 度，而是能在 0 到 10 度之间平滑地变化。
而输出数字量呢，就像是我们在计算机里看到的 0 和 1 组成的数字。
比如说，温度传感器把连续变化的温度转变成计算机能处理的数字信号，这就是从模拟量变成了数字量。
那它们之间的计算公式到底是啥呢？一般来说，常用的公式是：数字量 = （模拟量 - 模拟量下限）×（数字量最大值 - 数字量最小值）÷（模拟量上限 - 模拟量下限） + 数字量最小值咱来举个例子哈。
假设我们有一个温度传感器，它能测量的温度范围是 0 到 100 度（这就是模拟量的范围），而对应的数字量范围是 0到 1023 。
现在测到的温度是 50 度，那按照公式算一下：数字量 = （50 - 0）×（1023 - 0）÷（100 - 0） + 0算出来大概是 511.5 ，因为数字量得是整数，所以就约等于 512 。
还记得我之前参加过一个电子小制作的活动。
我们要做一个能显示环境湿度的小装置。
在这个过程中，就得搞清楚湿度这个模拟量怎么变成能在屏幕上显示的数字量。
当时可把我难坏了，对着那一堆公式和数据，脑袋都大了几圈。
我就不停地测试，调整参数，反复计算。
有好几次都算错了，显示出来的湿度数值完全不对，要么超高，要么超低，就像个调皮的孩子在跟我开玩笑。
但我没放弃，继续琢磨，终于算出了正确的结果。
当看到那个小装置准确地显示出环境湿度的时候，心里那叫一个美呀！这就像是解开了一道神秘的谜题，找到了通往数字世界和现实世界的桥梁。
其实啊，输入模拟量与输出数字量的计算公式在很多地方都有用。
比如在工业自动化控制中，要精确控制机器的运行，就得靠这个公式把各种模拟量转化成数字量，让计算机能明白该怎么做。
模拟量和数字量的转换-经典
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
第十章 模拟量和数字量的转换.ppt
顺 序 d3 d2 d1 d0 1 1 000 2 1 100 3 101 0 4 101 1
UA(V) 比较判断 “1”留否
4
UA < Ui 留
6
UA > Ui 去
5
UA < Ui 留
5. 5 UA Ui 留
返回
逐次逼近转换过程
UA / V
5.52
6 5
4 3
2
1
0
清 10 1 1
零
t
返回
三、ADC的主要技术指标
AD574A AD7541A
12位A/D转换器 12位乘法型A/D转换器
AD375
12位高速A/D转换器
ADC71 16位高分辨率A/D转换器
返回
1. 分辨率 以输出二进制数的位数表示分辨率。 位数越多，误差越小，转换精度越高。
2. 相对精度 实际转换值和理想特性之间的最大误差。
3. 转换速度 完成一次转换所需要的时间，即从接到
转换控制信号起，到输出端得到稳定的数 字量输出所需要的时间。
返回
常用A／D转换器
ADC0809 8位逐次比较型A /D转换器
10位COMS D/A转换器 12位乘法型D/A转换器
DAC63 12位超高速D/A转换器
DAC729 18位超高分辨率D/A转换器
返回
第二节 模拟－数字转换器
并联比较型ADC 逐次逼近型ADC ADC的主要技术指标
返回
模拟－数字转换的过程包括取样、保持、 量化、编码四个步骤。
一般取样、保持用一个取样保持电路完 成，量化与编码用ADC完成。
输出数字量d
输入电压Ui
基准UR
逐次逼近 寄存器
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 。
10模拟量和数字量的转换.
2018-10-06
第10章 模拟量和数字量的转换
图10.6 ADC0809符号图
20பைடு நூலகம்8-10-06
第10章 模拟量和数字量的转换
10.1.4 A/D转换器的主要技术指标 1. 分辨率与量化误差 A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示， 位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟 电压的变化范围为0～5V，输出8位二进制数可以分辨的 最小模拟电压为 5V×2-8＝20mV；而输出 12位二进制数 可以分辨的最小模拟电压为5V×2-12≈1.22mV。 量化误差则是由于 A/D 转换器分辨率有限而引起的 误差，其大小通常规定为±（1/2）LSB。该量反映了A/ D转换器所能辨认的最小输入量，因而量化误差与分辨 率是统一的，提高分辨率可减小量化误差。LSB是指最 低一位数字量变化所带来的幅度变化。
2018-10-06
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
2018-10-06
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。
2018-10-06
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。
模拟量转数字量万能公式
模拟量转数字量万能公式在咱们的科技世界里，有一个特别神奇的概念，叫做“模拟量转数字量”。
这玩意儿听起来好像挺复杂，挺高大上的，但其实啊，它就像我们学骑自行车，一开始觉得难，掌握了窍门之后就会发现，也就那么回事儿。
我记得有一次，我在一个电子实验室里，看到一群学生正在为这个问题抓耳挠腮。
他们面前摆着各种仪器，眼神里充满了困惑和迷茫。
其中有个叫小明的同学，那着急的样子，就像是热锅上的蚂蚁。
咱们先来说说啥是模拟量。
简单来讲，模拟量就像是一条连续不断的河流，它的数值可以在一定范围内任意变化，没有固定的间隔或者台阶。
比如说，温度、压力、声音的强弱，这些都是模拟量。
那数字量呢？数字量就像是一级一级的台阶，它的数值是离散的，只能是一些特定的值。
比如说，咱们电脑里存储的数字 0 和 1 ，就是典型的数字量。
那为啥要把模拟量转成数字量呢？这就好比我们要把一条流淌的河，变成一段一段的水池子，这样我们的电脑啊、电子设备啊，才能更好地处理和理解这些信息。
这时候，咱们就得提到那个传说中的“万能公式”啦！其实啊，它并不是一个真正像数学公式那样写在纸上就能套用的式子，而是一套方法和思路。
比如说，咱们要测量一个温度。
温度是模拟量，那怎么转成数字量呢？首先，咱们得确定一个测量的范围，比如说 0 到 100 度。
然后，我们把这个范围分成很多小的区间，假设分成 1000 个区间。
每个区间就代表一个数字值。
这时候，我们用一个传感器来测量温度，传感器会把温度的变化转化成电信号。
然后通过一个叫做 ADC（模数转换器）的东西，把这个电信号转换成数字信号。
这个 ADC 就像是一个神奇的魔法盒子，能把模拟的东西变成数字的。
但是这里面可有点小讲究哦。
比如说，这个 ADC 的精度，精度越高，转换出来的数字量就越准确。
就像你用一把刻度很精细的尺子去测量东西，肯定比用一把粗糙的尺子准得多。
再比如说，采样频率也很重要。
采样频率就像是你拍照的快门速度，速度越快，就能捕捉到更多的细节。
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一、数模转换器（DAC）
1.电路的组成
（1）电子转换开关（模拟电子开关） 当输入数字量第i位的数码Di=1时，第i位电子开关Si中，T2管
1 2n 1
一、数模转换器（DAC）
3.数模转换器的主要技术指标 （1）转换精度
转换误差为基准电压UR 的波动、运算放大器的 零点漂移、电子转换开关的导通压降、电阻网 络的阻值偏差等引起的误差，一般用最低位 （LSB）对应的△Uo的倍数表示。
一、数模转换器（DAC）
3.数模转换器的主要技术指标 （2）转换速度
通常用输入数字量发生变化开始，到输出电压UO达到 相应的稳定值所需时间来表示，数字量有大有小，一 般产品给出的都是输入从全0变为全1（或从全1变为 全0），差值不到最低位的一半时（±LSB/2）的所需 时间。
例题 4位T形电阻网络DAC电路的UR=5V，Rf=R, 求： 输出数字量（D3D2 D1 D0）为0001、1000、0110和 1111的输出UO=?分辨率为何？
O 16
2
因此：
D D D D 0110时，U (1.25 0.625)V 1.875V
3 210
Hale Waihona Puke OD D D D 1111时， 3 210
UO (2.5 1.875 0.3125)V 4.6875V
分辨率为
1 2n 1
1 24 1
1 15
0.0667
或
U O(min)
U O(LSB)
5 24
V
0.3125V
U O(max)
U O(1111)
(24 1) 5V 4.6875V 24
U O (min)
1
0.3125 0.0667
UO(max) 24 1 4.6875
二、模数转换器（ADC）
模数转换就是将模拟量转换成对应的数字量。
模数转换器电路也有多种，在此以应用最广泛的逐次逼近型 A/D转换器为例，介绍这种转换器的基本工作原理，如下图 所示。
因栅极输入Di（高电位）而导通，T1管因栅极输入 D（i 低电位）
而截止，电阻网络第i位2R电阻支路经Si 接运算放大器的反向 输入端。
一、数模转换器（DAC）
1.电路的组成 （1）电子转换开关（模拟电子开关）
当Di=0（低电位）时，Di 1 （高电位），T2管截止，T1管导 通，第i位2R电阻支路经Si 接地。
UO
Rf II
U R
R
f
16R
(D3
23
D2
22
D1 21
D0
20 )
上式表明
D/A转换器的输出电压（模拟量）与输入二进制数 字量D3D2D1D0成正比，具有D/A转换功能。
一、数模转换器（DAC）
3.数模转换器的主要技术指标
（1）转换精度 通常用分辨率和转换误差来描述。 分辨率体现于输入二进制数字量的位数，位数愈多， 分辨率愈高，通常用能分辨的最小（对应00…001） 输出电压与最大（对应11…111）输出电压之比表示， n位D/A转换器的分辨率可写作
第十四章 大规模集成电路
14-1 模拟量和数字量的相互转换
将模拟信号转换为数字信号用模数（A/D）转换器； 将数字信号转换为模拟信号用数模（D/A）转换器
一、数模转换器（DAC）
数模转换就是将数字量每1位二进制数码分别按所在位的“权” 转换成相应的模拟量，再相加求和从而得到与原数字量成正比的 模拟量。
一、数模转换器（DAC）
1.电路的组成 （1）电子转换开关（模拟电子开关）
由于此时运放是反相输入方式，反相输入端电位V－≈0，因此 不论是上述哪一种情况，电阻2R下端电位均为0，其中电流不 受影响，整个电阻网络的结构不受影响。
一、数模转换器（DAC）
1.电路的组成
（2）T形电阻网络
下图中，从右看过来，对于每个T形电阻的结点，右侧支路的 等效电阻均为2R，和结点下面的2R支路的电阻相等，因此它 们的电流各为左侧支路流入电流的1/2。
1.电路的组成
（2）T形电阻网络
流入各2R电阻支路的电流分别为：
I I 1 UR 23( UR )
3 2 2R
24 R
I2
I3 2
1 UR 4R
22( UR ) 24 R
I1
I2 2
1UR 8R
21( U R ) 24 R
I0
I1 2
1 UR 16 R
20( UR ) 24 R
一、数模转换器（DAC）
1.电路的组成
（3）运算放大器
按电流﹣电压转换器连接，因此输出电压为
UO Rf II
r 0 输入电阻
（对电阻网络无影响）
i
一、数模转换器（DAC） 2.输出（UO）和输入（D3D2D1D0）的关系
运放的输入电流II和输出电压为UO为
II D3 I3 D2 I2 D1 I1 D0 I0
二、模数转换器（ADC）
这种A/D转换器的重要组成部分是n位D/A转换器， 采用逐位试探和反馈比较的方法进行A/D转换。
二、模数转换器（ADC）
转换前先将同D/A转换器输入端相连的寄存器清0， 转换开始后，按照时钟脉冲的节拍，首先将寄存器 最高位置1，使Dn-1＝1（其余为0）。
解 最低位（LSB）D0=1时，
UO
U R Rf 16R
1
511V 16 1
0.3125 V
只有D1=1时， UO
5 21V 16
5 1V 8
0.625V
只有D2=1时，U O
5 16
22
V
5
1 4
V
1.25V
最高电位（MSB）D3=1时，
U 5 23 V 5 1 V 2.5V
一、数模转换器（DAC）
1.电路的组成
（2）T形电阻网络
因此从左往右，各2R支路的电阻支路的电流按1/2分流系数递减。
一、数模转换器（DAC）
1.电路的组成
（2）T形电阻网络
根据上述关系，可求出流 入电阻网络的总电流：
I U REF U REF 2R // 2R R
一、数模转换器（DAC）
数模转换器有多种形式，在此以下图所示T形电阻网络4位D/A 转换器为例介绍。
一、数模转换器（DAC）
1.电路的组成
从图中可看出，D/A转换器电路主要由三部分组成： 由基准电压源UR供电的电阻网络、由输入数字量控制的电子 转换开关和连接成电流﹣电压转换器的运算放大器。
一、数模转换器（DAC）
1.电路的组成