数模转换与模数转换接口及其应用
数模和模数转换接口
500KHz
PC总线通过8255A与ADC0809连 接
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用8软位件延A时D法C对与8路P模C拟接信号口轮举流采例样，–并软将结件果放设于D计ATA
开始的内存单元中:::延时法不需要使用EOC
LEA DI,DATA MOV CX,08H MOV AH,00H MOV DX,2F7H AD0: MOV AL,AH OUT DX,AL CALL DELAY IN AL,DX MOV [DI],AL INC AH INC DI LOOP AD0
如：电源灵敏度为
，表示电源电压变化
/ 为电源电压Us的1%时0，.0相5%当于%引入U了s0.05%的模拟量输入值
10
•逐三次逼、近型A、D8位C0809—8bitA/D转换器
•具有转换起停控制端 •最大不可调误差±1LSB •单个＋5V电源供电 •模拟输入电压范围0～＋5V •工作温度范围为-40～＋85摄氏度 •低功耗，约15mW •输出带可控三态缓冲，可与总线直接相连 •带锁存控制的8选1多路开关 •转换速度取决于CLK输入，CLK为10k-1280K
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例2、中断方式电路连接
+5V
D0～D7 IOR 220h
A0～A9 译码
IOW IRQ2
Vcc VREF(+) D0～D7
IN0
OE CLOCK
START ADDA ADDB
EOC ADDC ALE
GND VREF(-)
模拟输入 （0～5V）
500KHz
；8主位程A序D段C与PC接口举例 –软件设计
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ADC0809逻辑结构
CLK：时钟输入端 +VREF、-VREF： 参考电压输入端 一般，+VREF与Vcc接在一 起；-VREF与GND接在一起
模数、数模转换及其应用论文
模数、数模转换及其应用摘要：随着电子技术的迅速发展以及计算机在自动检测和自动控制系统中的广泛应用，利用电子系统处理模拟信号的情况变得更加普遍。
数字电子计算机所处理的都是不连续的数字信号，而实际遇到的大都是连续的模拟量，模拟量经过传感器转换成电信号的模拟量后，需经过模/数转换变成数字信号后才可输入到数字系统中进行处理和控制。
同时，往往还要求将处理后得到的数字信号再经过数/模转换成相应的模拟信号，作为最后的输出。
模数、数模转换建立在各种转换电路的基础上，并且不断改进模数、数模转换器的转换精度与转换速度。
模数、数模转换技术在工业中有着重要的应用。
关键字：电子系统模数转换器数模转换器转换技术的应用Digital to analog、digital to analog conversion and its application Abstract: With the rapid development of electronic technology and computer in the automatic detection and automatic control system in the broad application, the use of electronic system for processing analog signal conditions become more common. Digital electronic computer processing are not continuous digital signal, but actually encountered mostly continuous analog, analog quantity sensor is converted into electrical signals by analog, after A / D conversion into digital signal can be input to a digital system for processing and control. At the same time, also often seek treatment received digital signals through D / A conversion into a corresponding analog signal, as the final output. ADC, DAC based on conversion circuit based on continuous improvement, and module, digital to analog converter conversion precision and conversion rate. ADC，DAC technology in industry has important applications.Key words: electronic system；analog to digital converter；digital to analog converter；conversion technology application１引言作为把模拟电量转换成数字量或数字量转换成模拟电量输出的接口电路，转换器是现实世界中模拟信号通向数字信号的桥梁，是电子技术发展的关键和瓶颈所在。
模数(A／D)和数模(D／A)转换
模数(A／D)和数模(D／A)转换模数（A/D）和数模（D/A）转换11.1模数转换和数模转换概述11.1.1一个典型的计算机自动控制系统一个包含A/D和D/A转换器的计算机闭环自动控制系统如图11.1所示。
传感器μV，mV控制传感器放大滤波几伏放大滤波多路开关MU某采样保持S/H模拟A/D数字I/O转换接口计算机对象执行部件多路开关MU 某模拟D/A数字I/O转换接口图11.1典型的计算机自动控制系统在图11.1中，A/D转换器和D/A转换器是模拟量输入和模拟量输出通路中的核心部件。
在实际控制系统中，各种非电物理量需要由各种传感器把它们转换成模拟电流或电压信号后，才能加到A/D转换器转换成数字量。
一般来说，传感器的输出信号只有微伏或毫伏级，需要采用高输入阻抗的运算放大器将这些微弱的信号放大到一定的幅度，有时候还要进行信号滤波，去掉各种干扰和噪声，保留所需要的有用信号。
送入A/D转换器的信号大小与A/D转换器的输入范围不一致时，还需进行信号预处理。
在计算机控制系统中，若测量的模拟信号有几路或几十路，考虑到控制系统的成本，可采用多路开关对被测信号进行切换，使各种信号共用一个A/D转换器。
多路切换的方法有两种：一种是外加多路模拟开关，如多路输入一路输出的多路开关有：AD7501，AD7503，CD4097，CD4052等。
另一种是选用内部带多路转换开关的A/D转换器，如ADC0809等。
若模拟信号变化较快，为了保证模数转换的正确性，还需要使用采样保持器。
在输出通道，对那些需要用模拟信号驱动的执行机构，由计算机将经过运算决策后确定的控制量（数字量）送D/A转换器，转换成模拟量以驱动执行机构动作，完成控制过程。
第11章模数（A/D）和数模（D/A）转换28711.1.2模/数转换器（ADC）的主要性能参数1.分辨率它表明A/D对模拟信号的分辨能力，由它确定能被A/D辨别的最小模拟量变化。
一般来说，A/D转换器的位数越多，其分辨率则越高。
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。
数模和模数转换器的应用
的内容在DAC 寄存器中锁存。
• (3) 进入DAC 寄存器的数据送入D/ A 转换器转换成模拟信号, 且随时 可读取。DAC0832 在不同信号组合的控制下可实现三种工作方式: 双缓冲器型、单缓冲器型和直通型, 如图8-6 所示。
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8. 2 数/ 模转换器(DAC)
• ①双缓冲器方式, 如图8-6 (a) 所示: 首先, 给
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8. 3 模/ 数转换器(ADC)
• 1. 取样和保持 • 取样(又称抽样或采样) 是将时间上连续变化的模拟信号转换为时间上
离散的模拟信号, 即转换为一系列等间隔的脉冲。其过程如图8-7 信 号, UO 为取样后输出信号。 • 取样电路实质上是一个受控开关。在取样脉冲CP 有效期τ 内, 取样开 关接通, 使UO =UI; 在其他时间(Ts -τ) 内, 输出UO =0。因此, 每经过一 个取样周期, 在输出端便得到输入信号的一个取样值。 • 为了不失真地用取样后的输出信号UO 来表示输入模拟信号UI, 取样频 率f s 必须满足fs≥2fmax (此式为取样定理)。其中, fmax 为输入信号UI 的 上限频率(即最高次谐波分量的频率)。
• 倒T 型电阻网络DAC 的组成框图如图8-2 所示, 数据锁存器用来暂时 存放输入的数字量, 这些数字量控制模拟电子开关, 将参考电压源UREF 按位切换到电阻译码网络中变成加权电流, 然后经运放求和输出相应 的模拟电压, 完成D/ A 转换过程。
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8. 2 数/ 模转换器(DAC)
输入寄存器直接存入DAC 寄存器中并进行转换。这种工作方式称为
单缓冲方式, 即通过控制一个寄存器的锁存, 达到使两个寄存器同时选
通及锁存。
数模和模数转换
自动控制系统
通过模数转换，实现模拟信号与数字信号之 间的转换，构建自动控制系统。
05
数模和模数转换的挑战与未 来发展
精度和分辨率的提高
总结词
随着技术的发展，对数模和模数转换 的精度和分辨率的要求越来越高。
详细描述
为了满足高精度和分辨率的需求，需 要采用先进的工艺、算法和校准技术， 以提高转换器的性能。这涉及到对噪 声抑制、非线性校正等方面的深入研 究和技术创新。
重要性
实现数字信号和模拟信号之间的相互转换，使得数字系统和模拟系统能够进行有效 的信息交互。
在信号处理中，数模和模数转换是实现信号滤波、放大、调制解调等操作的基础。
在通信中，数模和模数转换是实现信号传输、编解码、调制解调等操作的关键环节。
历史背景
早期的数模和模数转换器主要依 赖于机械和电子元件，精度和稳
于长距离传输和低功耗应用。
Σ-Δ DAC
03
Σ-Δ DAC采用过采样和噪声整形技术，具有高分辨率和低噪声
的特点，适用于音频和其他高精度应用。
DAC的应用
音频处理
DAC可将数字音频信号转换为模拟音频信号，用 于音频播放和处理。
仪器仪表
DAC可用于将数字信号转换为模拟信号，实现各 种物理量的测量和输出。
测量仪器
ADC在测量仪器中应用广泛，如电压表、电 流表、温度计等。
控制系统
ADC在控制系统中用于实时监测和调节系统 参数，如工业控制、汽车电子等。
音频处理
ADC在音频处理中用于将模拟音频信号转换 为数字信号，便于存储、传输和处理。
04
数模和模数转换的应用场景
音频处理
什么是数模转换和模数转换
什么是数模转换和模数转换1. 引言在现代科技和通信领域中，数模转换（Digital-to-Analog Conversion）和模数转换（Analog-to-Digital Conversion）是非常重要的概念。
它们在各种应用中起着至关重要的作用，如音频处理、图像处理、数据转换等。
本文将介绍数模转换和模数转换的定义、原理和应用。
2. 数模转换数模转换是将数字信号转换为模拟信号的过程。
数字信号是以离散的二进制形式表示的信号，而模拟信号是连续变化的信号。
通过数模转换，我们可以将数字信号转换为模拟信号，以便于在模拟领域进行进一步的处理和分析。
数模转换的原理是通过采样和保持、量化和编码三个步骤实现的。
首先，采样和保持将连续的模拟信号转换为离散的采样信号。
然后，量化将采样信号的幅度离散化为一系列的取值。
最后，编码将离散化后的采样信号转换为二进制代码，以便进行数字信号处理。
数模转换广泛应用于音频和视频领域。
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信号，使得我们可以聆听到高质量的音乐。
同时，在数字电视中，数模转换器将数字视频信号转换为模拟视频信号，使得我们可以观看高清晰度的电视节目。
3. 模数转换模数转换是将模拟信号转换为数字信号的过程。
模拟信号是连续变化的信号，而数字信号是以离散的二进制形式表示的信号。
通过模数转换，我们可以将模拟信号转换为数字信号，以便于在数字领域进行处理和存储。
模数转换的原理是通过采样和量化两个步骤实现的。
首先，采样将连续的模拟信号转换为离散的采样信号。
然后，量化将采样信号的幅度离散化为一系列的取值。
最终，将离散化后的采样信号转换为二进制代码，以表示数字信号。
模数转换在通信领域和数据存储领域得到广泛应用。
例如，在手机通信中，模数转换器将人的声音转换为数字信号，以便于在网络中传输。
同样地，在数字存储设备中，模数转换器将模拟数据（如声音、图像等）转换为数字数据，以便于存储和处理。
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uO Ku Di 2i Ku 5mV i 0
因此，当输入数字量为00001001时：
（2）湿度传感器 能感受气体中水蒸气的含量，把湿度的变化转换成电量
变化的传感器。
湿敏电阻是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中 的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变 化，利用这一特性即可测量湿度。
湿敏电容一般是用高分子（聚苯乙烯、聚酰亚胺）薄膜电容制 成，当环境湿度改变时，湿敏电容的介电常数变化，使其电容 量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比，利用这一特 性即可测量湿度。
• 安装在现场的传感器及其传输线路容易受到干扰信号的 影响，需要加接滤波电路，滤去干扰信号。
3、多路开关（Multiplexer）
• 需要监测或控制的模拟量往往多于一个。可以使用多路 模拟开关，轮流接通其中的一路，使多个模拟信号共用 一个ADC进行A/D转换。
4、A/D转换器（Analog Digit Converter, ADC）
小型压阻式压力传感器
低压进气口
高压进气口
（5）光纤传感器
利用光导纤维的传光特性，把被测量转换为光特性（强度、 相位、频率、波长）改变的传感器。
（6）光电码盘式传感器
码盘式角度-数字传感器 码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角 度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。
码盘由光学玻璃制成，其上刻有许多同心码道，码道的条 数就是数码的位数，每位码道上都有按一定规律排列的透 光和不透光部分，即亮区和暗区。
• 转换开始之前，采样/保持电路采集输入信号（采样）； • 转换进行过程中，它向A/D转换器保持固定的输出（保持）。
6、 D/A转换器（Digit Analog Converter, DAC）
• D/A转换器将成数字量转换成模拟量输出。
3、常用传感器
1）传感器的定义
传感器（Sensor/Transducer）是借助检测元件接收一种 形式的信息，并按一定的规律将所获取的信息转换成另 一种信息的装置。
压电式传感器是利用某些物质的压电效应将被测量转 换为电量的一种传感器。
某些物质如石英，当受到外力时，不仅几何尺寸发生变 化，而且内部极化，表面上有电荷出现，形成电场；当 外力消失时，材料又重新回复到原来状态，这种现象称 为压电效应。
半导体单晶硅、锗等材料，受到作用力时，它的电阻率（电 阻）会发生变化，这种效应称为压阻式效应，可做成压阻式 传感器。
温度
非电量
控 流量
制 对
传感
信号
器
处理
模拟电量
传感 器
信号 处理
象 模拟量 放大 驱动
D/A 转换
采
多
路
样
开
保
持
关器锁ຫໍສະໝຸດ 存器A/D 转 数字量
换器
微
机
控制
系
统 I/O 数字量 接口
1、传感器（变送器）
• 把外部的物理量（例如：声音、温度、压力、流量 等）转换成电流或电压信号。
2、信号处理
• 传感器输出的信号比较微弱，需要经过放大，获得ADC 所要求的输入电平范围。
d0
输入 d1
…
dn－1
uo 或 io
D/A
输出
uo Ku (dn1 2n1 dn2 2n2 d1 21 d0 20 )
例1、一个8位D/A转换电路，输入为00000001时， 输出电压为5mV，则输入数字量为00001001时， 输出电压有多大？
解：当输入为00000001时：
第十章 D/A转换与A/D转换 接口及其应用
概述 D/A转换器及其接口技术 A/D转换器及其接口技术
一、概述
1、模拟量与数字量
模拟量——连续变化的物理量。
例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量等。 数字量——时间和数值上都离散的量。
例如：二进制数00101110
2、模拟量输入输出通道
目前，经传感器转换后的信号大多为电信号。因而 从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电 信号的装置。
物理量
传感器
电量
2）传感器的构成
传感器一般由敏感元件、转换元件和辅助元件组成。
被测信息 敏感元件
转换元件
信号调理电路 输出信息
辅助电源
敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系 的某一物理量的元件。
• 将模拟量转换成数字量，送计算机处理，它是输入通 道的核心环节。
• AD转换器输入模拟信号通常有以下几种电压范围： 单极性0~5V、0~10V、0~20V; 双极性±2.5V、±5V、±10V等。
5、采样/保持器（Sample Holder）
• A/D转换期间，保持输入信号不变的电路称为采样/保持电路。
由光源1发出的光线，经透镜2变成一束平行光照射在码盘3上，通过透 光部分的光线经狭缝4照射到光电元件5上，光电元件的排列与码道一一 对应，对应于亮区和暗区的光电元件输出的信号，前者为“1”，后者为 “0”。 当码盘旋转至不同位置时，光电元件输出信号的组合，反映出按 一定规律编码的数字量，代表了码盘轴的角位移大小。
转换元件：是指传感器中能将敏感元件的输出量转换为 适于传输和测量的电信号部分。
辅助元件：信号调节和转换的元件。
3）传感器的分类
（1）温度传感器
热电偶，利用金属的温差产生电动势； 热电阻，利用导体的电阻值随温度变化进行测温； 热敏电阻，利用半导体的电阻值随温度变化测温； 两种不同类型的金属导体两端，分别接在一起构成闭合回 路，当两个结点温度不等有温差时，回路里会产生热电势， 形成电流，这种现象称为热电效应。
二、 D/A转换器及其接口技术
2.1 D/A转换器
2.1.1 D/A转换器的基本原理 2.1.2 R-2R 倒T型电阻网络D/A转换器 2.1.3 D/A转换器的主要技术参数
2.1.1 D/A转换器的基本原理
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。
毛发湿度计
干湿球湿度计
（3）气敏传感器
气敏传感器是把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化 量，再转换为电流、电压信号，来检测特定气体的传感器。
主要包括：半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化 学气敏传感器等。
主要应用：一氧化碳气体检测、瓦斯气体检测、煤气检测、氟 利昂检测、酒精检测等。
（4）压电式和压阻式传感器