专用集成电路设计AD和DA转换器
AD、DA转换
5V
/每1个最低有效位 个最低有效位
(2) D/A的组成 的组成 由三部分电路组成
电阻网络 模拟电子开关 求和运算放大器
1、权电阻D/A变换器 、权电阻 变换器
这种变换器由“电子模拟开关” 这种变换器由“电子模拟开关”、“权电阻求和网 运算放大器” 基准电源”等部分组成。 络”、“运算放大器”和“基准电源”等部分组成。
模－数转换：模拟信号→数字信号： 数字信号： 数转换：模拟信号 数字信号 A/D转换器 (ADC:Analog Digital Converter) 转换器 数－模转换：数字信号→模拟信号： 模拟信号： 模转换：数字信号 模拟信号 D/A转换器 (DAC:Digital Analog Converter) 转换器
uo 控 制 逻 辑
时钟 清 0、置数 、 “1”状态是否保留 状态是否保留 控制端 清 0、置数 、 CP、(移位命令 、 移位命令 移位命令)
D / A
1 0 0 0
数码寄存器
1 0 0 0
移位寄存器
原理框图
3、双积分型ADC 、双积分型
双积分型ADC是一种电压双积分型ADC是一种电压-时间间接型模数转换器 ADC是一种电压 主要有积分器、比较器、 主要有积分器、比较器、计数器和控制电路组成 工作过程由对基准源和样值两次积分完成。 工作过程由对基准源和样值两次积分完成。
∞ C - +
B A
这种A/D 这种A/D 变 D1 换器的优点是转 换速度快， 换速度快，缺点 D0 是所需比较器数 目多， 数字输出 目多，位数越多 矛盾越突出。 矛盾越突出。
逻辑状态关系表
输入电压
uxLeabharlann 比较器输入编码器输出
A B C D E F G D2 D1 D0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0
8位和12位的AD和DA转换器ppt
&
&
DAC1210的结构框图
1) DAC1210的引脚 DI11DI0——D/A转换器的数字量输入引脚。其中DI0 为最低
位，DI11为最高位。
CS——片选信号输入端，低电平有效。
WR1——输入寄存器的写信号，低电平有效。当此信号有效
时，与CS和B1/B2配合起控制作用。 B1/B2——字节控制。此端为高电平时，12位数字同时送入输 入锁存器；此端为低电平时，将12位数字量的低4位送到4位输入 寄存器。
本节介绍的DAC0832和DAC1210)，而有的则没有。在实际中若
选用了内部不带锁存器的D/A转换芯片，就需要在CPU和D/A芯
片之间增加锁存电路。
1) 8位D/A转换器与CPU的接口 这里以8位的D/A转换芯片DAC0832来说明8位D/A转换芯片与 ISA总线的连接问题。如图所示，由于DAC0832内部有数据锁 存器，其数据输入引脚可直接与CPU的数据总线相连。图中 XFER和WR2接地，即DAC0832内部的第2级寄存器接成直通式， 只由第1级寄存器控制数据的输入，当CS和WR1同时有效时
等；按字长分有8位、10位、12位等；按输出形式分有电压型和 电流型。另外，不同生产厂家的产品，其型号各不相同。例如， 美国国家半导体公司的D/A芯片为DAC系列，如DAC0832等； 美国模拟器件公司的D/A芯片为AD系列，如AD558等。使用时
可参阅各公司提供的使用手册。
1 . DAC0832
线性误差：0.2%FSR(Full Scale Range)，即该芯片的线性 误差为满量程的0.2%。 非线性误差：0.4%FSR。 功耗：20 mW。 工作电压：单一+5+15 V电源。
参考电压：−10+10 V。
DA和AD转换电路图
第11章 MCS-51与D/A转换器、A/D转换器的接口非电物理量（温度、压力、流量、速度等），须经传感器转换成模拟电信号（电压或电流），必须转换成数字量，才能在单片机中处理。
数字量，也常常需要转换为模拟信号。
A/D转换器（ADC）：模拟量→数字量的器件，D/A转换器（DAC）：数字量→模拟量的器件。
只需合理选用商品化的大规模ADC、DAC芯片，了解引脚及功能以及与单片机的接口设计。
11.1 MCS-51与DAC的接口11.1.1 D/A转换器概述1. 概述输入：数字量，输出：模拟量。
转换过程：送到DAC的各位二进制数按其权的大小转换为相应的模拟分量，再把各模拟分量叠加，其和就是D/A转换的结果。
使用D/A转换器时，要注意区分:* D/A转换器的输出形式;* 内部是否带有锁存器。
(1) 输出形式两种输出形式:电压输出形式与电流输出形式。
电流输出的D/A转换器，如需模拟电压输出，可在其输出端加一个I-V转换电路。
（2）D/A转换器内部是否带有锁存器D/A转换需要一定时间，这段时间内输入端的数字量应稳定，为此应在数字量输入端之前设置锁存器，以提供数据锁存功能。
根据芯片内是否带有锁存器，可分为内部无锁存器的和内部有锁存器的两类。
* 内部无锁存器的D/A转换器可与P1、P2口直接相接（因P1口和P2口的输出有锁存功能）。
但与P0口相接，需增加锁存器。
* 内部带有锁存器的D/A转换器内部不但有锁存器，还包括地址译码电路，有的还有双重或多重的数据缓冲电路，可与MCS-51的P0口直接相接。
2.主要技术指标(1)分辨率输入给DAC的单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，通常定义为输出满刻度值与2 n之比。
显然，二进制位数越多，分辨率越高。
例如，若满量程为10V，根据定义则分辨率为10V/2 。
设8位D/A转换，即n=8，分辨率为10V/2 n n=39.1mV，该值占满量程的0.391%，用1LSB表示。
同理：10位D/A：1 LSB=9.77mV=0.1% 满量程12位 D/A：1 LSB=2.44mV=0.024% 满量程根据对DAC分辨率的需要,来选定DAC的位数。
《AD及DA转换》课件
《AD及DA转换》PPT课件
本PPT课件将深入介绍AD及DA转换的原理、分类、工作模式，以及采样率、 量化精度等关键概念。我们还会探讨信号处理技术、硬件实现和电路设计等 重要话题。
什么是AD和DA转换
AD（模数）转换将模拟信号转换为数字信号，DA（数模）转换将数字信号转换为模拟信号。这两种转换器 在许多电子系统中起着关键作用。
AD转换器可根据工作原理和特性进行分类，如逐次逼近型、积分型、双斜率 型和ΔΣ型等。每种类型都有其适用的应用场景和性能特点。
DA转换器的分类
DA转换器可以按照数字信号转换为模拟信号的方法进行分类，如加权电阻型、 串行型、并行型和PDM型等。不同类型的转换器适用于不同的应用需求。
AD转换器的工作模式
AD转换的原理和作用
AD转换器使用采样和量化技术将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。它 在信号处理、通信系统和传感器中都有广泛应用。
DA转换的原理和作用
DA转换器将数字信号转换为模拟信号，使其能够在模拟电路中进行进一步处 理和传输。它在音频、视频和通信等领域中扮演着核心角色。
AD转换器的分类
【实用】DA和AD转换器接口PPT文档
线性度（Linearity）
线性度是指ADC的实际转换特性曲线和理想 直线之间的最大偏移差。
转换时间（Conversion Time）
从发出启动转换开始直至获得稳定的二进代 码所需的时间称为转换时间，转换时间与转换 器工作原理及其位数有关，同种工作原理的转 换器，通常位数越多，其转换时间越长。
量程(满刻度范围——FULL Scale Range) 量程是指输入模拟电压的变化范围。例如某转换器具有10V 的单极性范围或-5～+5V的双极性范围。则它们的量程都为 10V。满刻度只是个名义值，实际的A/D，D/A转换器的最大 输出值总是比满刻度值小1/2n，n为转换器的位数。例如12 位的A/D转换器，其满刻度值为10V，而实际的最大输出值 为:
MOV DPTR , #7FFFH
MOVX @DPTR,A
;完成12位D/A转换
在10位DAC芯片与8位单片机之间接入两个锁存器，锁存器A锁存10位数据 中的低8位，锁存器B锁存高2位。单片机分两次输出数据，先输出低8位数 据到锁存器A，后输出高2位数据到锁存器B。设锁存器A和锁存器B的地址 分别为002CH和002DH，则执行下列指令后完成一次D/A转换：
双缓冲方式的接口与应用
在多路D/A转换的情况下，若要求同步转换输出，必 须采用双缓冲方式。DAC0832采用双缓冲方式时，数字量 的输入锁存和D/A转换输出是分两步进行的。
第一， CPU分时向各路D/A转换器输入要转换的数字 量并锁存在各自的输入寄存器中。
第二，CPU对所有的D/A转换器发出控制信号，使各路 输入寄存器中的数据进入DAC寄存器，实现同步转换输出。
D/A转换器的主要技术指标
AD转换、DA转换是什么意思？ADC、DAC又是什么意思？
AD转换、DA转换是什么意思？ADC、DAC又是什么意思？展开全文A/D转换、D/A转换是什么意思？ADC、DAC又是什么意思？A/D转换=模拟/数字转换，意思是模拟讯号转换为数字讯号；D/A转换=数字/模拟转换，意思是数字讯号转换为模拟讯号；ADC=模拟/数字转换器，DAC=数字/模拟转换器。
什么是超取样？超取样有何作用？超取样是CD机中采用的一种技术，用于提高放音质量。
CD片上的数据讯号被读出后，通过DSP电路的插值处理，将44.1kHz的标准取样率提升一倍到数倍，这就是超取样。
为什么要超取样呢？这涉及到D/A转换之后的噪声滤除问题。
数码讯号经过D/A转换之后，会在音频频带以外的高端产生一个镜象频带，这是一种噪声，必须用低通滤波器滤除，否则经过非线性器件后会折回到音频频带内，对放音效果产生很大的破坏。
该镜像噪声频带的位置和取样频率有关，频率越高，镜像频带就离音频频带越远。
对于标准取样频率来说，必须用衰减十分陡峭的滤波器才能滤掉靠近音频频带的镜像噪声。
但衰减陡峭的滤波器很难设计，相位失真很大，难免会影响到音频频带的高端部分，使音质下降，这就是早期的CD机数码味比较重的重要原因。
如果采用超取样，就可以把镜像噪声推到远离音频频带的位置，这时只需要衰减平缓的低通滤波器就行了，设计难度大大降低，相位特性得以改善，使放音质量获得显著的改善。
数模转换器目录简介解析转换原理D/A转换器分类数模转换器的位数DAC简介数模转换器，又称D/A转换器，简称DAC，它是把数字量转变成模拟的器件。
D/A转换器基本上由4个部分组成，即权电阻网络、运算放大器、基准电源和模拟开关。
模数转换器中一般都要用到数模转换器，模数转换器即A/D转换器，简称ADC，它是把连续的模拟信号转变为离散的数字信号的器件。
解析一种将二进制数字量形式的离散信号转换成以标准量（或参考量）为基准的模拟量的转换器，简称 DAC或D/A 转换器。
最常见的数模转换器是将并行二进制的数字量转换为直流电压或直流电流，它常用作过程控制计算机系统的输出通道，与执行器相连，实现对生产过程的自动控制。
电路中的AD转换与DA转换
电路中的AD转换与DA转换在当今信息时代，电子设备已经渗透到我们生活的方方面面。
而这些电子设备的运作离不开AD转换（模数转换）和DA转换（数模转换）这两个关键环节。
本文将介绍AD转换和DA转换的原理、应用以及相关技术发展。
一、AD转换AD转换是模拟信号转换为数字信号的过程。
在电子设备中，传感器等设备输出的信号多为模拟信号，需要通过AD转换将其转换成数字信号，才能由电子器件进行处理和存储。
AD转换器通常由采样器、量化器和编码器组成。
采样器的作用是将模拟信号在一定的时间间隔内取样，量化器将取样的模拟信号分成有限个离散值进行量化，编码器将量化后的离散值转换成二进制数字信号。
通过这一过程，AD转换器能够将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
AD转换器广泛应用于各个领域，如音频、视频、电力系统等。
在音频领域，AD转换器用于将声音等模拟信号转换为数字信号，实现录音、播放等功能。
在电力系统中，AD转换器用于电能计量、监测等方面。
二、DA转换DA转换是数字信号转换为模拟信号的过程。
数字信号由计算机或其他数字系统处理和存储，而大部分外围设备如音箱、显示器等则需要模拟信号进行驱动。
DA转换器通常由数字信号输入端和模拟输出端组成。
数字信号输入端接收来自计算机或其他数字系统的数字信号，将数字信号按照一定的波形进行放大、滤波等处理后，经过模拟输出端输出为模拟信号。
这样，数字系统生成的数字信号便可以控制外围设备的模拟输出。
DA转换器广泛应用于音频设备、显示设备等领域。
在音频设备中，DA转换器用于将计算机中存储的音频文件转换为模拟信号，通过音箱输出高质量的音乐。
在显示设备中，DA转换器则将计算机生成的数字图像信号转换为模拟信号，驱动显示器显示各种图像。
三、技术发展随着科技的不断进步，AD转换与DA转换技术也得到了快速的发展与创新。
目前，高速、高精度、低功耗、小型化是AD转换与DA转换技术的发展方向。
在AD转换技术方面，新型的Delta-Sigma调制技术、超大规模集成电路技术等被广泛应用，提高了AD转换器的精度和信噪比。
DAC和ADC应用电路设计
MCS-51单片机的系统扩展技术（五）5 数——模转换接口在工作控制和智能化仪表中，通常由微型计算机进行实时控制及实时数据处理。
计算机所加工的信息总是数字量，而被控制或测量对象的有关参量往往是连续变化的模拟量，如温度、速度、压力等等，与此对应的电信号是模拟电信号。
计算机要处理这种信号，首先必须将模拟量转换成数字量，这一转换过程就是“模——数转换（A/D）”。
由计算机运算处理的结果（数字量）往往也需要转换为模拟量，以便控制对象，这一过程即为“数模转换”（D/A）。
A/D、D/A转换技术发展极为迅速，目前常用的A/D或D/A芯片种类也非常多，本教程介绍的是比较经典的一些芯片的用法，目的在于帮助读教掌握这类芯片接口的一般方法，以及进一步理解数字系统和模拟系统的区别。
当然，这些芯片本身也有一定的实用价值。
一、DAC电路原理D/A转换是将数字量信号转换成模拟量信号的过程。
D/A转换的方法比较多，这里仅举一种权电阻D/A转换法的方法，说明D/A转换的过程。
权电阻D/A转换电路实质上是一只反相求和放大器，图22是4位二进制D/A转换的示意图。
电路由权电阻、位切换开关、反馈电阻和运算放大器组成。
图22 D/A转换的原理权电阻的阻值按8：4：2：1的比例配置，按照运放的“虚地”原理，当开关D3-D0合上时，流经各权电阻的电流分别是V R/8R、V R/4R、V R/2R和V R/R。
其中V R为基准电压。
而这些电流是否存在则取决于开关的闭合状态。
输出电压则是：VO=-（D3/R+D2/2R+D1/4R+D0/8R）×V R×R F基中D3-D0是输入二进制的相应位，其取值根据通断分别为0或1。
显然，当D3-D0在0000-1111范围内变化时，输出电压也随这发生变化，这样，数字量的变化就转化成了电压（模拟量）的变化了。
这里，由于仅有4位开关，所以这种变化是很粗糙的，从输出电压为0到输出电压为最高值仅有16档。
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RF R
U ref
N i 1
bi 2i
若N=3, 且数字字(即数字输入代码)为“110”， RF=R, 那 么
Uo
1 2
1 4
0 8
U
ref
6 8
U
ref
13 2020/1/30
3) 开关电路
如下图，数字字b1～bN通过两级非门构成的分相电 路变成bi和bi，然后分别去控制两个传输门构成的开关。
8 2020/1/30
2. D/A转换器的主要技术指标
1) 代表精度的指标——位数(bit数)——分辨率
阶梯波台阶电压：U
1LSB
U re d 2N
2) 代表速度的指标——转换时间——时钟频率
即从数字信号输入D/A转换器到输出电压达到稳态 值所需要时间， 该时间决定了D/A转换器的转换速度。 实际上，D/A转换要按时钟节拍工作。 通常用最高时 钟频率来表达D/A转换器的工作速度。
• D/A转换器广泛用于信号处理中， 如数字 存储示波器的示波管显示器、 增益控制、 精密衰减器， 精密数控电源， 直接数字频 率合成器等等。
5 2020/1/30
D/A转换器的类型(分类）：4 类
D/A 转 换 器
电 阻 网络 型
电 容 网络 型
晶 体 管网 络 型
电阻串 (Resi st or Strin g)
串 行 电荷 再 分 配
并
行电 配
荷
再
分开
关
电
容
电流镜
电 阻 电容 混 合 型
6 2020/1/30
6.3.1 D/A转换器原理
D/A转换器的原理框图如下图6-15 所示。 其中，
b1～bN为N位数字量输入， Uref为参考电压。 输出模拟
量为： Uo=KDUref，K为比例因子，D为：
D
Uref －
1
1
…
1
1
2)工作原理
(1) 当φ1=“1”时，终端电容被短路，其它电容下 端均接地，处于全放电状态，所有电容电荷为0。 称
R
R
2R
Uref
…
2R
2R
2R
2R
I1
I2
I3
IN
S1
S2
S3
SN
Q
RF
… Io
Uo
…
－
2020/1/30
＋
12
流入运放总电流为：
Io
N
Ii
i 1
U red R
b1 2
b2 22
bN 2N
U red R
N
bi 2i
i 1
模拟量输出为
U o
Io RF
FS
7 FS
8
6 8
FS
1LS B
模
拟
5 FS 8
输 出4
值
FS 8
理 想 模拟 输 出
3 FS 8
2 FS 8
1 FS
8
0
000 001 010 011 100 101 110 111
数 字 输入 代 码
D/A 输 出
1LSB
U red 2N
当输入数字量最低位变化时， 对应的模拟量 跳一个台阶，输出为阶梯波信号。
2. 权电容D/A转换器
1) 电路
如下图所示，该电路由电容网络与一组开关组成，
并由两相不重叠时钟控制。
A
＋
Uo
＋ C ＋ C ＋ C ＋C
＋
－
2 N －1
2 N －1
2N －2
2
C
终端电
容
…
1
2·bN
2·bN－ 1
2·b2
2·b1
＋
2 · b N
2· b N －1
2· b2
2· b1
R
R
2R
Uref
…
2R
2R
2R
2R
I1
I2
I3
IN
S1
S2
S3
SN
Q
RF
… Io
Uo
…
－
＋
图 6 - 18 倒置R-2R梯形D/A转换器 10 2020/1/30
2R 2R I0 2R I12R I22R I3
R
R
R
I0
I1 A I2 B I3 C I
VREF
从 A、B、C 节点向左看去，各节点对地的等效电阻均为 2R。
3) 静态误差 所谓静态误差，是与时间无关，反映静态工作
时实际模拟输出接近理想模拟输出的程度。通常有
失调误差、 增益误差、 非线性误差等。
9 2020/1/30
6.3.2 D/A转换器电路
1. 例置R-2R梯形D/A转换器
1) 电路
倒置R-2R梯形D/A转换器电路如图 6 - 18 所示。 该 电路的优点是电阻类型少，只有R和2R两种，易实现。
压 温 流 液力度量位传传传传二感感感感、器器器器 数四路模拟开关模和数A模D字C数转数字控制计算机 换器DDDDAAAA应CCCC 用模模模模举拟拟拟拟例控控控控制制制制器器器器
物理量
信号
模拟信号
生产控制对象
4 2020/1/30
6.3 D/A 转 换 器
• D/A转换器即数/模转换器(Digital to Analog Converter), 其任务是将数字量转 换为模拟量。
11 2020/1/30
2) 工作原理
由图可见，输出电压Uo为：Uo=-RF× Io 而Io视开关S1～SN的状态而定。S表示数字量控制 开关，当数字量为“0”时，开关接地，电流不流入运 放; 只有当数字量为“1”时，开关接到运算放大器的 虚地点，其电流才流入运放而产生输出。
各电流关系为： I1=2I2=22I3=…=2N-1IN
专用集成电路设计
6.3 D/A 转 换 器 6.4 A/D 转 换 器
1 2020/1/30
一、数模和模数转换的概念和作用
数模转换即将数字量转换为模拟电量(电压或电 流)，使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。
实现数模转换的电路称数模转换器 Digital - Analog Converter，简称 D/A 转换器或 DAC。
当b1=“1”，b1=“0”时， 传输门Ⅱ导通， 将Si接到 虚地点Q。 反之，当b1=“0”, b1=“1”时， 传输门Ⅰ导 通，Ⅱ截止， 将Si接到地。
b1 b1 b2 b2
bN bN
Si
…
分 相电 路
Ⅰ
Ⅱ
Q
…
b1 b2
bN
b1 2选1电路 b1
图 6 – 19 D/A转换器的开关电路
14 2020/1/30
模数转换即将模拟电量转换为数字量，使输出 的数字量与输入的模拟电量成正比。
实现模数转换的电路称模数转换器 Analog - Digital Converter，简称 A/D 转换器或 ADC。
2 2020/1/30
为何要进行数模和模数转换？
3 2020/1/30
二b1 2
b2 22
bN 2N
N
bi 2i
i 1
N
故，U 0 KU ref bi 2i
i 1
Uref 参 考 电压
DUref 比 例 网络
输 出 放 大 器 Uo＝KDUref
…
二 进 制开 关
…
b1 b2 b3 bN
7
2020/1/30
图 6 - 16 D/A转换器输入输出理想特性