模拟量和数字量的转换
合集下载
模拟量与数字量转换-电子技术_图文
增益误差
非线性误差
二、 D/A转换器的构成
不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还 是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不 变的。
设RF=R/2
对于权电阻DAC而言，n位二进制数转换 为模拟量：
输出模拟电压的大小直接与输入 二进制 数的大小成正比，实现了数字量 到模拟量的 转换 。
集成ADC0809： 8位、前置8选1模拟开关、 后置三态输出数据锁存器，
另有相应的控制端，便于程序控制，易于直接微机 。
思考题 1、DAC和ADC有什么用途? 2、 R-2R T形电阻网络有什么特点？ 为什么通常采用R-2R T 形电阻网络DAC而不用权电阻DAC? 3、什么是DAC、 ADC的分辨率和转换精度？ 4、比较并联比较型ADC和逐次比较型DAC的优缺点?
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。
基本原理
转换特性
D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字 量之间的转换关系。图示是输入为3位二进制数时的D/A转换 器的转换特性。理想的D/A转换器的转换特性，应是输出模
如果输入的是n位二进制数，则D/A转换器 的输出电压为：
第2节 A / D 转换器
A/D转换器的任务是将模拟量转换 成数字量,它是模拟信号和数字仪器 的接口。
一、 A/D转换器的基本原理
模数转换一般分为取样、保持和量化、编码两步进行。
时间上和量值上都连续
模拟信号
时间上和量值上都离散
数字信号
编码 取样
取样和保持是由取样－保持电路完成的。
vI S(t)
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
数字量转换模拟量公式
数字量转换模拟量公式摘要：1.数字量转换模拟量概述2.数字量与模拟量的关系3.数字量转换模拟量的公式4.公式应用实例5.总结与建议正文：在前文《数字量转换模拟量公式》中，我们了解了数字量和模拟量的基本概念，以及它们在实际应用中的重要性。
为了帮助大家更好地理解和掌握数字量转换模拟量的方法，本文将详细介绍数字量与模拟量之间的关系，并提供一个实用的转换公式。
首先，我们来回顾一下数字量和模拟量的定义。
数字量是指可以用整数或浮点数表示的量，通常用于计算机处理和存储信息。
而模拟量是指连续变化的物理量，例如温度、压力等，它们可以通过传感器或其他测量设备转换为数字信号。
数字量与模拟量之间的关系密切，数字量往往是模拟量通过一定方式转换得到的。
在实际应用中，我们需要将模拟量转换为数字量进行处理，或者将数字量转换回模拟量以满足设备或系统的需求。
这就涉及到数字量转换模拟量的关键步骤——公式应用。
为了方便理解和计算，我们可以将数字量转换模拟量的过程表示为一个公式：模拟量= 数字量× 转换系数+ 偏置其中，转换系数和偏置是根据实际应用场景和设备要求来确定的。
例如，在某些传感器中，数字量的每个单位可能对应着模拟量的某个固定范围，这时转换系数就是传感器灵敏度，而偏置则是传感器零点。
接下来，我们通过一个实例来说明如何使用这个公式进行数字量到模拟量的转换。
假设某个温度传感器输出的数字量为1234，传感器灵敏度为10，零点为-50，求温度传感器的实际温度。
根据公式，我们可以得到：实际温度= 1234 × 10 + (-50) = 12840 - 50 = 12790因此，该温度传感器的实际温度为12790。
最后，总结一下数字量转换模拟量的方法和注意事项：1.了解数字量和模拟量的基本概念，明确它们之间的关系。
2.确定合适的转换系数和偏置，以便进行准确的数字量转换。
3.熟练掌握公式应用，灵活应对不同场景和设备要求。
4.在实际应用中，注意传感器和设备的调试与校准，确保数字量转换结果的准确性。
模拟量和数字量的转换-经典
(23-7)
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
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。
数字量与模拟量的定义与转换原理是什么
数字量与模拟量的定义与转换原理是什么 模拟量是指变量在⼀定范围连续变化的量;也就是在⼀定范围(定义域)内可以取任意值(在值域内)。
数字量是分⽴量，⽽不是连续变化量，只能取⼏个分⽴值，如⼆进制数字变量只能取两个值。
那么数字量与模拟量的定义与转换原理是什么呢?下⾯跟⼩编⼀起来了解⼀下吧! 数字量与模拟量的定义与转换原理是什么 ⼀、数字量 在时间上和数量上都是离散的物理量称为数字量。
把表⽰数字量的信号叫数字信号。
把⼯作在数字信号下的电⼦电路叫数字电路。
例如： ⽤电⼦电路记录从⾃动⽣产线上输出的零件数⽬时，每送出⼀个零件便给电⼦电路⼀个信号，使之记1，⽽平时没有零件送出时加给电⼦电路的信号是0，所在为记数。
可见，零件数⽬这个信号⽆论在时间上还是在数量上都是不连续的，因此他是⼀个数字信号。
最⼩的数量单位就是1个。
⼆、模拟量 在时间上或数值上都是连续的物理量称为模拟量。
把表⽰模拟量的信号叫模拟信号。
把⼯作在模拟信号下的电⼦电路叫模拟电路。
例如： 热电偶在⼯作时输出的电压信号就属于模拟信号，因为在任何情况下被测温度都不可能发⽣突跳，所以测得的电压信号⽆论在时间上还是在数量上都是连续的。
⽽且，这个电压信号在连续变化过程中的任何⼀个取值都是具体的物理意义，即表⽰⼀个相应的温度。
三、数字量与模拟量的转换原理 1、数模转换器是将数字信号转换为模拟信号的系统，⼀般⽤低通滤波即可以实现。
数字信号先进⾏解码，即把数字码转换成与之对应的电平，形成阶梯状信号，然后进⾏低通滤波。
根据信号与系统的理论，数字阶梯状信号可以看作理想冲激采样信号和矩形脉冲信号的卷积，那么由卷积定理，数字信号的频谱就是冲激采样信号的频谱与矩形脉冲频谱(即Sa函数)的乘积。
这样，⽤Sa函数的倒数作为频谱特性补偿，由数字信号便可恢复为采样信号。
由采样定理，采样信号的频谱经理想低通滤波便得到原来模拟信号的频谱。
⼀般实现时，不是直接依据这些原理，因为尖锐的采样信号很难获得，因此，这两次滤波(Sa函数和理想低通)可以合并(级联)，并且由于这各系统的滤波特性是物理不可实现的，所以在真实的系统中只能近似完成。
- 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)。
砝码重 结 论 暂时结果 8 克 12 克
第一次
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
第二次 加4克 砝码总重仍 <待测重量Wx ，故保留
第三次 加2克 第四次 加1克 砝码总重 ＝ 待测重量Wx ，故保留
12 克
13 克
13
1. 基本组成
输出数字量 顺序脉冲 发生器 逐次逼近 寄存器 输入电压量
了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其 “权”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D/A变换器的基本思想。
3
12.1.1 D/A转换器的组成和工作原理
1、D/A转换器组成 倒梯形电阻网络DAC
RF d2 d3 IO1
1 IO S3 2R R
5G7520
8 7 6 5 4
d5 d6
d7 d8 d9
GND
~ 13
十位数字量输入端
2
模拟电流IO1输出端 模拟电流IO2输出端， 一般接地
UR可正可负
15 参考电压接线端，
内部电阻RF的引出 16 端，另一端在芯片 内部接IO1端
14
15 16
3
2 1
－ ＋ ＋
uo
10
12.1.2 D/A转换器的主要技术指标
Uo
例：四位逐次逼近DAC 已知：UX=5.52V DAC的UR=8V Ux
+
D/A转换器
dn-1
d1 d0
A
+
试分析转换过程。
逐次逼近寄存器 置数控制逻辑电路
数 字 量 输 出
1）清零： d3 d2 d1 d0=0000
2）将最高位置“1”；即d3 d2 d1 d0=1000 ；
3）DAC将逐次逼近寄存器输出的数字量1000转换为模拟量UO；
8
集成DAC
集成DAC的种类：
按电路结构分：
权电阻DAC、梯形DAC 、倒T形DAC等
按输入二进制数位数分：
八位、十位 、十二位、十六位等 例：AD7520： 十位倒T形电阻网络DAC
9
特点：
运算放大器外接
14 正电源端
管脚排列及外接电路：
d4 d3
d2 d1 d0
+UDD
UR
3
4 1
接地端
9
10 11 12 13
22
IN0
A B C ALE D0
START
EOC
D4 OE
CLK
UCC UR（+）
GND
D6
23 22 ADC0809 21 20 19 18 17 16 15
D1
D2 D3 D7 UR(-) D5
END
23
DAC
电压比 较器
顺序脉冲发生器 逐次逼近寄存器 数摸转换器
产生使电路按一定节拍工作的顺序脉冲
由双稳态触发器构成。先在顺序脉冲的作用下， 由高到低依次将各位置“1”，再根据比较器的 输出决定该“1”的取舍。 将逐次逼近寄存器输出的二进制数转换为模拟 电压量 将DAC输出的模拟电压量与待转换的模 拟电压量比较，以确定逐次逼近寄存器 14 中该位的取舍
UX=5.52V
ADC
d3 d2 d1 d0=1011
转换误差=0.02V，输出位数越多，误差越小
18
12.2.2 A/D转换器 的主要技术指标
1、分辨率： 以输出二进制代码的位数表示分辨率。 位数越多，量化误差越小，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偏差 3、转换速度： 完成一次A/D转换所需要的时间。即从它接到 转换命令起直到输出端得到稳定的数字量输出 所需要的时间 4、其它：电源抑制、功率、电压范围等。
电压比较器
2.工作原理
设欲转换量UX
Ux +
原理图
Uo
D/A转换器
dn-1 d1 d0
A
+
1）给逐次逼近寄存器清零；
逐次逼近寄存器
数 字 量 输 出
2）将逐次逼近寄存器最高位置 “1”；即dn-1=1；
3）DAC将逐次逼近寄存器输出 的数字量转换为模拟量UO；
置数控制逻辑电路
4）当UO < UX ，置数控制逻辑电路使该位“1”保留； 当UO >UX ，置数控制逻辑电路使该位“1”去掉； 5）将逐次逼近寄存器次高位置“1”；即dn-2=1； 直至确定 d 15 0
电路：
模拟电子开关
待转换数字量 d0 d1
运放
+
A
+
uo
0
S0 2R 2R
1
0
S1 2R
1
0
S2 2R
1
0
R
R
IR
+UR 基准电压源
4
倒梯形电阻网络
2. D/A转换器的原理
d0 d1 d2 d3 IO1
RF
0 1
S0 2R 2R
0
S1 2R
1
I 0 1 0 1O
S2 2R 2R S3
+
A+
d3 d2 d1 d0=1000
8）将d1置“1”；即d3 d2 d1 d0=1010 ； 9）DAC将逐次逼近寄存器输出的数字量1010转换为模拟量UO； UO=8/16（ 1· 23+ 0·22 + 1·21 + 0·20 ）=5V 10）UO < UX ，置数控制逻辑电路使d1=1保留；
d3 d2 d1 d0=1010
19
集成ADC A/D变换组件也有多种型号可供选择， 使用者可根据任务要求进行选择。下面以 ADC0809 为例 ，介绍集成电路A/D变换器。 ADC0809 是八通道八位逐次逼近型模数 转换器。 ADC0809 是28脚双列直插式模数转换器
20
结构框图
外部时钟脉冲输入端
CLOCK
转换结束信号端 高电平有效
21
ALE
地址锁存信号输入端 高电平有效
8选1模拟选择器的地址选择输入端
管 脚 功 能
IN3 IN4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
IN5 IN6
IN7
28 27 26 25 24
IN2 IN1
选中通道与 地址码关系
选中 通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 地址码 C B A 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
指输出电压的变化和相对应的电源电压变化之比。
11
12.2 A/D 转换器
A/D转换器
模拟量转换成数字量的电路。 输入： 输出： 连续变化的模拟量 大小与输入模拟量成正比的数字量
12
12.2.1 逐次逼近型A/D转换器基本组成和工作原理
其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。 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：
17
11）将d0置“1”；即d3 d2 d1 d0=1011；
12）DAC将逐次逼近寄存器输出的数字量1011转换为模拟量UO； UO=8/16（ 1· 23+ 0·22 + 1·21 + 1·20 ）=5.5V 10）UO < UX ，置数控制逻辑电路使d0=1保留；
d3 d2 d1 d0=1011
12.1 D/A 转换器
D/A （数/模）转换器：(DAC) 输入：n位二进制数N （N）2=d n-1· 2 n-1 + d n-2· 2 n-2 + ···+ d 1· 2 1 + d 0· 2
0
输出：与输入二进制数N成正比的模拟信号 （电压或电流）A
A=K· N=K（d n-1· 2 n-1 + d n-2· 2 n-2 + ···+ d 1· 2 1 + d 0· 2 0） 由于构成数字代码的每一位都有一定的“权”，因此为
3+ d · 2+ d · 1+ d · 0） （ d · 2 2 2 2 3 2 1 0 24 R UR RF 3+ d · 2+ d · 1+ d · 0） UO1 =-IO1· RF = 4 （d3· 2 2 2 2 2 1 0 2 R 7
=
UR
UR RF 3+ d · 2+ d · 1+ d · 0） UO1 =-IO1· RF = 4 （d3· 2 2 2 2 2 1 0 2 R
IR 3´
+UR
0´
1´
2´
R R =d3· I3+ d2· I2+ d1· I1+ IO1 d0· I0
R
R
6
RF d0
d1
d2
d3 IO1
0 1
S0
2R 2R R
0
S1
2R
1
I 0 1 0 1O
2R
+ I3
A+
uo
I0
R
I1
S2
2R
S3
I2
R
IR
+UR
I3+ d2· I2+ d1· I1+ d0· I0 IO1=d3·
EOC
八通道模拟量输入
八位数字量输出
IN0 IN7 A B C
8选1 模拟量 选择器 地址 锁存器
8位逐次 逼近 ADC
三态输 出锁存 器
第一次
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
第二次 加4克 砝码总重仍 <待测重量Wx ，故保留
第三次 加2克 第四次 加1克 砝码总重 ＝ 待测重量Wx ，故保留
12 克
13 克
13
1. 基本组成
输出数字量 顺序脉冲 发生器 逐次逼近 寄存器 输入电压量
了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其 “权”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D/A变换器的基本思想。
3
12.1.1 D/A转换器的组成和工作原理
1、D/A转换器组成 倒梯形电阻网络DAC
RF d2 d3 IO1
1 IO S3 2R R
5G7520
8 7 6 5 4
d5 d6
d7 d8 d9
GND
~ 13
十位数字量输入端
2
模拟电流IO1输出端 模拟电流IO2输出端， 一般接地
UR可正可负
15 参考电压接线端，
内部电阻RF的引出 16 端，另一端在芯片 内部接IO1端
14
15 16
3
2 1
－ ＋ ＋
uo
10
12.1.2 D/A转换器的主要技术指标
Uo
例：四位逐次逼近DAC 已知：UX=5.52V DAC的UR=8V Ux
+
D/A转换器
dn-1
d1 d0
A
+
试分析转换过程。
逐次逼近寄存器 置数控制逻辑电路
数 字 量 输 出
1）清零： d3 d2 d1 d0=0000
2）将最高位置“1”；即d3 d2 d1 d0=1000 ；
3）DAC将逐次逼近寄存器输出的数字量1000转换为模拟量UO；
8
集成DAC
集成DAC的种类：
按电路结构分：
权电阻DAC、梯形DAC 、倒T形DAC等
按输入二进制数位数分：
八位、十位 、十二位、十六位等 例：AD7520： 十位倒T形电阻网络DAC
9
特点：
运算放大器外接
14 正电源端
管脚排列及外接电路：
d4 d3
d2 d1 d0
+UDD
UR
3
4 1
接地端
9
10 11 12 13
22
IN0
A B C ALE D0
START
EOC
D4 OE
CLK
UCC UR（+）
GND
D6
23 22 ADC0809 21 20 19 18 17 16 15
D1
D2 D3 D7 UR(-) D5
END
23
DAC
电压比 较器
顺序脉冲发生器 逐次逼近寄存器 数摸转换器
产生使电路按一定节拍工作的顺序脉冲
由双稳态触发器构成。先在顺序脉冲的作用下， 由高到低依次将各位置“1”，再根据比较器的 输出决定该“1”的取舍。 将逐次逼近寄存器输出的二进制数转换为模拟 电压量 将DAC输出的模拟电压量与待转换的模 拟电压量比较，以确定逐次逼近寄存器 14 中该位的取舍
UX=5.52V
ADC
d3 d2 d1 d0=1011
转换误差=0.02V，输出位数越多，误差越小
18
12.2.2 A/D转换器 的主要技术指标
1、分辨率： 以输出二进制代码的位数表示分辨率。 位数越多，量化误差越小，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偏差 3、转换速度： 完成一次A/D转换所需要的时间。即从它接到 转换命令起直到输出端得到稳定的数字量输出 所需要的时间 4、其它：电源抑制、功率、电压范围等。
电压比较器
2.工作原理
设欲转换量UX
Ux +
原理图
Uo
D/A转换器
dn-1 d1 d0
A
+
1）给逐次逼近寄存器清零；
逐次逼近寄存器
数 字 量 输 出
2）将逐次逼近寄存器最高位置 “1”；即dn-1=1；
3）DAC将逐次逼近寄存器输出 的数字量转换为模拟量UO；
置数控制逻辑电路
4）当UO < UX ，置数控制逻辑电路使该位“1”保留； 当UO >UX ，置数控制逻辑电路使该位“1”去掉； 5）将逐次逼近寄存器次高位置“1”；即dn-2=1； 直至确定 d 15 0
电路：
模拟电子开关
待转换数字量 d0 d1
运放
+
A
+
uo
0
S0 2R 2R
1
0
S1 2R
1
0
S2 2R
1
0
R
R
IR
+UR 基准电压源
4
倒梯形电阻网络
2. D/A转换器的原理
d0 d1 d2 d3 IO1
RF
0 1
S0 2R 2R
0
S1 2R
1
I 0 1 0 1O
S2 2R 2R S3
+
A+
d3 d2 d1 d0=1000
8）将d1置“1”；即d3 d2 d1 d0=1010 ； 9）DAC将逐次逼近寄存器输出的数字量1010转换为模拟量UO； UO=8/16（ 1· 23+ 0·22 + 1·21 + 0·20 ）=5V 10）UO < UX ，置数控制逻辑电路使d1=1保留；
d3 d2 d1 d0=1010
19
集成ADC A/D变换组件也有多种型号可供选择， 使用者可根据任务要求进行选择。下面以 ADC0809 为例 ，介绍集成电路A/D变换器。 ADC0809 是八通道八位逐次逼近型模数 转换器。 ADC0809 是28脚双列直插式模数转换器
20
结构框图
外部时钟脉冲输入端
CLOCK
转换结束信号端 高电平有效
21
ALE
地址锁存信号输入端 高电平有效
8选1模拟选择器的地址选择输入端
管 脚 功 能
IN3 IN4
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
IN5 IN6
IN7
28 27 26 25 24
IN2 IN1
选中通道与 地址码关系
选中 通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 地址码 C B A 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1
指输出电压的变化和相对应的电源电压变化之比。
11
12.2 A/D 转换器
A/D转换器
模拟量转换成数字量的电路。 输入： 输出： 连续变化的模拟量 大小与输入模拟量成正比的数字量
12
12.2.1 逐次逼近型A/D转换器基本组成和工作原理
其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。 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：
17
11）将d0置“1”；即d3 d2 d1 d0=1011；
12）DAC将逐次逼近寄存器输出的数字量1011转换为模拟量UO； UO=8/16（ 1· 23+ 0·22 + 1·21 + 1·20 ）=5.5V 10）UO < UX ，置数控制逻辑电路使d0=1保留；
d3 d2 d1 d0=1011
12.1 D/A 转换器
D/A （数/模）转换器：(DAC) 输入：n位二进制数N （N）2=d n-1· 2 n-1 + d n-2· 2 n-2 + ···+ d 1· 2 1 + d 0· 2
0
输出：与输入二进制数N成正比的模拟信号 （电压或电流）A
A=K· N=K（d n-1· 2 n-1 + d n-2· 2 n-2 + ···+ d 1· 2 1 + d 0· 2 0） 由于构成数字代码的每一位都有一定的“权”，因此为
3+ d · 2+ d · 1+ d · 0） （ d · 2 2 2 2 3 2 1 0 24 R UR RF 3+ d · 2+ d · 1+ d · 0） UO1 =-IO1· RF = 4 （d3· 2 2 2 2 2 1 0 2 R 7
=
UR
UR RF 3+ d · 2+ d · 1+ d · 0） UO1 =-IO1· RF = 4 （d3· 2 2 2 2 2 1 0 2 R
IR 3´
+UR
0´
1´
2´
R R =d3· I3+ d2· I2+ d1· I1+ IO1 d0· I0
R
R
6
RF d0
d1
d2
d3 IO1
0 1
S0
2R 2R R
0
S1
2R
1
I 0 1 0 1O
2R
+ I3
A+
uo
I0
R
I1
S2
2R
S3
I2
R
IR
+UR
I3+ d2· I2+ d1· I1+ d0· I0 IO1=d3·
EOC
八通道模拟量输入
八位数字量输出
IN0 IN7 A B C
8选1 模拟量 选择器 地址 锁存器
8位逐次 逼近 ADC
三态输 出锁存 器