数字量与模拟量的
模拟量与数字量的转换
uo
1 01 01 01 0
S0
S1
S2
S3
2R 2R
2R
2R
2R
AR
BR
C R D IR
UR
①分别从虚线A、B、C、D处向左看的二端网络等效电阻都是R。
②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。
从参考电压UR处输入的电流IR为：
uo
RF I
U R RF 24 R
(d3 23 d2 22 d1 21 d0 20 )
10.1.3 集成数模转换器及其应用
NC GND
UEE Io d7 d6 d5 d4
1
16
2
15
3
14
4 DAC0808 13
5
12
6
11
7
10
8
9
(a)
COP d0
UR(-) d1
数
DAC
字
控
制
计
算
机
ADC
多 路
功率放大
执行机构
开
…
…
关
功率放大
执行机构
加热炉
…
加热炉
多
信号放大
温度传感器
路
…
…
开 关
信号放大
温度传感器
10.1.1 T型电阻网络数模转换器
Rf
R
R
R A 2R
∞ －
2R 2R
2R
2R
2R
+ +
uo
S0
S1
S2
S3
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
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
数字量与模拟量
模拟量定义解释模拟模拟量量就是指变量在一定范围连续变化的量也就就是在一定范围(定义域)内可以取任意值、数字量就是分立量不就是连续变化量只能取几个分立值二进制数字变量只能取两个值。
研究领域一般模拟量一般模拟量就是指现场的水井水位、水塔水位、泵出口压力与出口流量等模拟量,需要通过多路复用芯片完成多路数据的采集与模数转换器完成模拟量与数字量的转换,再将采集的数据给CPU处理。
模拟电子技术模拟电子技术研究的就是连续信号称为模拟量、数字电子技术研究的就是断续信号称为数字量、根据这一点提出问题:大家非常熟悉也都会用的算盘它的数据就是连续的还就是断续的。
AD转换器AD转换器(模数转换器)的作用就是从信号加工放大器输入的0~5V的直流电信号通常称为模拟量,可用无限长的数字来表示,如4、8213、…(V),计算机处理这些模拟量,只能处理有限长度的量,我们称之为数字量。
量测压量测值电压值、有功功率、无功功率、温度与变压器抽头位置等均用量测值表示与状态量(也称逻辑量)对照也称为模拟量。
因日立仪器吸取试剂时并不就是按参数设置的体积吸取,而就是要多吸一部分(此部分称为模拟量),此种设计的目的就是为了防止试剂被稀释。
工作模式比较人们把连续变化的物理量称为模拟量、指针式万用表的指针偏转可随时间作连续变化,并与输入量保持一种对应关系,故称之为模拟式万用表(VOM)。
遥测遥测——反映电力系统及设备的运行状态如有功功率、无功功率、电压、电流及频率等也称为模拟量、电量——这就是功率对时间的积分量主要用于统计与记帐。
数字量与模拟量的区别数字量在时间上与数量上都就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就是0,所在为记数。
可见,零件数目这个信号无论在时间上还就是在数量上都就是不连续的,因此她就是一个数字信号。
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 。
模拟量与数字量的转换
如图12.1所示为4位T型电阻网络数模转换器电路，由T型电阻网络、模拟电子开关、运算放大器和基准电压等部分组成。T型电阻网络可应用戴维南定理和叠加定理逐步化简，从而求得输出电压为：
RU
"o"■"(d电'd212"d尸・d0R)
如果输入的是n位二进制数，且R■3R,贝上f
u■■UR(d*n・■d*nw■…■d■Ri■d■RO)
解数模转换器的输出电压uo为：°
uHIUR(d0■d*2■d*1■d*0)
o243210
式中d■Q，d■Q，d■Q，UBIEV，随着计数脉冲C的变化，输出电压332211R
uo的值如表12.1所示。由表12.1可知输出电压uo的最大值为4.6875V，输出电压uo随计数脉冲C变化的波形如图12.7所示。°
第
12.1
（1）理解数模与模数转换的基本原理。
（2）了解常用数模与模数转换集成芯片的使用方法。
12.2
本章重点：
（1）数模转换器的工作原理。
（2）模数转换器的工作原理。
பைடு நூலகம்本章难点：
（1）逐次逼近型模数转换器的构成。
（2）逐次逼近型模数转换器的工作原理。
本章考点：
（1）T型电阻网络数模转换器的分析。
（2）数模转换器输出电压的计算。
12.2.2
模数转换器是将输入的模拟信号转换成一组多位的二进制数字输出的电路，结构类型很多。常用的逐次逼近型模数转换器的分辨率较高、转换误差较低、转换速度较快，一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数模转换器和电压比较器等几部分组成，如图12.3所示。
图12.3逐次逼近型模数转换器的原理框图
逐次逼近型模数转换器的工作原理类似于用天平称量物体的质量。转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为100…0。这个数码被数模转换器转换成相应的模拟电压u,送到比较器中与u.
数字量转换模拟量公式
数字量转换模拟量公式（原创实用版）目录1.数字量与模拟量的概念2.数字量转换为模拟量的原因3.数字量转换模拟量公式4.公式的应用实例5.注意事项正文1.数字量与模拟量的概念数字量和模拟量是电子工程和信号处理领域中的两个重要概念。
数字量通常是指离散的、以数字形式表示的信号，例如二进制数字信号。
而模拟量则是指连续的、以模拟电压或电流形式表示的信号，例如音频和视频信号。
2.数字量转换为模拟量的原因在某些应用场景中，需要将数字量转换为模拟量，以便信号能够更好地被传输或处理。
例如，在音频处理中，数字音频信号需要转换为模拟信号，以便通过扬声器播放出来。
3.数字量转换模拟量公式数字量转换为模拟量的公式通常为：模拟量 = (数字量 - 数字量最小值) / (数字量最大值 - 数字量最小值) * (模拟量最大值 - 模拟量最小值) + 模拟量最小值其中，数字量最小值为 0，数字量最大值为某个正整数 n，模拟量最大值为正无穷，模拟量最小值为负无穷。
4.公式的应用实例以音频处理为例，假设有一个数字音频信号，其数字量的范围为0-255，表示音频信号的幅度范围。
我们需要将这个数字音频信号转换为模拟音频信号，以便通过扬声器播放。
假设模拟音频信号的范围为 -10V 至 10V。
根据上述公式，可以计算出每个数字音频信号对应的模拟音频信号的幅度值。
例如，当数字音频信号为 255 时，对应的模拟音频信号的幅度值为：模拟量 = (255 - 0) / (255 - 0) * (10 - (-10)) + (-10) = 10V 类似地，当数字音频信号为 0 时，对应的模拟音频信号的幅度值为：模拟量 = (0 - 0) / (255 - 0) * (10 - (-10)) + (-10) = -10V5.注意事项在使用数字量转换模拟量公式时，需要注意以下几点：- 确保数字量的最小值和最大值与模拟量的最小值和最大值相对应。
- 公式中的除法操作需要保证数字量和模拟量的范围足够大，以避免除以零的错误。
模拟量和数字量的转换
OE
CLK: 时钟输入端 A0 、A1 、A2 ：8路模拟开关 的3位地址选通输入端。 VCC : 主电源输入端
GND：接地端
CL K VCC VREGF N(+D)
B1
1
28
2
27
3
26
4
25
5
24
6
23
ADC
7
22
8 0809 21
9
20
1019Biblioteka 111812
17
13
16
14
15
IN2 IN1 IN0 A0 A1 A2
A/D转换其实就是对采样信号进行量化和编码， 并最终输出二进制数码的过程。
模拟量和数字量的 转换
（2）逐次逼近A/D转换器
工作原理
3.2V uI
8V D/A
比
较
器
10
转换开始前，
先将逐次逼近寄
存器清零
转换控制信号
MSB 1000 LSB
逐次渐近 寄存器
MSB
LSB
并行数字输出 1000
参考 电源
时钟 信号
模拟量和数字量的 转换
一、任务目标
➢掌握D/A和A/D转换电路的 原理 ➢了解常用集成A/D和D/A 芯片的使用及性能参 数
模拟量和数字量的 转换 二、相关知识 （一）D/A转换器 （1）D/A转换器的基本原理 功能：把数字量转换成与其成一定比例关系的模拟量
要求：输出的模拟量与输入的数字量成正比。
CS ：输入寄存器选择信号 D13
WR1 ：输入寄存器写选通
D12
信号
D11
XFER ：数据传送信号 D10 (LSB)
数字量和模拟量的相互转换
逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较 逻辑构成，从MSB开始，顺序地对每一位将输入电压 与内置DA转换器输出进行比较，经n次比较而输出 数 字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功 耗低，在低分辩率（<12位）时价格便宜，但高精度 （>12位）时价格很高。
所以，电路的输出电压u0与输入的四位二进制代码 成正比：
K
U REF 24 R
依此类推，n位权电阻网络DAC的求和运算放大 器输入端电流、输出电压表达式分别为：
I 2UnR1ERF（2n1dn1 2n2 dn2 21 d1 20 d0）
u0 IRF U2nRERF（2n1dn1 2n2 dn2 21d1 20 d0）
A/D转换器主要方法
4）Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)调制型（如AD7705） Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤 波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换 成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字 值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做 到高分辨率。主要用于音频和测量。
AD转换器的主要技术指标
5）满刻度误差(Full Scale Error) 满度输出时对 应的输入信号与理想输入信号值之差。
6）线性度(Linearity) 实际转换器的转移函数与理 想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。
其他指标还有：绝对精度(Absolute Accuracy) ，相对精度(Relative Accuracy)，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distotortion缩写THD）和积分非线性。
逐次逼近法的工作原理
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D/A0832转换器
1、单极性输出
U1
8031AH
1 2 3 4 5 6 7 8
P 1.0 P 1.1 P 1.2 P 1.3 P 1.4 P 1.5 P 1.6 P 1.7
P 0.0 P 0.1 P 0.2 P 0.3 P 0.4 P 0.5 P 0.6 P 0.7
39 38 37 36 35 34 33 32
| VREF |/21LSB | VREF |
| VREF |/2+1LSB +| VREF |
3、14位D/A转换器AD7840
（1）并行/串行接口，双电源±5V
（2）参考电压—内置基准电压3V，也可外接 （3）高速、高精度
图7.6 电压输出型D/A转换器的双极型输出
2、双极性输出
U1
VC C VR EF(+5V )-12
-1 2
7 6 5 4 16 15 14 13
D0
VC C
D1
D 2 VR EF
D3
D4
RFfBb
D5
D 6 IOU T1
D7
20 8 9 11
2
4
1
5
R1
R2
20K
20K
5
1
4
6
2
19
ILE IOU T2
数字量与模拟量的转换关系
输入数字量 MSB … LSB 11111111 11000000 10000000
模 拟 量 输 出VO2
+ VREF
VREF
VREF1LSB
| VREF |+1LSB
VREF /2
| VREF |/2
0
0
01111111
1LSB
+1LSB
00111111 00000000
RD WR
17 16
U2
VC C VR E F(- 5V) - 12
7 6 5 4 16 15 14 13
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
VCC
20
VR EF
8
RFfBb
9
I OUT 1
11
2 3
4
1
5
6
VO
VC C
19
ILE
I OUT 2
12
1 2
CS W R1
AG ND
3
7
U3 LM7 4 1
+UR
IO1=d0dR·3I·0I3+
R d2·I2+
RR d1·I1+
RF
d0
d1
d2
d3 IO1
0 1 0 1 0 1 0 1IO
- A+
uo
+
S0
S1
S2
S3
I0 I1 I2 I3
2R 2R 2R 2R 2R
R
R
R
IO1=d3·I3+ d2·I2+ d1·I1+ d0·I0
+UR IR
=
UR 24 R
12
3
VO 1
U2
R3
3
6
VO 2
1 2
CS W R 1 AG ND
3
7
LM 7 4 1
10K
R4
5.1K
U3 LM 7 4 1
7
17 18
XF ER W R 2 DG ND
10
+12
+12
DA C0 8 3 2 LC J (2 0 )
图 8-8 DAC0832 双极性输出电路
双极性输出D/A关系
17 18
XFE R W R2
DG ND
10
+12
DA C0832LCJ(20)
输 出 于 数 字 量 DATA 相 对 应 模拟量：
MOV DPTR，#7FFFH MOV A，#DATA
MOVX @DPTR,A
1、8位D/A转换器
（1） DAC0832 （2）AD7801
并行接口，单电源2.7V ～ 5.5V，可工作于睡眠模式 参考电压—可外接，也可使用内部自带的（非精密电源） 输出极性与参考电压相同 （3）AD7303
2 通道，性能同AD7801，SPI输入接口，使用更为方便 （4）AD7304/7305（SPI) ——4通道
4通道， AD7305（并行接口）
图7.3 8位电压输出型并行接口D/A转换器AD7801结构简图
图7.4 AD7303与MPU的接口
2、12位D/A转换器
（1）DAC8512（ADI公司） SPI接口，单电源5V，可工作于睡眠模式， 有满摆输出的缓冲放大器 基准电压—内置2.5V
9
10 11
12 13
14 15
RE SE T
RX D TXD
I NT 0 I NT 1
T0 T1
P 2.0 P 2.1 P 2.2 P 2.3 P 2.4 P 2.5 P 2.6 P 2.7
AL E /P
21 22 23 24 25 26 27 28
30
31
E A /VP
PSE N
29
19 18
X1 X2
梯形电阻网络
图7.1 D/A转换器内部结构示意图
倒梯形电阻网络
IR = UR /R
1
I3 = 2 IR
=
UR 21 R
2R
I2 =
1 4
IR =
UR 22 R
I1 =
1 8
IR =
UR 23 R
I0 =
1 16
IR=
UR 24 R
0
1
2
3 IO1
I0
I1
I2
I3
2R
2R
2R 2R
R
R
R
IR
0´ 1 ´ 2 ´ 3 ´
（2）MAX5532/5533/5534/5535 （Maxim公司） SPI接口 ，单电源1.8V~5.5V，2通道 基准电压 — MAX5533/5535内置 MAX5532/5534外接
12位D/A转换器的电源必须经良好滤波及退耦
图7.5 数模转换器DAC8512的电源滤波
12位D/A转换器 4096=2的12次方，内置2.5V基准电压
（d3·23+ d2·22 +
d1·21 +
d0·20）
UO1=-IO1·RF = -2U4RRRF（d3·23+ d2·22 + d1·21 + d0·20）
UO1=-IO1·RF = -2U4RRRF（d3·23+ d2·22 + d1·21 + d0·20）
若为n位二进制数，则
UO1 = -2UnRRRF（dn-1·2n-1+ dn-2·2n-2 + ···+ d0·20） 若RF=R，则
UO1 =
-UR 2n
（dn-1·2n-1+
dn-2·2n-2
+
···+
d0·20）
即输出电压的大小正比于输入二进制数的大小，
实现了数字量和模拟量的转换
7.2 方便实用的数模转换器件
主要分类
（1）按分辨率分：8、12、14、16位 （2）按通道数分：单、多通道（最多32） （3）按接口形式分：并行、串行SPI/I2C （4）按是否内置基准电源：有内置、外接、或2者均 可 （5）按输出极性分：单极性、双极性
第七章 数字量与模拟量的转换 技术
7.1 数模转换原理 7.2 方便实用的数模转换器件 7.3 实例：简易函数发生器 7.4 模数转换原理 7.5 模数转换器接口电路 7.6 实例：典型的模数转换电路 7.7 动量矩定理演示仪电路设计
7.1 数模转换原理ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
主要转换方式
（1）梯形电阻网络型 （2）数字电位器