模拟量和数字量的转换
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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。
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顺序
砝码重量
比较判断
该砝码是否保留或 除去
1
8g
8g<13g
留
2
8g+4g
12g<13g
留
3
8g+4g+2g
14g>13g
去
4
8g+4g+1g
13g=13g
留
2.2A/D转换器原理
• 逐次逼近型A/D转换器一般由顺序脉冲 发生器、逐次逼近寄存器、D/A转换器和电 压比较器等几部分组成，其原理方框图如 图2.2：
留
D/A转换器输出U0为正值
U0
-
-8 24
(d3
23
d2
22
d1
21
d0
20)
U0 /V 6 5 4 3 2 1 0
d3
d2
d1
d0
逐次逼近转换过程示意图
设参考电压 UR -8 V,
输入电压UI 5.52 V。
U0> UI 转换完毕 , 输出数字量
d3d2d1d0 1011
U0 < UI
1 1 0.001 210 -1 1023
• 2.精度
• 转化器的精度是指输出的模拟电压的实际 值与理想值之差，即最大静态转换误差。 该误差是由参考电压偏离标准值、运算放 大器的零点漂移、模拟开关的电压降以及 电阻阻值的偏差等原因所引起的。
• 3.线性度 • 4.输出电压（或电流）的建立时间 • 5电源抑制比
转换误差为 –0.02V
若输出为 8位数字量
U0
-
-8 28
(d7
27
d6 26
d0 20 )
转换数字量10110001
4+1+0.5+0.03125 = 5.53125V
转换误差为 +0.01125V
位数越多误差越小
2.3A/D转换器的主要技术指标
• 1.分辨率 以输出二进制的位数表示分辨率。位数越多，误
• （6）按输出接口分
有并行接口ADC和串行接口ADC。
谢谢
去，而将次高位置1；若U0<U1，说明数字量还不
够大，应将这以为的1保留，还须将下一位高位置
1。
•
这样逐次比较下去，一直到最低位为止。
寄存器的逻辑状态就是对应于输入电压U1的输出
数字量。
补充说明
• 因为模拟电压在时间上一般是连续变化 量，而要输出的是数字量（二进制数）， 所以在进行转化时必须在一系列选定的时 间间隔对模拟电压采样（见第16章16.3 节）。经采样保持电路后，得出的每次采 样结束时的电压就是上述待转换的输入电 压U1。
• （4）从ADC芯片内部结构分
有单独的A/D转换器，如ADC0801、AD7581 型等。有功能更为强大的AD363转换器，其内部 有16路模拟多路开关，数据放大器，采样/保持器 及12位A/D转换器。
• （5）从A/D转换器数字输出端来分
8位分辨率则可直接连到微型机的数据总线， 十分方便，10位以上的分辨率ADC芯片须增加读 取控制逻辑分两次读入CPU。
1 8
IR
UR R 23
I0
1 16
IR
UR R 24
由此可得出电阻网络的输出电流
I01
UR R 24
(d3 23
d2 22
d1 21
d0 20)
• 运算放大器输出短的模拟电压 U 0则为
U0
RF I01
RFU R R 24
(d3 23
d2 22
d1 21
d0 20)
• 如果输入的是n位二进制数，则
数模转换器集成电路芯片种类很多，按输入的 二进制的位数分类有8位、10位、12位和16位等。
下面介绍CC7520输入数字量与输出模拟量的
关系，其中 2n 210 1024
1.3D/A转化器的主要技术指标
• 1.分辨率 • D/A转换器的分辨率是指最小输出电压与最大输出
电压之比。例如10位D/A转换器的分辨率为
0
1
2
3
R
R
RA
2R
2R
2R
2R
2R
UR
0
1
2
3
计算时注意事项
• （2）不论模拟开关接到运算放大器的反相 输入端（虚地）或接地（即数字信号是否 导通）各支路的电流时不变的。
参考电压输入的电流为
IR
UR R
而后根据分流公式得出各支流电路
I3
1 2
IR
UR R 21
I2
1 4
IR
UR R 22
I1
二、A/D转换器
• 2.1逐次逼近型A/D转换器
• A/D转换器也有很多种，下面介绍目前
用的较多的逐次逼近型A/D转换器。
2.1逐次逼近型A/D转换器
• 其工作原理可用天平称重过程来比喻说明。好比 用4个分别重8g，4g，2g，1g的砝码去称重13g 物体，称重顺序见表2.1。
表2.1逐次逼近称物一例
RF
R
R
R A 2R
-
A+
+
2R
2R
2R
2R
2R
+
UO
S0
S1
S2
S3
1 01 01 01 0
模拟 开关
–
d0
d1
d2
d3
Q0
Q1
Q2
Q3
Байду номын сангаас
+UR
参考电压
数码寄存器
存放四位 二进制数
由数个相同的电路环节构成，每个电路环节
有两个电阻和一个模拟开关。
计算时注意事项
• （1）在图1.1中，00’，11’，22’，33’ 左边部分电路的等效电阻均为R。
U0
RFU R R 2n
(d n1 2n1
dn2 2n2
......
d0 20)
• 当取RF R ,则上式为
U0
RFU R R 2n
(d n1 2n1
dn2 2n2
......
d0 20)
有上式可知： U 0 的最值为
最小值为 U R ； 2n
最大值为（2n 1）U R 。 2n
1.2数字量与模拟量的关系
DAC是英文Digital-Analog Converter的缩写 ADC是英文Analog-Digital Converter的缩写
一、D/A转换器
• 1.1倒T形电阻网络D/A转换器
D/A转换器有很多种，目前生产的D/A转 换器中大多采用倒T形电阻网络这种结构。 其电路如下图所示。
1.电路
三、A/D转换器分类及应用介绍
• （1）从原理上分
•
双积分型ADC、逐次逼近型ADC、并行型
ADC以及 - 型。
• （2）从转换速度上分
• （3）从ADC输出的数字量最大位数（即分辨率） 来分
•
以二进制形式输出的有8、10、12、14、16、
24位等，以BCD码形式输出的有三位半，四位半 及更高分辨率的。
Q1
Q0
五位顺序脉冲发生器
四位逐次逼近型模-数转换器的原理电路
2. 转换过程
例：UR= -8V，UI = 5.52V
顺序
d3 d2 d1 d0 U0(V)
比 较 判 断 “1”留否
1
1000
4V
U0 < UI
留
2
1100
6V
U0 > UI
去
3
1010
5V
U0 < UI
留
4
1011
5. 5V
U0 UI
模拟量和数字量的转换
演讲者 组长 组员
耿福 陈贤杰 邓红波 董伟 凌承志
安全1001
演讲内容 • 一、D/A转换器转换原理 • 二、A/D转换器转换原理 • 三、A/D转换器分类及应用介绍
将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换
器(简称D/A转换器或DAC)
将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换
器(简称A/D转换器或ADC)
差越小，分辨率越高。 • 2.转换速度
从它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。其中有转换一次需 10ms以上的慢速ADC，需几十至几百μs的中速 ADC及只需几μs或小于1μs的高速及超高速ADC。 • 3.相对精度
实际转换值与理想值之间的最大偏差。 • 4其他
功率、电源电压、电压范围等。
• 下面结合图2.3的具体电路来说明逐次逼 近的过程。
Ui
UA
电压 － ＋ 比较器 ＋
△
∞
逐次逼近 寄存器
d3
Q F3 SR
四位D/A转换器
d2
Q F2 SR
d1
Q F1 SR
d0
Q F0 SR
控制逻辑门
≥1
≥1
≥1
&
&
&
&
&
d3
&
d2
读出“与门”
&
d1
&
d0
E 读出控制端
C 时钟脉冲
Q4
Q3
Q2
t0 t1
t2
t3
对应模拟电压 U 5.5 V
(转换误差: –0.02V)
1 11 1 1
d3 1时, 对应于 12UR
0 10 0 0
d2
1时, 对应于
1 4
U
R
0 00 1 1
d1
1时,
对应于