计算机原理第十章模数和数模转换
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第十章数模模数转换
；送内存 ；内存地址+1 ；采集次数减1 ；未完，继续 ；已完，程序退出
接 口 技 术
D0~D7 D7 PC 扩展槽 Y0 译 Y1 码 Y2 A0 DB0~3 STS AD574A & DB4~11 VCC VEE 10VIN 20VIN REFIN REFOUT BIPOFF DG & CE ＋15V
– 15V
AEN A0~9
CS
A0 R/C
第 十 章
IOW IOR
高字节；一个是311H，包含A0=1，读低字节。
（2）软件编程 根据题目的要求和信号的时序关系，其数据采集的程序段如下： MOV CX，40H ；采集次数 MOV SI，400H ；存放数据内存首址 START：MOV DX，312H ；12位转换（A0=0） MOV AL，0H ；写入的数据可以取任意值 OUT DX，AL ；转换启动（CS，及R/C均置0， CE置1） MOV DX，310H ；读状态，Y0=0，打开三态门 L： IN AL，DX AND AL，80H ；检查D7=STS=0？ JNZ L ；不为0，转换未结束，则等待 MOV DX，311H ；为0，转换已结束，先读低4位 （A0=1）
逐次 逼近 寄存器
第 十 章
D7 缓冲寄存器
D0
图11－13 逐次逼近式A/D转换原理图
接 口 技 术
基本过程： 预测最高位D7，置预测值为1000000B
比较待转换模拟量Vin和预测值对应的 模拟量V1
若VIN > V1，保留D7 = 1；
第 十 章
VIN< V1，置D7 = 0；
同样方法，预值D6、D5 … D0。
第
十 (4)采用GAL器件 章
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。
第10章 数模转换
第10章 D/A数模转换
目的与要求：
1、了解D/A转换的原理 2、掌握D/A 的主要技术指标。
3、掌握项目1，实验四（ D/A转换部分）
10.1.2 知识讲解
1、概述
图10-4 微机控制系统示意图
D/A转换器的作用是将数字信号转换成模拟的电信号。常用 的微机控制系统示意图如图10-4所示，各部分的作用如下所示。 （1） 传感器 温度、速度、流量、压力等非电信号，称为物理量。要把这 些物理量转换成电量，才能进行模拟量对数字量的转换，这种 把物理量转换成电量的器件称为传感器。目前有温度、压力、 位移、速度、流量等多种传感器。 （2） A/D转换器 把连续变化的电信号转换为数字信号的器件称为模数转换器， 即A/D转换器。 （3）D/A转换器 把数字信号转换成模拟信号，去控制执行机构的器件，称为 数模转换器，即D/A转换器。 D/A转换即数/模转换，是将数字量转换成与其成比例的模拟 量。D/A转换器的核心电路是解码网络，解码网络主要形式有 两种：一种是权电阻解码网络，另一种是T型电阻网络。
（2）程序清单
DAC0832输出连续锯齿波程序清单如下所示。 CODE SEGMENT ASSUME CS：CODE START:PUSH CS POP DS MOV AL，00H ; 锯齿波的起始值 MOV DX, 208H;DAC0832地址 BG: OUT DX，AL;输出，进行转换，转换时间1μs NOP ;延时 NOP ;延时 NOP ;延时 INC AL ;数字量加1 JMP BG ;循环 CODE ENDS END START
A0~A19
WR
AB地址总线A0~A19
74LS138 译码器
A3 A A4 B A5 C Y0
WR1
目的与要求：
1、了解D/A转换的原理 2、掌握D/A 的主要技术指标。
3、掌握项目1，实验四（ D/A转换部分）
10.1.2 知识讲解
1、概述
图10-4 微机控制系统示意图
D/A转换器的作用是将数字信号转换成模拟的电信号。常用 的微机控制系统示意图如图10-4所示，各部分的作用如下所示。 （1） 传感器 温度、速度、流量、压力等非电信号，称为物理量。要把这 些物理量转换成电量，才能进行模拟量对数字量的转换，这种 把物理量转换成电量的器件称为传感器。目前有温度、压力、 位移、速度、流量等多种传感器。 （2） A/D转换器 把连续变化的电信号转换为数字信号的器件称为模数转换器， 即A/D转换器。 （3）D/A转换器 把数字信号转换成模拟信号，去控制执行机构的器件，称为 数模转换器，即D/A转换器。 D/A转换即数/模转换，是将数字量转换成与其成比例的模拟 量。D/A转换器的核心电路是解码网络，解码网络主要形式有 两种：一种是权电阻解码网络，另一种是T型电阻网络。
（2）程序清单
DAC0832输出连续锯齿波程序清单如下所示。 CODE SEGMENT ASSUME CS：CODE START:PUSH CS POP DS MOV AL，00H ; 锯齿波的起始值 MOV DX, 208H;DAC0832地址 BG: OUT DX，AL;输出，进行转换，转换时间1μs NOP ;延时 NOP ;延时 NOP ;延时 INC AL ;数字量加1 JMP BG ;循环 CODE ENDS END START
A0~A19
WR
AB地址总线A0~A19
74LS138 译码器
A3 A A4 B A5 C Y0
WR1
数模和模数转换
通过模数转换，将模拟信号转换为数字信号， 实现过程控制和反馈控制。
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
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
模数和数模转换器（ADC和DAC）工作原理
模数和数模转换器（ADC和DAC）工作原理为了能够使用数字电路处理模拟信号,必须把模拟信号转化成相应的数字信号,方能送入数字系统进行处理.同时也要把处理后得到的数字信号在转换成相应的模拟信号,作为最后的输出.我们把前一种从模拟信号到数字信号的转换叫做模-数转换,或简称A/D;把后一种从数字信号到模拟信号的转换叫做数-模转换,或简称D/A.同时把A/D或D/A 转换的电路叫做模数转换器(简称ADC)或数模转换器(简称DAC)主要分成以下几个部分：1、取样：取样（也称采样）是将时间上连续变化的信号，转换为时间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。
2、保持：模拟信号经采样后，得到一系列样值脉冲。
采样脉冲宽度一般是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时保持所取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。
因此，在取样电路之后须加保持电路。
3、量化：将采样后的样值电平归化到与之接近的离散电平上，这个过程称为量化。
4、编码：把量化的结果用代码表示出来，称为编码。
这些代码就是A/D转换的输出结果。
模拟信号数字化需要注意两个问题：①每秒钟需要采集多少个信号样本，也就是采样频率(fs)是多少，②每个信号样本的比特数b/s(bit per sample)应该是多少，也就是量化精度。
根据奈奎斯特理论（Nyquist theory），采样频率的高低是由模拟信号本身的最高频率决定的。
奈奎斯特理论指出，采样频率不应低于模拟信号最高频率的两倍，这样就能把以数字表达的信号还原成原来的信号，这叫做无损数字化（lossless digitization）。
采样定律用公式表示为fs ≥ 2f或者T s ≤ T/2其中f为被采样信号的最高频率，T为被采样信号的最低周期，fs 称为采样频率，Ts为采样间隔。
如下图，图中的正弦曲线代表原始音频曲线；填了颜色的方格代表采样后得到的结果，二者越吻合说明采样结果越好。
数-模与模-数转换
4）转换时间。完成一次A/D所需的时间称为转换时间。各类A/D转换 器的转换时间有很大差别，取决于A/D转换的类型和转换位数。速度 最快的达到ns级，慢的约几百ms。
直接A/D型快，间接A/D型慢。并联比较型A/D最快，约几十ns；逐次 渐近式A/D其次，约几十μs；双积分型A/D最慢，约几十ms～几百ms 。
模拟电子开关的导通压降、导通电阻和电阻网络中电阻的误差等因素 有关。
2021/8/13
5
3）温度系数。在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度 变化而变化的量，称压变化的值。
4）建立时间。完成一次D/A转换所需时间。一般小于1μs 。
功能。当采样脉冲us到来后，采样管VT导通，输入的模拟 信号uA经过VT管向电容C充电。在采样脉冲结束后，采样 管VT截止，若电容和场效应管的漏电都很小，运算放大器
的输入阻抗又很高，那么两次采样之间的时间内，电容没
有泄漏电荷，其电压基本保持不变。
2021/8/13
10
3）量化与编码。所谓量化就是将采样/保持后得到的样本值在幅值上以一定的 级数离散化，用最小量化单位的倍数来表示采样保持阶梯波离散电平的过程。
例如，对于一个8位D/A转换器，其分辨率为：1/(281)=1/255≈0.00392=0.392%
2）转换精度。转换精度是指输出模拟电压实际值与理论值之差，即最 大静态误差。
转换精度与D/A转换器的分辨率、非线性转换误差、比例系数误差和温
度系数等参数有关。这些参数与基准电压UREF的稳定、运放的零漂、
电子技术基础与技能
数/模与模/数转换
2021/8/13
1. 数模转换和模数转换基本概念 数字电路和计算机只能处理数字信号，不能处理模拟信号。若
数模和模数转换
详细ห้องสมุดไป่ตู้述
按位数分类，数模转换器可分为二进制数模转换器和十进制 数模转换器。按工作方式分类，数模转换器可分为静态数模 转换器和动态数模转换器。按输入/输出接口分类，数模转换 器可分为独立式和并联式数模转换器等。
02
模数转换器（ADC）
定义
模数转换器（ADC）是一种将模拟信 号转换为数字信号的电子设备。它通 过一系列的电子和逻辑电路，将连续 的模拟信号转换为离散的数字信号。
04
数模和模数转换的挑战与解 决方案
量化误差
要点一
总结词
量化误差是由于数模转换器（DAC） 或模数转换器（ADC）的有限分辨率 和动态范围引起的误差。
要点二
详细描述
量化误差是由于数模转换器或模数转 换器的有限分辨率和动态范围引起的 误差。在数模转换中，量化误差表现 为输出模拟信号的不连续性，而在模 数转换中，量化误差表现为输入模拟 信号的失真。
像。
图像识别与处理
02
通过数模转换将图像从模拟信号转换为数字信号，进行图像识
别、分析和处理。
图像压缩与传输
03
利用数模转换技术对图像数据进行压缩和传输，提高传输效率
和降低存储成本。
通信系统
01
02
03
数字信号传输
数模转换将数字信号转换 为模拟信号，用于调制解 调器进行数据传输。
频分复用
通过模数转换将不同频率 的模拟信号转换为数字信 号，实现频分复用，提高 通信容量。
逐次逼近型ADC
逐次逼近型ADC采用一个比较器和逐位逼近的方法，通过 逐步调整参考电压来逼近输入电压，最终得到数字输出。 它的分辨率较高，但转换速率相对较慢。
积分型ADC
积分型ADC通过测量输入电压引起的电容充电时间来得到 数字输出。它的分辨率较高，但受限于积分器的线性度和 稳定性。
按位数分类，数模转换器可分为二进制数模转换器和十进制 数模转换器。按工作方式分类，数模转换器可分为静态数模 转换器和动态数模转换器。按输入/输出接口分类，数模转换 器可分为独立式和并联式数模转换器等。
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模数转换器（ADC）
定义
模数转换器（ADC）是一种将模拟信 号转换为数字信号的电子设备。它通 过一系列的电子和逻辑电路，将连续 的模拟信号转换为离散的数字信号。
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数模和模数转换的挑战与解 决方案
量化误差
要点一
总结词
量化误差是由于数模转换器（DAC） 或模数转换器（ADC）的有限分辨率 和动态范围引起的误差。
要点二
详细描述
量化误差是由于数模转换器或模数转 换器的有限分辨率和动态范围引起的 误差。在数模转换中，量化误差表现 为输出模拟信号的不连续性，而在模 数转换中，量化误差表现为输入模拟 信号的失真。
像。
图像识别与处理
02
通过数模转换将图像从模拟信号转换为数字信号，进行图像识
别、分析和处理。
图像压缩与传输
03
利用数模转换技术对图像数据进行压缩和传输，提高传输效率
和降低存储成本。
通信系统
01
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03
数字信号传输
数模转换将数字信号转换 为模拟信号，用于调制解 调器进行数据传输。
频分复用
通过模数转换将不同频率 的模拟信号转换为数字信 号，实现频分复用，提高 通信容量。
逐次逼近型ADC
逐次逼近型ADC采用一个比较器和逐位逼近的方法，通过 逐步调整参考电压来逼近输入电压，最终得到数字输出。 它的分辨率较高，但转换速率相对较慢。
积分型ADC
积分型ADC通过测量输入电压引起的电容充电时间来得到 数字输出。它的分辨率较高，但受限于积分器的线性度和 稳定性。
第十章十一章数模及模数转换详解演示文稿
+4
+3
+2
+1 0
偏移码
+3 +2 +1 0 -1 -2
-3
-4
可见，单极性码是正数，偏移码是单极性码加上一 个偏移量而得(本例的偏移量为-4)。
10
目前十页\总数七十一页\编于七点
⑤输出模拟量的极性
有单极性输出、双极性输出。 对需要正负电压控制的设备，要使用双极性DAC，或在 输出电路中采取措施，使输出电压有极性变化。
另外，在系统中，D/A转换器也是一种微机的外 围设备，因此，在实际使用中，无论D/A转换器的 内部是否带有数据锁存器，都经常利用并行I/O接 口芯片与CPU相连，这样，在时序配合和驱动能力上 都容易和CPU一致，使设计简化和调试方便。并增 加系统的可靠性。
14
目前十四页\总数七十一页\编于七点
10.2 D/A转换器接口电路设计
11
目前十一页\总数七十一页\编于七点
二、D/A转换器与微处理器的接口方法
1. 接口的任务
主要任务是要解决CPU与DAC之间数据缓冲问题。
原因之一在于CPU的输出数据在数据总线上出现的时间 很短暂，只有几个时钟周期。因此，D/A转换器接口必
须能将数据保存起来供转换之用。
原因之二在于，若CPU的数据总线宽度与DAC的分辨
压，则它能分辨的最小电压=5V/1024=5mV。可见其分
辨率高于8位的D/A转换器。
4
目前四页\总数七十一页\编于七点
②转换时间
指数字量输入到完成转换．输出达到最终值并稳定 为止所需的时间。
电流型D／A转换较快。
电压型D/A转换较慢，取决于运算放大器的响应时间。 一般在几ns到几百µs之内。
+3
+2
+1 0
偏移码
+3 +2 +1 0 -1 -2
-3
-4
可见，单极性码是正数，偏移码是单极性码加上一 个偏移量而得(本例的偏移量为-4)。
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⑤输出模拟量的极性
有单极性输出、双极性输出。 对需要正负电压控制的设备，要使用双极性DAC，或在 输出电路中采取措施，使输出电压有极性变化。
另外，在系统中，D/A转换器也是一种微机的外 围设备，因此，在实际使用中，无论D/A转换器的 内部是否带有数据锁存器，都经常利用并行I/O接 口芯片与CPU相连，这样，在时序配合和驱动能力上 都容易和CPU一致，使设计简化和调试方便。并增 加系统的可靠性。
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10.2 D/A转换器接口电路设计
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二、D/A转换器与微处理器的接口方法
1. 接口的任务
主要任务是要解决CPU与DAC之间数据缓冲问题。
原因之一在于CPU的输出数据在数据总线上出现的时间 很短暂，只有几个时钟周期。因此，D/A转换器接口必
须能将数据保存起来供转换之用。
原因之二在于，若CPU的数据总线宽度与DAC的分辨
压，则它能分辨的最小电压=5V/1024=5mV。可见其分
辨率高于8位的D/A转换器。
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②转换时间
指数字量输入到完成转换．输出达到最终值并稳定 为止所需的时间。
电流型D／A转换较快。
电压型D/A转换较慢，取决于运算放大器的响应时间。 一般在几ns到几百µs之内。
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2020/9/23
数据采集系统的组成
3 信号调理器（SIGNAL CONDITIONING ）
作用： （1） 完成信号的电平、极性等转换，以便与A/D变换器所需的电 平极性匹配，充分利用A/D精度。从传感器得到的输出信号小至毫 伏级、微伏级，必须放大到足够的电平，才能精确测量。有的信号 是双极性，需要进行极性转换变成单极性。信号调理器还应起阻抗 变换作用，隔离后面的负载对传感器的影响。
第十章 模/数和数/模转换
10.1 数据采集基本概念 10.2 A/D接口电路设计 10.3 D/A接口电路设计
2020/9/23
10.1 数据采集基本概念
通常从传感器或其它方式得到的模拟信号，经 过必要的处理后转换成数字信号，以供存储、传 输、处理和显示之用。我们把从模拟域到数字域 之间的接口，称为数据采集系统。
称采样保持电路。A/D转换中，采样保持电路对系统的 精度起着决定性的影响。 • 一般采样保持电路有两种运行模式，即采样和保持 模式，它由数字控制输入端来选择。在采样模式中输 出随输入变化，通常增益为1；在保持模式中，采样保 持电路的输出将保持命令发出时的输出值，直到数字 控制输入端输入了下一个采样命令为止。
2020/9/23
数据采集系统的组成
1 . 传感器
把各种物理量如温度、压力等转换成电信号的器件称为传感器。 如测量温度的传感器有热电偶、热敏电阻；测量机械力的有压力传 感器、应变片等；测量机械位移的有感应式位移传感器等。
2. 多路模拟开关
如果有多个独立的或相关的模拟信号源，需要转换成数字形式， 为使采样保持器、A/D等后续电路可以公用，这可通过多路模拟开 关按序切换来实现。
数据采集系统的组成
多通道共用采样保持与A/D变换器
2020/9/23
AD转换器参数
➢量程：输入模拟信号幅度范围，如1V，2V，5V； ➢带宽：输入模拟信号频率范围，如100MHz，1GHz； ➢转换速率：每秒能进行的转换次数，KHz，MHz； ➢分辨率：能够分辨最小信号的能力，用ADC位数或每位对 应的电压表示，能引起输出数字值发生一位变化的最小模拟 输入变化。
例：位数8位，满量程5V，则其分辨率为8位，或 5V/(28-1)=19.6mV
2020/9/23
AD转换器参数
➢转换精度：转换器实际值接近理想值的精确程度，用数字量 的最低有效位LSB对应的模拟量△表示。
受分辨率限制，理想转换器输入在±0.5 △范围内变化时，输出对应同一
个值，其转换精度为±0LSB。 ➢其他参数：
2020/9/23
A/D接口电路设计
1，ADC0809工作原理及接口
ADC0809是采用逐次逼近技术进行A/D转换的CMOS集成芯片 ，它转换时间是100μs，分辨率为8位，单5V供电，输入模拟电 压范围为0—5V，内部集成了可以锁存控制的8路多路开关，并 且还集成了可以锁存的三态缓冲器。
ADC0809内部功能框图包括： ✓ 8路模拟开关； ✓ 地址锁存与译码； ✓ 8位A/D转换； ✓ 三态输出锁存器。
积分非线性、差分非线性、丢码、供电方式、功耗、时钟、输出数据格 式。。。
2020/9/23
计
✓保证正常工作条件下，提高性能： ✓减小数字部分对模拟信号的干扰； ✓模拟信号的调理； ✓数字接口； ✓采样时钟处理； ✓电源、地的连接； ✓参考电压基准；
信2息020源/9/2：3 语言信号、生物医学信号、工业现场信号、雷达回波信号等。
数据采集基本概念
模/数(A/D)转换：在现实世界中被控对象或测量对象的有关 参数如温度、压力、流量、速度等往往都是一些连续的模 拟量。人们要认识它、使用它，需要把各种物理量转换成 电的模拟信号，然后进行处理。随着数据信号处理的广泛 应用，如语音信号处理、图象信号处理、生物信号处理、 雷达信号处理等，都必须将这些模拟量转换成数字量，然 后利用计算机实现各种信息处理。 数/模(D/A)转换：将计算机加工处理的数字量转换成模拟量， 以便对被控对象进行控制。
极性、幅度、阻抗
（2） 抑制干扰，提高信噪比，特别是传感器通过较长电缆与计算 机相联，共模干扰及高频干扰明显，信号常被淹没。信号调理器应 尽量抑制干扰和噪声，不使信号污染。
滤波
（3）防止混叠现象，即对信号预先进行防混叠波。 采样定理：低通采样、带通采样
2020/9/23
数据采集系统的组成
4. 采样保持电路 • 在A/D进行转换时间内，保持输入信号不变的电路
2020/9/23
MAX108 : 1.5Gsps 8bitADC with 2.2GHz SHA
数据采集系统的组成
• 对于高速多通道数据采集系统，以及需要 各通道同时采集数据的系统，通常是让每个 通道各自具有采样保持器与A/D变换器。
2020/9/23
数据采集系统的组成
多通道共用A/D变换器
2020/9/23
间、电容器充电时间常数、保持电容上电压变化幅度有关，这 将影响采样频率的提高。
• （3）保持电压的衰减率：在保持状态下，由于保持电容器
的漏电和其他杂散漏电流引起的保持电压衰减。
2020/9/23
ADS5547片内集成SHA
2020/9/23
ADS5547片内集成SHA
2020/9/23
MAX108的片内SHA
2020/9/23
数据采集系统的组成
• 采样保持器的主要性能参数是： • （的时1）间孔。这径是时模间式T开AP关：从从闭保合持状命态令到发断出开到状开态关的全过部度断时开间所。需将要
使实际电压值与希望的电压保持值之间产生误差，这将影响转 换精度。
• （保持2）值捕达到捉输时入间信T号AC当：前从值采所样需命时令间发。出它到与采模样式保开持关器的的接输通出由时
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数据采集系统的组成
采样保持电路的组成： • 保持电容器、输入输出缓冲放大器、逻辑输入
控制的开关电路。 • 采样保持电路原理见下图。
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采样过程
f (t)
f* (t)
f (t)
S
f* (t)
O
t
(a) 被采样信号
(b) 采样开关
0 T 2T 4T 6T t (c) 采样信号
数据采集系统的组成
3 信号调理器（SIGNAL CONDITIONING ）
作用： （1） 完成信号的电平、极性等转换，以便与A/D变换器所需的电 平极性匹配，充分利用A/D精度。从传感器得到的输出信号小至毫 伏级、微伏级，必须放大到足够的电平，才能精确测量。有的信号 是双极性，需要进行极性转换变成单极性。信号调理器还应起阻抗 变换作用，隔离后面的负载对传感器的影响。
第十章 模/数和数/模转换
10.1 数据采集基本概念 10.2 A/D接口电路设计 10.3 D/A接口电路设计
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10.1 数据采集基本概念
通常从传感器或其它方式得到的模拟信号，经 过必要的处理后转换成数字信号，以供存储、传 输、处理和显示之用。我们把从模拟域到数字域 之间的接口，称为数据采集系统。
称采样保持电路。A/D转换中，采样保持电路对系统的 精度起着决定性的影响。 • 一般采样保持电路有两种运行模式，即采样和保持 模式，它由数字控制输入端来选择。在采样模式中输 出随输入变化，通常增益为1；在保持模式中，采样保 持电路的输出将保持命令发出时的输出值，直到数字 控制输入端输入了下一个采样命令为止。
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数据采集系统的组成
1 . 传感器
把各种物理量如温度、压力等转换成电信号的器件称为传感器。 如测量温度的传感器有热电偶、热敏电阻；测量机械力的有压力传 感器、应变片等；测量机械位移的有感应式位移传感器等。
2. 多路模拟开关
如果有多个独立的或相关的模拟信号源，需要转换成数字形式， 为使采样保持器、A/D等后续电路可以公用，这可通过多路模拟开 关按序切换来实现。
数据采集系统的组成
多通道共用采样保持与A/D变换器
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AD转换器参数
➢量程：输入模拟信号幅度范围，如1V，2V，5V； ➢带宽：输入模拟信号频率范围，如100MHz，1GHz； ➢转换速率：每秒能进行的转换次数，KHz，MHz； ➢分辨率：能够分辨最小信号的能力，用ADC位数或每位对 应的电压表示，能引起输出数字值发生一位变化的最小模拟 输入变化。
例：位数8位，满量程5V，则其分辨率为8位，或 5V/(28-1)=19.6mV
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AD转换器参数
➢转换精度：转换器实际值接近理想值的精确程度，用数字量 的最低有效位LSB对应的模拟量△表示。
受分辨率限制，理想转换器输入在±0.5 △范围内变化时，输出对应同一
个值，其转换精度为±0LSB。 ➢其他参数：
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A/D接口电路设计
1，ADC0809工作原理及接口
ADC0809是采用逐次逼近技术进行A/D转换的CMOS集成芯片 ，它转换时间是100μs，分辨率为8位，单5V供电，输入模拟电 压范围为0—5V，内部集成了可以锁存控制的8路多路开关，并 且还集成了可以锁存的三态缓冲器。
ADC0809内部功能框图包括： ✓ 8路模拟开关； ✓ 地址锁存与译码； ✓ 8位A/D转换； ✓ 三态输出锁存器。
积分非线性、差分非线性、丢码、供电方式、功耗、时钟、输出数据格 式。。。
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计
✓保证正常工作条件下，提高性能： ✓减小数字部分对模拟信号的干扰； ✓模拟信号的调理； ✓数字接口； ✓采样时钟处理； ✓电源、地的连接； ✓参考电压基准；
信2息020源/9/2：3 语言信号、生物医学信号、工业现场信号、雷达回波信号等。
数据采集基本概念
模/数(A/D)转换：在现实世界中被控对象或测量对象的有关 参数如温度、压力、流量、速度等往往都是一些连续的模 拟量。人们要认识它、使用它，需要把各种物理量转换成 电的模拟信号，然后进行处理。随着数据信号处理的广泛 应用，如语音信号处理、图象信号处理、生物信号处理、 雷达信号处理等，都必须将这些模拟量转换成数字量，然 后利用计算机实现各种信息处理。 数/模(D/A)转换：将计算机加工处理的数字量转换成模拟量， 以便对被控对象进行控制。
极性、幅度、阻抗
（2） 抑制干扰，提高信噪比，特别是传感器通过较长电缆与计算 机相联，共模干扰及高频干扰明显，信号常被淹没。信号调理器应 尽量抑制干扰和噪声，不使信号污染。
滤波
（3）防止混叠现象，即对信号预先进行防混叠波。 采样定理：低通采样、带通采样
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数据采集系统的组成
4. 采样保持电路 • 在A/D进行转换时间内，保持输入信号不变的电路
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MAX108 : 1.5Gsps 8bitADC with 2.2GHz SHA
数据采集系统的组成
• 对于高速多通道数据采集系统，以及需要 各通道同时采集数据的系统，通常是让每个 通道各自具有采样保持器与A/D变换器。
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数据采集系统的组成
多通道共用A/D变换器
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间、电容器充电时间常数、保持电容上电压变化幅度有关，这 将影响采样频率的提高。
• （3）保持电压的衰减率：在保持状态下，由于保持电容器
的漏电和其他杂散漏电流引起的保持电压衰减。
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ADS5547片内集成SHA
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ADS5547片内集成SHA
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MAX108的片内SHA
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数据采集系统的组成
• 采样保持器的主要性能参数是： • （的时1）间孔。这径是时模间式T开AP关：从从闭保合持状命态令到发断出开到状开态关的全过部度断时开间所。需将要
使实际电压值与希望的电压保持值之间产生误差，这将影响转 换精度。
• （保持2）值捕达到捉输时入间信T号AC当：前从值采所样需命时令间发。出它到与采模样式保开持关器的的接输通出由时
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数据采集系统的组成
采样保持电路的组成： • 保持电容器、输入输出缓冲放大器、逻辑输入
控制的开关电路。 • 采样保持电路原理见下图。
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采样过程
f (t)
f* (t)
f (t)
S
f* (t)
O
t
(a) 被采样信号
(b) 采样开关
0 T 2T 4T 6T t (c) 采样信号