10 数模转换与模数转换
数模装换 模数转换
AD&DA1.基本概念A/D是模拟量到数字量的转换，依靠的是模数转换器，简称ADC。
D/A是数字量到模拟量的转换，依靠的是数模转换器，简称DAC。
2.主要指标（1）.ADC的位数一个n位的ADC表示这个ADC共有2的n次方个刻度。
8位ADC，输出的是从0-255的256个数字，也就是2的8次方。
（2）.基准源基准源也叫基准电压，要想把输入ADC的信号测量准确，那么基准源首先要准。
假如我们的基准源应该是5.10V，但是实际上提供的却是4.5V，这样误把4.5V当成了5.10V来处理的话，偏差也会比较大。
（3）.分辨率分辨率是数字量变化的一个最小刻度时，模拟信号的变化量，定义为满刻度量程与2n-1的比值。
假定5.10V的电压系统，使用8位的ADC进行测量，那么相当于0-255一共256个刻度把5.10V划分成255份，那么分辨率就是5.10/255=0.02V.（4）.INL(积分非线性度)和DNL（差分非线性度）一般容易混淆两个概念就是分辨率和精度，认为分辨率越高，则精度越高，而实际上，两者并没有必然的联系。
分辨率是用来描述刻度划分的，而精度是用来描述准确程度。
同样一根米尺，刻度数相同，分辨率就相当，但是精度却可以相差很大,ADC精度关系重大的两个指标是INL(Integral NonLiner)和DNL(Differencial NonLiner)。
INL指的是ADC器件在所有的数值上对应的模拟值，和真实值之间的误差最大的哪一个点的误差值，是ADC最重要的一个精度标准，单位是LSB。
LSB 是最低有效位的意思，那么实际上对应的就是ADC的分辨率。
一个基准为5.10V 的8位ADC，它的分辨率就是0.02V，用它去测量一个电压信号，得到的实际结果是100，就是表示它测到的电压值是100*0.02=2V，假定它的INL是1LSB，就是表示这个电压信号真实的准确值是在1.98V——2.02之间的，按理想情况对应的数字因该是99-101，测量误差是一个最低的有效位，即1LBS。
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。
数模和模数转换
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
【精品】数模转换与模数转换
【关键字】精品第7章数-模转换与模-数转换第1讲数-模转换一、教学目的：1、数模转换的基本原理。
2、理解常见的数模转换电路。
3、掌握数模转换电路的主要性能指标。
二、主要内容：1、数模转换的定义及基本原理2、权电阻D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数3、DAC主要性能指标三、重点难点：权电阻D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数。
四、课时安排：2学时五、教学方式：课堂讲授六、教学过程设计复习并导入新课：新课讲解：[重点难点]权电阻D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数，逐次逼近型A/D转换器、双积分型A/D转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数。
[内容提要]本章介绍数字信号和模拟信号相互转换的基本原理和常见转换电路。
必要性与意义：自然界中，许多物理量是模拟量，电子系统中的输入、输出信号多数也是模拟信号。
而数字系统处理的数字信号却具有抗干扰能力强、易处理等优点；利用数字系统处理模拟信号的情况也越来越普遍。
由于数字系统只能对数字信号进行处理，因此要根据实际情况对模拟信号和数字信号进行相互转换。
随着计算机技术和数字信号处理技术的快速发展，在通信、自动控制等许多领域，常常需要将输入到电子系统的模拟信号转换成数字信号后，再由系统进行相应的处理，而数字系统输出的数字信号，还要再转换为模拟信号后，才能控制相关的执行机构。
这样，就需要在模拟信号与数字信号之间建立一个转换接口电路—模数转换器和数模转换器。
A/D转换定义：将模拟信号转换为数字信号的过程称为模数转换（Analog to Digital），或A/D转换。
能够完成这种转换的电路称为模数转换器（Analog Digital Converter），简称ADC。
D/A转换定义：将数字信号转换为模拟信号的过程称为数模转换（Digital to Analog），或D/A转换。
什么是数模转换和模数转换
什么是数模转换和模数转换1. 引言在现代科技和通信领域中，数模转换（Digital-to-Analog Conversion）和模数转换（Analog-to-Digital Conversion）是非常重要的概念。
它们在各种应用中起着至关重要的作用，如音频处理、图像处理、数据转换等。
本文将介绍数模转换和模数转换的定义、原理和应用。
2. 数模转换数模转换是将数字信号转换为模拟信号的过程。
数字信号是以离散的二进制形式表示的信号，而模拟信号是连续变化的信号。
通过数模转换，我们可以将数字信号转换为模拟信号，以便于在模拟领域进行进一步的处理和分析。
数模转换的原理是通过采样和保持、量化和编码三个步骤实现的。
首先，采样和保持将连续的模拟信号转换为离散的采样信号。
然后，量化将采样信号的幅度离散化为一系列的取值。
最后，编码将离散化后的采样信号转换为二进制代码，以便进行数字信号处理。
数模转换广泛应用于音频和视频领域。
例如，在音频播放器中，数模转换器将数字音频信号转换为模拟信号，使得我们可以聆听到高质量的音乐。
同时，在数字电视中，数模转换器将数字视频信号转换为模拟视频信号，使得我们可以观看高清晰度的电视节目。
3. 模数转换模数转换是将模拟信号转换为数字信号的过程。
模拟信号是连续变化的信号，而数字信号是以离散的二进制形式表示的信号。
通过模数转换，我们可以将模拟信号转换为数字信号，以便于在数字领域进行处理和存储。
模数转换的原理是通过采样和量化两个步骤实现的。
首先，采样将连续的模拟信号转换为离散的采样信号。
然后，量化将采样信号的幅度离散化为一系列的取值。
最终，将离散化后的采样信号转换为二进制代码，以表示数字信号。
模数转换在通信领域和数据存储领域得到广泛应用。
例如，在手机通信中，模数转换器将人的声音转换为数字信号，以便于在网络中传输。
同样地，在数字存储设备中，模数转换器将模拟数据（如声音、图像等）转换为数字数据，以便于存储和处理。
数模转换和模数转换
Ii 2nU 1 RiR2U n1RR2iDi
运算放大器总的输入电流为
In i 0 1Iin i 0 12 U n 1 R RD i2i2 U n 1 R Rn i 0 1D i2i
运算放大器的输出电压为
URfI2 Rnf U 1R Rn i 01Di2i
若Rf=1/2R，代入ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ式后则得
在目前常见的D/A转换器中，有权电阻网络D/A转换 器，倒梯形电阻网络D/A转换器等。A/D转换器的类型也 有多种，可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大 类。在直接A/D转换器中，输入的模拟信号直接被转换成 相应的数字信号；而在间接A/D转换器中，输入的模拟信 号先被转换成某种中间变量（如时间、 频率等），然后 再将中间变量转换为最后的数字量。
它由一个八位输入寄存器、一个八位DAC寄存器和一 个八位D/A转换器三大部分组成，D/A转换器采用了倒T 型R-2R电阻网络。由于DAC0832有两个可以分别控制的 数据寄存器，所以，在使用时有较大的灵活性， 可根据 需要接成不同的工作方式。DAC0832中无运算放大器， 且是电流输出，使用时须外接运算放大器。芯片中已设 置了Rfb，只要将 9 脚接到运算放大器的输出端即可。若 运算放大器增益不够， 还须外加反馈电阻。
图 10-5 漂移误差
3.
从数字信号输入DAC起，到输出电流（或电压）
达到稳态值所需的时间为建立时间。 建立时间的大小
决定了转换速度。目前 10~12
D/A 转换
器（不包括运算放大器）的建立时间可以在 1 微秒以
内。
10.2.4 八位集成DAC0832
图 10-6 集成DAC0832框图与引脚图
10.2.3 D/A转换器的主要技术指标
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
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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
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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
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。
数电教材第章数模和模数转换
11.2.1 权电阻网络D/A转换器
2.输出电压旳计算： 输出电压为
v0 RF I RF (I3 I2 I1 I0 )
因为V－ ≈V＋＝0， 故各电流为
I3
VREF R
d3, I2
VREF 2R
d 2，I1
VREF 4R
d1, I0
VREF 8R
d0
11.2.1 权电阻网络D/A转换器
注：根据数字量旳输入输出方式能够将D/A转换器提成 并行输入和串行输入两种类型，将A/D转换器提成并行 输出和串行输出两种类型。因为D/A转换器电路旳工作 原理较A/D转换器简朴，且是A/D转换器电路旳构成部 分，故先简介D/A转换器。
11.2 D/A转换器
D/A转换器旳目旳为：
D 111101…
R R R R 图11.2.5
11.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
R R R R 图11.2.5
R
VREF I
总旳电流为
I VREF R
di di
1时，Ii流入i 0时，I i流入地端
i
I
I
I
I
d3
(
2
)
d
2
(
4
)
d1
(
8
)
d
0
( 16
)
11.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
因为 I VREF
图11.2.6为采用倒T型电阻网络旳单片集成D/A转换器 CB7520(AD7520)旳电路。
图11.2.6 其输入为10位二进制数，采用CMOS电路构成旳模拟 开关。
11.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
输出电压为
第十章十一章数模及模数转换
5
③精度
指D/A转换器实际输出电压与理论值之间的误 差。有绝对误差和相对误差两种。 前者一般采用数字量的最低有效位作为衡量单 位。后者则用：输出量绝对误差/满量程×100％。 例如，一个数模转换器精度为±1/2LSB，表示该 转换器的实际输出值与其理想输出值间最大偏差 为最低有效位所对应的模拟输出值的一半。 再如，某分辨率为8位的D/A转换器。其精度为 ±1/2LSB。如果用相对误差表示其精度，则它的 精度是： (±1/2LSB×△)/(△×28)=(±1/2LSB)/28=(±1/2)/28 =±1/512。
20
对要求多片DAC0832同时进行转换的系统， 各芯片的选片信号不同，这样可由选片信号CS与 WR1将数据分别输入到每片的输入寄存器中。各片 的XFER与WR2分别接在一起，公用一组信号，在 XFER与WR2同时为低电平时，数据将在同一时刻由 8位输入寄存器传送到对应的8位DAC寄存器，并 靠WR2或XFER的上升沿将信号锁存在DAC寄存器中， 与此同时，多个DAC0832芯片开始转换，其时间 关系如图所示。
两个8位输入寄存器可以分别选通，从而使 DAC0832实现双缓冲工作方式，即可把从CPU 送来的数据先打入输入寄存器，在需要进行转 换时．再选通DAC寄存器，实现D/A转换，这种 工作方式称为双缓冲工作方式。
17
各引脚功能说明如下： ILE：输入锁存允许信号，输入，高电平有效。 CS：片选信号，输入、低电平有效，与ILE共同 决定WR1是否起作用。
19
IOUT2：DAC电流输出2， RFB：片内反馈电阻引脚，与外接运算放大器 配合构成I/V转换器。 VREF：参考电源或叫基准电源输入端，此端 可接一个正电压或一个负电压，范围为： +10V~ -10V，由于它是转换的基准，要求电压 准确、稳定性好。 VCC：芯片供电电压端．范围为+5V~+15V， 最佳值为+15V。 AGND：模拟地，即芯片模拟电路接地点，所 有的模拟地要连在一起。 DGND：数字地，即芯片数字电路接地点。所 有的数字电路地连地一起。使用时，再将模拟地 和数字地连到一个公共接地点，以提高系统的抗 干扰能力。
什么是电路中的数模转换和模数转换
什么是电路中的数模转换和模数转换电路中的数模转换和模数转换是指将数字信号和模拟信号互相转换的过程。
在现代电子设备和通信系统中，这两种转换方式起着至关重要的作用。
1. 数模转换：数模转换是将数字信号转换为模拟信号的过程。
在数字电路中，所有信息都以二进制形式表示，通过数模转换可以将数字信号转换为模拟电压、电流或其他模拟形式的信号。
常见的数模转换器是数字到模拟转换器（DAC），它将数字信号转换为模拟信号的输出。
数模转换器通常由一个数字输入和一个模拟输出组成。
数模转换器的输入可以是数字编码、数字信号或数字数据，输出信号则是连续的模拟波形。
在数模转换的过程中，数字信号经过采样和量化，然后根据一定的规则转换为相应的模拟信号。
数模转换在诸多应用中发挥着重要的作用，如音频和视频处理、通信系统中的调制解调器等。
通过数模转换，数字信号能够在模拟电路中进行处理和传输，实现数字与模拟信号之间的无缝衔接。
2. 模数转换：模数转换是将模拟信号转换为数字信号的过程。
在大部分现代电子设备中，数字信号更易于处理和存储，因此需要将模拟信号转换为数字信号以进行后续处理。
模数转换器（ADC）是常见的模数转换设备，它将模拟信号转换为离散的数字化信号。
模数转换器通常包含一个模拟输入和一个数字输出。
在模数转换的过程中，连续的模拟波形被分段采样，然后经过量化，最终转换为离散的数字信号。
适当的采样频率和精度可以确保模拟信号在数字化后能够保持较高的还原度。
模数转换在许多领域中被广泛使用，如音频和视频编码、传感器信号处理、通信系统中的调制解调器等。
通过模数转换，模拟信号可以被数字电路准确地表示和处理，实现了数字系统对模拟信号的感知和操作。
总结：数模转换和模数转换是电路中常见的信号转换方式，它们相互补充，使得数字和模拟信号能够在电子设备和通信系统中相互转换。
数模转换将数字信号转换为模拟信号，模数转换则将模拟信号转换为数字信号。
这两种转换方式的应用广泛，并在现代电子技术中扮演着重要的角色。
数模转换和模数转换
• 1.倒T型电阻网络D/A转换器 • 如图9-1-2所示为一个4位倒T型电阻网络D/A转换器(按同样结构可将
它扩展到任意位)，它由数据锁存器(图中未画)、模拟电子开关 (S0~S3) , R~ 2R倒T型电阻网络、运算放大器(A)及基准电压U REF组 成。
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9. 2 模数转换电路
• 3. ADC0809应用说明 • (1)ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 • (2)初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 • (3)送要转换的那一通道的地址到A,B,C端口上。 • (4)在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 • (5)是否转换完毕，可以根据EOC信号来判断。 • (6)当EOC变为高电平时，这时给GE为高电平，转换的数据就输出给
的取样频率由取样定理确定。 • 根据采样定理，用数字方法传递和处理模拟信号，并不需要信号在整
个作用时间内的数值，只需要采样点的数值。所以，在前后两次采样 之间可把采样所得的模拟信号暂时存储起来以便将其进行量化和编码。 • 2.量化和编码 • 经过采样、保持后的模拟电压是一个个离散的电压值。对这么多离散 电压直接进行数字化(即用有限个。
• 1.集成D/A转换器DA7520 • 常用的集成D/A转换器有DA7520,DAC0832,DA00808 , DA01230,
MC1408、AD7524等，这里只对DA7520做介绍。 • DA7520的外引线排列及连接电路如图9-1-3所示. • DA7520的主要性能参数如下: • (1)分辨率:十位; • (2)线性误差 • (3)转换速度
数模模数转换
能分解的最小量。
图中为
1 2n
1 ，要减少量化误差，只要增
16
加数字编码信号的位数。
图9-3 D/A转换器输出特性
15
0 0000
1111
例如：输入二进制代码为千位数码，其输 出电压可能的最小变化为等值输出的1/1024。
下图为一个n位D/A转换器的方框图。
D0 数 字 D1 输 入
Dn-1
D/A转换器可以看作是一个译码器，它是将 输入的二进制数字信号器(或称编码信号)转换(翻 译)成模拟信号，并以电压或电流形式输出。
图9-3表示了4位二进制代码的数字信号经
过D/A转换器后的输出模拟信号电压的对应关
系。每一个二进制代码的编码数字信号，都可以
翻译成一个相对应的十进制数值。
例如：(1010)2→(10)10 ，量化级到信息所
二、数据传输系统 目前在通信(例如移动数字电话)、遥控、遥
测、数据广播、数字电视等，需要进行远距离传 送，采用数字信号比模拟信号抗干扰性强、保密 性强。其系统方框图如下：
9.2 数模(D/A)转换器
一、基本原理 所谓D/A（数模）转换器就是将离散的数字
量转换为连续变化模拟量的数模转换器，又称为 D/A转换器或DAC。
运算放大器A1、三极管TR、电阻RR、R组 成了基准电流发生电路。基准电流IREF是由外加 的基准电压VREF和电阻RR决定。由于T3和TR具 有相同的VBE，而发射极回路电阻相差一倍，所 以它们的发射极电流也必然相差一倍。故有：
IREF
2IE3
VREF RR
VREF RR
I
将式(9-4)代入式(9-3)得:
当代码为0时，对应的恒流源接地。 故输出电压为：
10数模和模数转换器
10 数模和模数转换器在数字系统的应用中，通常要将一些被测量的物理量通过传感器送到数字系统进行加工处理；经过处理获得的输出数据又要送回物理系统，对系统物理量进行调节和控制。
传感器输出的模拟电信号首先要转换成数字信号，数字系统才能对模拟信号进行处理。
这种模拟量到数字量的转换称为模-数(A/D)转换。
处理后获得的数字量有时又需转换成模拟量，这种转换称为数-模(D/A)变换。
A/D 转换器简称为ADC 和D/A 转换器简称为DAC 是数字系统和模拟系统的接口电路。
一、D/A 转换器D/A 转换器一般由变换网络和模拟电子开关组成。
输入n 位数字量D （=D n-1…D 1D 0）分别控制这些电子开关，通过变换网络产生与数字量各位权对应的模拟量，通过加法电路输出与数字量成比例的模拟量。
1、倒T 型电阻网络D/A 转换器倒T 型电阻解码D/A 转换器是目前使用最为广泛的一种形式，其电路结构如图10.1.1所示。
U o图10.1.1 倒T 型电阻网络D/A 转换电路当输入数字信号的任何一位是“1”时，对应开关便将2R 电阻接到运放反相输入端，而当其为“0”时，则将电阻2R 接地。
由图7.2可知，按照虚短、虚断的近似计算方法，求和放大器反相输入端的电位为虚地，所以无论开关合到那一边，都相当于接到了“地”电位上。
在图示开关状态下，从最左侧将电阻折算到最右侧，先是2R//2R 并联，电阻值为R ，再和R 串联，又是2R ，一直折算到最右侧，电阻仍为R ，则可写出电流I 的表达式为RV I REF=只要V REF 选定，电流I 为常数。
流过每个支路的电流从右向左，分别为12I、22I、32I 、…。
当输入的数字信号为“1”时，电流流向运放的反相输入端，当输入的数字信号为“0”时，电流流向地，可写出∑I 的表达式011212242d Id I d I d I I n n n n ++++=---∑ 在求和放大器的反馈电阻等于R 的条件下，输出模拟电压为)2242(01121o d Id I d I d I R RI U n n n n ++++-=-=---∑)2222(200112-n 2-n 1-n 1-n nREF d d d d V ++++-= nV U 2REF 0-=)2222(00112211⨯+⨯++⨯+⨯----d d d d n n n n2、权电流型D/A 转换器倒T 型电阻变换网络虽然只有两个电阻值，有利于提高转换精度，但电子开关並非理想器件，模拟开关的压降以及各开关参数的不一致都会引起转换误差。
数模转换器与模数转换器基本原理
数模转换器与模数转换器基本原理数模转换器（DAC）和模数转换器（ADC）是现代电子设备中常见的模拟信号处理电路，它们用于将数字信号转换为模拟信号或将模拟信号转换为数字信号。
本文将详细介绍数模转换器和模数转换器的基本原理。
一、数模转换器（DAC）基本原理数模转换器将数字信号转换为模拟信号，通常用于将数字数据转换为模拟信号输出，如音频、视频等。
数模转换器的基本原理如下：1. 数字信号表示：数字信号由一系列离散的数值表示，通常用二进制表示。
比如，一个八位的二进制数可以表示0-255之间的数字。
2. 数字量化：数字量化是将连续的模拟信号离散化，将其转换为一系列离散的数值。
这可以通过将模拟信号分成若干个均匀的间隔来实现。
例如，将模拟信号分为256个等间隔的量化等级。
3. 数字到模拟转换：数字到模拟转换的过程是将离散的数字信号转换为连续的模拟信号。
这可以通过使用数字信号的离散值对应的模拟信号的电压值来实现。
比如，将一个八位的二进制数转换为0-5V之间的电压。
4. 输出滤波：为了减少转换过程中的噪声和失真，通常需要对转换器的输出信号进行滤波。
滤波器可以通过消除高频噪声、平滑信号等方式来实现，以获得更好的模拟输出信号。
二、模数转换器（ADC）基本原理模数转换器将模拟信号转换为数字信号，通常用于模拟信号的数字化处理，如传感器信号采集、音频信号编码等。
模数转换器的基本原理如下：1. 模拟信号采样：模拟信号是连续变化的信号，模数转换器需要将其离散化。
采样是指周期性地测量模拟信号的幅度。
采样频率越高，采样精度越高，对原始模拟信号的还原能力越强。
2. 量化和编码：量化是将采样后的模拟信号转换为离散的数字量，包括离散幅度和离散时间。
编码是将量化后的信号用二进制表示。
常用的编码方式有二进制编码、格雷码等。
3. 数字信号处理：模数转换器的输出是数字信号，可以通过数字信号处理进行后续的处理和分析。
例如，可以对采集到的传感器数据进行滤波、数学运算等。
电路中的数模转换器与模数转换器
电路中的数模转换器与模数转换器电子设备在现代社会中扮演着重要的角色，而电路则是电子设备的基础。
在电路中，数模转换器和模数转换器是两种常见的组件，它们在数字信号和模拟信号之间起着桥梁的作用。
本文将就数模转换器和模数转换器进行探讨。
一、数模转换器数模转换器（DAC）是将数字信号转换为模拟信号的装置。
在电子设备中，数字信号通常是通过二进制编码来表示的，而模拟信号是连续变化的。
数模转换器的作用就是将数字信号转化为与之对应的模拟信号。
数模转换器通常由数字信号输入端、模拟信号输出端和控制端组成。
其中，数字信号输入端接收来自计算机或其他数字设备的二进制编码信号，而控制端可以进行精确的调节和控制。
通过内部的数学运算和电流输出，数模转换器能够将离散的数字信号转换为连续的模拟信号。
数模转换器在各个领域中都得到了广泛的应用。
在音频设备中，数模转换器能够将数字音频信号转换为模拟音频信号，使得人们能够用耳朵听到音乐。
在通信设备中，数模转换器则起到将数字信号转换为模拟信号的作用，使信息能够在物理媒介上传输。
二、模数转换器模数转换器（ADC）则是将模拟信号转换为数字信号的装置。
在电子设备中，模拟信号是连续变化的，而数字信号是离散的。
模数转换器的作用就是将模拟信号转化为与之对应的数字信号。
与数模转换器类似，模数转换器通常由模拟信号输入端、数字信号输出端和控制端组成。
模拟信号输入端接收来自传感器或其他模拟设备的信号，而控制端则用于对转换过程进行调节和控制。
通过内部的采样和量化处理，模数转换器能够将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
模数转换器同样在各个领域中发挥着重要作用。
在测量仪器中，模数转换器能够将模拟信号转换为数字信号，使得数据能够被处理和分析。
在自动控制系统中，模数转换器则起到将模拟输入转换为数字输入的作用，使得系统能够进行数字化的操作。
结语数模转换器和模数转换器在电子设备中起到了桥梁的作用，将数字信号和模拟信号进行转化。
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Iout1
Iout2
DAC 0832 管脚分布图
第十章 数模转换与模数转换
片选信号， 片选信号， 低电平有效 写入控制， 写入控制， 低电平有效 模拟地端
CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0 UREF RF DGND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
输出允许端
时钟脉冲 输入端
第十章 数模转换与模数转换 10.3.5 ADC 的主要技术指标
S
uO
第十章 数模转换与模数转换 量化与编码
1. 只舍不入法 0≤uo＜ 当0≤uo＜Δ时， 当Δ≤uo＜2Δ时， Δ≤uo＜2Δ时 uo =0 uo =1Δ 代码为000 代码为000 代码为001 代码为001 代码为010，依此类推。 代码为010，依此类推。 010
当2Δ≤uo＜3Δ时， uo =2Δ 2Δ≤uo＜3Δ时 2. 有舍有入法 0≤uo＜1/2Δ时 当0≤uo＜1/2Δ时，
UCC D7
. . . . . .
八位 输入 寄存器
八位 DAC 寄存器
八位 D/A 转换器
UREF Iout1 Iout2 RF AGND DGND
D0 ILE CS WR1 WR2 XFER
≥ 1
&
≥1
第十章 数模转换与模数转换 2) 芯片管脚
CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0 UREF RF DGND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 UCC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7
即： UD Uc UB UA
= UR = UR / 2 = UR /4 = UR /8
第十章 数模转换与模数转换
IR +UR D R R3 2R S3 C R B R R2 2R S2 R1 2R S1 I1 A 2R R0 2R S0 I0 I01
RF
0 I3
0 I2
1
1
∞ A +
+
uo
d3
IR =UR / R
0 I3
0 I2
1
1
∞ A +
+
uo
d3
d2
d1
d0
第十章 数模转换与模数转换
IR
+UR
D R C R B R A 2R
R3 2R S3 R2 2R S2 R1 2R S1 I1 R0 2R S0 I0 I01 RF
0 I3
0 I2
1
1
∞ A +
+
uo
d3 d2 d1 d0 由于解码网络的电路结构和参 数匹配，则图中各点( 数匹配，则图中各点(D、C、 B、A) 电位逐位减半。 电位逐位减半。
其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。 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 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： 13克 可以用下表步骤来秤量： 顺序 1 2 3 4 8 g 8g+4 g 8g+4g+2g 8g+4g+1g 砝 码 重 比 较 判 断 8g < 13g ， 保留 12g < 13g ， 保留 14g > 13g， 撤去 ， 13g ＝13g， 保留 暂时结果 8g 12 g 12 g 13g
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
IN2 IN1 IN0 A B C ALE D7 D6 D5 D4 D0 UR(-) D2
模拟输 入端
数字输 出端
数字输出 端
第十章 数模转换与模数转换 10.3.4 集成ADC 0809简介 集成ADC 0809简介
第十章 数模转换与模数转换 10.2.4 DAC的应用实例 的应用实例 锯齿波发生器
锯齿波
时钟脉冲
计数器
DAC
低通滤 波器
第十章 数模转换与模数转换 10.3 模数(A/D) 模数(A/D)转换器 (A/D)转换器
模数(A/D)转换器的任务是将模拟量转换成数字量 模数(A/D)转换器的任务是将模拟量转换成数字量,它 转换器的任务是将模拟量转换成数字量, 是模拟信号和数字仪器的接口。根据其性能不同，类型也 是模拟信号和数字仪器的接口。根据其性能不同， 比较多。 比较多。
第十章 数模转换与模数转换 ADC0809八位 ADC0809八位ADC START 八位ADC
IN7 IN6 IN5 IN4 IN3 IN2 IN1 IN0 C B A ALE UDD GND UR(+) 8 通
道 模 拟 开 关 ＋
CLOCK EOC
三 态 输 出 锁 存 器
∞
＋
－
D/A
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EOUT
d2
d1
d0
1 I 即： 0 = 2 I1 1 I2 = I3 2 1 I1 = I2 2 1 I3 = IR 2
因此，每个2R支路中 因此，每个2 的电流也逐位减半。 的电流也逐位减半。
第十章 数模转换与模数转换
+UR IR D R C R B R A 2R R3 2R S3 R2 2R S2 R1 2R S1 I1 R0 2R S0 I0 I01 RF
控 制 对 象
传感器
执行机构
模 拟 信 号
ADC DAC
数 字 信 号
计算机 或 数字装置
第十章 数模转换与模数转换 10.2数模D/A转换转换 10.2数模D/A转换转换 数模D/A 10.2.1 倒T型电阻网络 型电阻网络DAC 型电阻网络
分析输入数字量和输出模拟电压uo之间的关系 IR D R C R B R A 2R +UR R3 2R S3 R2 2R S2 R1 2R S1 I1 R0 2R S0 I0 I01 RF
UCC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7
D0 ~ D7 数字量输入
Iout1
Iout2
参考电压 输入端
DAC 0832 管脚分布图
第十章 数模转换与模数转换
CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0 UREF RF DGND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 UCC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 Iout1 Iout2
IN2 IN1 IN0 A B C ALE D7 D6 D5 D4 D0 UR(-) D2
地址线
地址锁 存信号 输入端
基准电压负 极，为0V
第十章 数模转换与模数转换 10.3.4 集成ADC 0809简介 集成ADC 0809简介
IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START EOC D3 EOUT CLOCK UDD UR (+) GND D1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 IN2 IN1 IN0 A B C ALE D7 D6 D5 D4 D0 UR(-) D2
传送控制端 低电平有效， 低电平有效，与 WR2配合使用 配合使用
电流输出端 单极性输出时。 单极性输出时。 Iout2接模拟地
DAC 0832 管脚分布图
第十章 数模转换与模数转换 10.2.3 DAC的主要技术指标 DAC的主要技术指标
1.分辨率 1.分辨率 指最小输出电压和最大输出电压之比。 指最小输出电压和最大输出电压之比。 1 1 例:十位D/A转换器 十位D/A D/A转换器 = ≈ 0.001 10 2 −1 1023 的分辨率为 有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。 有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。 2.转换精度 2.转换精度 通常用非线性误差的大小表示D/A转换器的线性度 转换器的线性度。 通常用非线性误差的大小表示D/A转换器的线性度。把 偏离理想的输入－ 偏离理想的输入－输出特性的偏差与满刻度输出之比的百 分数定义为非线性误差。 分数定义为非线性误差。 转换时间(转换速度) 3. 转换时间(转换速度) 指D/A转换器从输入数字信号起，到输出信号达到稳定值 D/A转换器从输入数字信号起， 转换器从输入数字信号起 所需要的时间。转换时间越小，工作速度就越高。 所需要的时间。转换时间越小，工作速度就越高。
第十章 数模转换与模数转换 10.2.2 集成DAC0832简介 简介 集成
DAC0832是八位的 是八位的D/A转换器,即在对其输入八位数 转换器, 是八位的 转换器 字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电 字量后，通过外接的运算放大器， 压值。 压值。
第十章 数模转换与模数转换 1) 内 部 简 化 电 路 框 图
0 I3
0பைடு நூலகம்I2
1
1
I01 = I3 + I2 + I1 + I0
d3 d2 d1 d0 +
∞
A +
uo
UR UR UR UR UR (8d3 + 4d2 + 2d1 + d0 d3 + d2 + d1 + d0 = = 16R 2R 4R 8R 16R U R UO = − R F (8d3 + 4d2 + 2d1 + d0 ) 24 R
转换启动信 号输入端
转换结束信 号输出端
基准电压正 极，为5V
IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START EOC D3 EOUT CLOCK UDD UR (+) GND D1