(完整版)AD、DA转换原理数模、模数转换
AD-DA原理
数字系统
D/A
A/D
转
转
换
换
1. 概述
典型数字控制系统框图
1. 概述
分类
网络权电阻DAC 倒梯形电阻网络DAC
DAC
权电流型DAC 权电容型DAC
开关树型DAC
输入/输 出方式
并行 串行
ADC
直接ADC 间接ADC
2.D/A转换器原理
(1) D/A功能: 将数字量成正比地转换成模拟量
4位 数字量
入到寄存器1
WR1 = 0时存入数据 WR1 = 1时锁定
数据由寄存器 1转送寄存器 2从输出端取
模拟量
0
WR2 = 0时存入数据 WR2 = 1时锁定
无控制信号， 随时可取
例1. 单步输入操作 ----- 适用于单个DAC工作
D... 7
CS WR1
Rfb
Iout1 - +
D0
ILE WR2 XFER
一、权电阻型D/A转换器
UREF
R
R
R
R
2n1
2n2
2i
2
R
Sn-1
Sn-2
Si
S1
S0
Rf
1
01
01
0 1 01
0
i
uO
Dn-1
Dn-2
Di
D1
D0
uO i iiRininnf0121Di UD2RRiEnRF1f2U•R•UURUR2R2EERRnFFRnREE1niF2niF0101DDi 2ii,2i , Di D(0,i1) (0, 1)
n1
Di 2i
i0
运算放大器的输出电压为
数电电子第7章 数模(DA)和模数(AD)转换
28
D7
27
D1
21
D0
20 )
VREF R 210
9
i0
Di
2i
VREF R 210
D
模拟输出电流（流入运算放大 器虚地）与10位二进制数的数 值（即数字量）成正比，实现 了数字/模拟电流的转换
式中Ｄ为输入二进制数的数值。
接入运算放大器后，则可 将数字量转换为模拟电压，运放 的输出电压：
（二）集成D/A转换器的结构及分类
各种类型的集成DAC器件多由参考电压源，电阻网络和电子开关三个 基本部分组成。
按电阻网络的结构不同，可将DAC分成T形R-2R电阻网络DAC、倒T 形R-2R电阻网络DAC及权电阻求和网络DAC等几类。由于权电阻求和网 络中电阻值离散性太大，精度不易提高，因此在集成DAC中很少采用。T 形R-2R电阻网络DAC、倒T形R-2R电阻网络DAC中只有两种阻值的电阻， 因此最适用于集成工艺，集成DAC普遍采用这种电路结构。倒T形R-2R电 阻网络DAC在集成芯片中比T形R-2R网络DAC应用更广泛。
（二）集成Ａ/Ｄ转换器的主要参数 1．分辨率 其含义与DAC的分辨率一样，通 常也可用位数来表示，位数越多，分辨率（有时 也称分辨力）也越高。
2．量化编码电路
用数字量来表示采样信号时，必须把它转化成某个最 小数量单位的整数倍，这个转化过程叫量化，所规定的最 小数量单位叫作量化单位，用Ｓ表示。
将量化的数值用二进制代码表示，称为编码。这个二 进制代码便是Ａ/Ｄ转换器的输出信号。
量化的方法一般有两种形式：
1）舍尾取整法
2）四舍五入法
用舍尾取整法量化时，最大量化误差为1S，用四舍五 入法量化时，最大量化误差为S/2。所以，绝大多数ADC 集成电路均采用四舍五入量化方式。
AD.DA转换原理
9.2.1 权电阻网络D/A转换器 一、电路组成 三部分：权电阻网络、模拟开关（受代码d3～d0的控制，代 码为1时接VREF，为0时接地）、求和放大器
二、工作原理
即vO正比于Dn
VREF可正可负 优缺点：电阻少，但差值大，不易集成。
9.2.2 倒T型电阻网络D/A转换器 一、电路的组成 电阻网络、模拟开关、求和放大器A、基准电压VREF。
次高位置1， 判断保留或去除； ……………….. 最低位置1，
判断保留或去除；
n位需(n＋2)个CP脉冲
工作原理
例如：参考电压VREF=－5V, 模拟vI=3.2. 设初态QAQBQC=000, 环形计数器Q1~Q5＝10000，即Q1＝1 （1）CP1 ↑ 到来 SA=1, RA=0; SB=0, RB=1; SC=0, RC=1 置成 100→ vO＝5×2－1＝2.5V ∵ vO < vI 且CP1 ↑过后， Q1~Q5 ＝01000，即Q2 ＝1 ∴ vC =0
1 1 0.001 10 2 1 1023
2、转换误差（实际精度） 转换误差：实际与理论值的最大偏差（例如：≤00…01时的 输出电压） 是一个由各种因素引起的转换误差的综合指标。
因素：VREF波动；运放的零漂；
模拟开关的导通内阻及压降； 电阻阻值偏差；二极管特性不一致
二、D/A转换器的转换速度 用建立时间t set定量描述D/A转换器的转换速度 t set ：从输入数字量发生突变开始，到输出电压进入与稳态值相 1 差 2 LSB 范围以内的时间。 一般定为：从全0变为全1所需的时间。 不包含运放的单片集成DAC： t set <0.1µ m 包含运放的单片集成DAC： t set <0.15µ m 外加运放的DAC的最大转换时间：
电工电子技术第12 章数模(DA)和模数(AD)转换
第12章数/模（D/A）和模/数（A/D）转换主要内容：（1）：D/A是将数字量转换成模拟量。
（2）: A/D是将模拟量转换成数字量。
12.1概述本章主要讨论数/模和模/数转换器的原理及应用。
图12-1 Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换器在生产过程中的应用12.2数/模转换器（D/A转换器）12.2.1Ｄ／Ａ转换器的构成1.R-2RT型网络D/A转换器的基本原理它由模拟电子开关、T型电阻网络、基准电源和运算放大器等几部分组成。
12-2 4位梯形电阻网络D/AA点的总电流可表示为32103210 0123 22223210(2222)321032U U U UR R R RD D D DR R R RUR D D D DRI I I I I∑=+++=+++=+++求和运算放大器的作用是将求和后的电流Ｉ转换成模拟电压输出，其输出电压为fRfffRDDDDRURIRIUo)2222(201122333+++-=-=-=∑(12-2) 电阻网络D/C可以做到n位，且R f =R/2，此时对应的输出电压为)2222(20112211DDDDUUonnnnnR++++-=---- (12-3)输出的模拟电压正比于输入的数字信号，这样就实现了数字信号到模拟信号的转换。
（12-1）2．倒Ｔ型电阻网络D/A转换器分别从虚线A、B、C、D处向右看的二端网络等效电阻都是R，则从参考电压端输入的电流为RVI REFREF=图12-3倒T型电阻网络D/A转换器从图12-3所示电路U REF向左看，其等效电路如图12-4所示，等效电阻为R，因此总电流I=U REF/R。
图12-4 倒T 型电阻网络所有Si 都接0位的简化等效电路各支路电流自左向右依次为：R V I I RV I I R V I I RV I I REFREF REFREF REFREF REFREF 161618814412210123========则电路中电流i 的大小取决于电路中开关（数字信号）的状态，其合成电流为0011223301233103221041111()16842(2222)2REFREF i I d I d I d I d V d d d d RV d d d d R=+++=+++=⋅+⋅+⋅+⋅ 集成运算放大器的输出电压u o 为321032104(2222)2REF F o F F F V R u R i R i d d d d R=-=-=-⋅+⋅+⋅+⋅ 将上述结论推广到n 位倒Ｔ型电阻网络D/A 转换器，同学们可以自己推算一下。
AD_DA转换基本原理
RF
D0
D1
D2
D3 IΣ
A
uo
S0 I/16
S1 I/8
S2 I/4
n 位数模转换器
S3
∑ u o =
I⋅R F 2 n+1
n
2iD i
i= 0
I/2
-VEE
21
四、结论
⑴ 由于采用了恒流源，所以电子 开关中导通电阻对转换精度没 有影响。这样就可以降低对电 子开关的要求；
⑵ 又由于采用的恒流源是与二进 制权相等的，因此只要保持权 电流恒定就可以提高转换电压 的精度。
2、转换速率(SR)
在大信号工作状态下输出模拟电压的变化
率。
一般未采用运放的DAC转换器的变化率较快，若
采用了运放此变化率会降下来，因此实用中常选
配高速运放来提高转换速率。
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三、温度系数
在输入不变的情况下，输出模拟电压 随温度变化产生的变化量。一般用满刻度 输出条件下温度每升高 1℃时，输出电压 变化的百分数作为温度系数。
D0
D1
I / 16 I / 8 I / 4 I / 2
I
⋅
1 24
I
⋅
1 23
I
⋅
1 22
I
⋅
1 21
RF (R)
D2
D3 IΣ
A
uo
S0
S1
S2
S3
2R 2R
I/16
2R R
I/8
2R R
I/4
2R R
I/2 +VREF
I/16 I/8 I/4 I/2
I
11
3、总电流(假定D0~D3为全1)为：
R
AD和DA的工作原理
AD和DA的工作原理AD和DA的工作原理AD:模数转换，将模拟信号变成数字信号，便于数字设备处理。
DA：数模转换，将数字信号转换为模拟信号与外部世界接口。
具体可以看看下面的资料，了解一下工作原理：1. AD转换器的分类下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、∑-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。
1）积分型（如TLC7135）积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率)，然后由定时器/计数器获得数字值。
其优点是用简单电路就能获得高分辨率，但缺点是由于转换精度依赖于积分时间，因此转换速率极低。
初期的单片AD转换器大多采用积分型，现在逐次比较型已逐步成为主流。
2）逐次比较型（如TLC0831）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。
3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510）并行比较型AD采用多个比较器，仅作一次比较而实行转换，又称FLash(快速)型。
由于转换速率极高，n位的转换需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也高，只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。
串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间，最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成，用两次比较实行转换，所以称为Half flash(半快速)型。
还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD，而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD，现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。
这类AD速度比逐次比较型高，电路规模比并行型小。
第五章 数模(DA)及模数(AD)转换
二、量化和编码 量化过程是一种非线性过程，它是将幅度连续 变化的输入信号变换成一组幅度不连续的输出 信号，即数字量。因取样—保持电路输出的信 号本质上仍然是模拟信号，若用一单位量去测 量它并取其整数，对于不足一个测量单位的剩 余部分采取近似处理，然后将测得的数值用一 个二进制代码表示，这就是从模拟到数字的转 换过程。 一般把取整量的过程叫做量化，量化过程产生 的误差称为量化误差；把用代码表示量化电压 的过程称为编码。图6.8所示为一个三位模数 转换器的理想转换曲线，水平轴上标度为模拟 电压，垂直轴上的标度是相应于这些输入电压 的数字输出。
图 6.6
倒置R-2R网络D/A转换器
返回1 返回2
根据图6.6我们可求得其输出电压为:
u0 VREF RF n 1 n2 1 0 ( D 2 D 2 D 2 D 2 ) n 1 n 2 1 0 n R2
(6-2-5)
当RF=R时有:
VREF u0 n ( Dn 1 2n 1 Dn 2 2n 2 D1 21 D0 20 ) (6-2-6) 2
u0 VREF n 1 n2 1 0 ( D 2 D 2 D 2 D 2 ) n 1 n2 1 0 n 2 10 8 27 2
= 5（V）
二、R-2R梯形网络的D/A转换器
R-2R梯形网络如图6.5所示。这种网络仅需二 种规格电阻(R、2R)，避免了宽范围的电阻问 题，特别适用于用集成电路来实现，一般R是 在几kΩ 至10kΩ 之间。从最高位到最低位， 每一位在输出中占的比例是逐位减半，它的 优点是电阻比率简单。
返回
6.2.2
常用的数/模转换
计算机接口技术第7章模数(AD)与数模(DA)转换
T型电阻型
通过改变T型电阻网络的配置，实现多位二 进制码到模拟信号的转换。
权电容型
通过改变电容的充放电状态，实现多位二进 制码到模拟信号的转换。
数模转换器的性能指标
分辨率
表示DAC能够表示的最大二进制位数， 通常以位数表示。
非线性误差
04 ADC与DAC的未来发展
高分辨率ADC与DAC的发展趋势
总结词
随着科技的进步，高分辨率ADC和DAC已成为研究的热点， 它们在医疗、科学仪器和通信等领域具有广泛的应用前景。
详细描述
高分辨率ADC和DAC能够提供更高的转换精度和分辨率，从 而提高信号的测量和重现能力。未来，随着半导体工艺的进 步，高分辨率ADC和DAC的性能将进一步提升，有望在更高 精度的应用领域发挥更大的作用。
信号处理系统需要对信号进行滤波、放大、调制解调 等处理。模数转换器和数模转换器在此类系统中都发 挥着重要的作用。
在通信系统中，ADC和DAC的应用也十分广泛。例 如在无线通信中，需要将接收到的模拟信号转换为数 字信号进行解调，再将解调得到的数字信号通过DAC 转换为模拟信号进行输出。在发射端，则需要进行相 反的转换过程。
模数转换器的性能指标
分辨率
指模数转换器能转换的最小模 拟电压值，通常以二进制位数
表示。
精度
指模数转换器的实际输出值与 理论输出值之间的误差。
转换速率
指模数转换器完成一次转换所 需的时间。
非线性失真
指模数转换器输出信号与输入 信号之间的非线性关系。
02 数模转换器(DAC)
数模转换器的工作原理
数字信号通过DAC转换成模拟信 号，通常由二进制码表示的数字
AD、DA转换器讲义
作者：
欢迎使用
一、概述 二、数—模转换器
三、模―数转换器 四、模拟量输入单元CJ1W-AD041 五、模拟量输出单元 CJ1W- DA041
一、概述
1、I/O通道 I/O通道是PLC与现场I/O设备或其他外设之间的连接部件， 它起着PLC和外围设备之间传递信息的作用。 PLC对生产机械、生产过程的控制过程：采集现场控制对 象的各种参量（模拟量和数字量），获得有关被控对象运动或 过程的信息，经过控制器进行数据处理、决策输出控制信息， 由执行机构去影响被控对象，使被控对象的运动满足特定的要 求。 PLC对生产机械、生产过程的控制过程是以I/O通道作为 主机（PLC）与被控对象之间信息流通的渠道。 2、 I/O通道的分类 I/O通道可分为数字量输入/输出、模拟量输入/输出通道。
2014-10-20
lijianyi@ zhlljy@
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lijianyi@ zhlljy@
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4、DM区参数设置 AD041单元接好线后，在编程前应根据所选的功能，在相应的 DM区中预置参数，单元号与DM区通道的对应关系见下表。
模拟量输入单元是将模拟量输入信号（电压或电
流信号）输入PLC,转换成数字量的单元。以CJ1W-
AD041单元为例，介绍模拟量输入单元的主 要功能及应用。CJ1W-AD081单元的性能指 标见下表。
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lijianyi@ zhlljy@
15
暂时结果
8g
12 g
12 g 13g
10
1. 转换原理 (待转换的模拟电压) UI 试探电压 UA
D/A转换器
＋ u 0 ＋
－
清0、置数 砝码是 否保存 数码寄存器 “1”状态是否保留 控制端 清0、置数 放哪一 个砝码
数字逻辑电路第10章数模(DA)和模数(AD)转换
+0V （再取1.25V项，此时5V+2.5V+1.25V>8.5V，则应去掉该项，
记为数字’0’）
+0.625V（再取0.625V项，此时5V+2.5V+0.625V<8.5V，则保留该项，
记为数字’1’）
≈8.125V（得到最后逼近结果） 总结上面的逐次逼近过程可知，从大到小逐次取出Vr的各分 项值，按照“大者去，小者留”的原则，直至得到最后 逼近结果，其数字表示为’1101’。
1）逐次逼近比较式ADC
上述逼近结果与Vx的误差为8.125V－8.5V＝－0.375V。 显然，当Vx＝(7.8125V～8.4375V)之间时，采用上面Vr 的4个分项逼近的结果相同，均为8.125V，其误差为 ΔVx＝(－0.3125V～＋0.3125V)，最大误差限相当于Vr 最后一个分项的一半，即 1 V。
最终SAR的输出Q2Q1Q0=101，即为输入电压Ux的数字码，经 缓冲寄存器输出至译码电路，显示出十进制数5 V。
上述过程是在控制电路依次发出的节拍脉冲的作用下 完成的， 其工作波形如图7.7-11 所示。 现在A/D变换器一般都是用大规模集成电路制作的， 如ADC0809、 ADC0816、 AD7574等都是8位(二进制)逐次逼 近型A/D变换器， ADC1210是12位逐次比较型A/D 变换器.
1）逐次逼近比较式ADC
1 1 1 1 1 Vr Vr Vr Vr Vr n Vr 2 4 8 16 2 5V+2.5V+1.25V+0.625V+ + =10V
AD_DA原理及主要技术指标
AD_DA原理及主要技术指标AD（模数转换器）与DA（数模转换器）是数字信号处理中常用的模拟转换器。
AD将模拟信号转换为数字信号，而DA则将数字信号转换为模拟信号。
两者在数字系统与模拟系统之间起着重要的桥梁作用。
本文将介绍AD_DA的原理及主要技术指标。
AD原理：AD原理基于采样定理，即将连续时间的模拟信号转换为离散时间的数字信号。
在AD转换过程中，首先通过取样器获取模拟信号的离散样点，然后由量化器将取样点量化为离散的数字信号。
主要技术指标：1.量化精度：量化精度决定了AD转换器的分辨率，以位数表示，常见的有8位、10位、12位、16位等。
位数越大，分辨率越高，对信号的重建越精准。
2.采样率：采样率指的是AD转换器每秒采样的次数，常用单位为Hz。
采样率要满足采样频率大于信号频率两倍以上的采样定理，否则会产生混叠效应。
3.带宽：AD转换器的带宽是指转换器能够正确采样和重建信号的频率范围。
带宽越大，能够处理的信号频率范围越宽。
4.功耗：功耗是指AD转换器在工作过程中消耗的电能。
低功耗的AD转换器具有节能环保的特点。
5.采样保持电路：采样保持电路对模拟信号进行采样并保持，以确保量化器能够准确对信号进行量化，有利于提高AD转换器的性能。
DA原理：DA原理是将数字信号转换为模拟信号的过程。
在DA转换过程中，首先通过数值控制器获得数字信号，然后由DA转换器将数字信号转换为模拟信号输出。
主要技术指标：1.分辨率：分辨率是指DA转换器的数字输入可以表示的最小幅度变化。
分辨率越高，输出模拟信号的精度越高。
2.采样率：采样率指的是DA转换器每秒从数字输入读取的次数，常用单位为Hz。
采样率决定了DA转换器能够输出多少个模拟信号样本。
3.输出精度：输出精度指的是DA转换器输出模拟信号与所期望模拟信号之间的偏差。
输出精度越高，输出模拟信号的准确性越高。
4.失真度：失真度是指DA转换器输出的模拟信号与原始模拟信号之间的差异。
AD和DA的工作原理
AD和DA的工作原理AD和DA是模数转换和数模转换的简称，分别代表模数转换器（Analog-to-Digital Converter）和数模转换器（Digital-to-Analog Converter）。
AD用于将模拟信号转换为数字信号，而DA则是将数字信号转换为模拟信号，两者是相对的过程。
AD的工作原理：AD转换器的作用是将输入的模拟信号，通过一定的采样和量化方法，转换为数字形式的信号，以便于数字设备进行处理和存储。
AD转换器通常分为两个主要阶段：采样和量化。
1.采样：AD转换器首先对输入信号进行采样，即按照一定的时间间隔对连续模拟信号进行抽样。
采样的频率也被称为采样率，通常用赫兹（Hz）表示。
采样率决定了输入信号中能够被留存下来的频率范围。
2.量化：采样后的模拟信号将被输入到量化器中。
量化是将连续的模拟信号转换成离散的数字信号的过程。
在这个过程中，AD转换器将把输入的模拟信号分成一定数量的等级，并为每个等级分配一个数字代码。
采样和量化的过程可以通过二进制表示来完成，其中最常见的是通过ADC（模数转换器）将模拟信号转换为二进制数。
DA的工作原理：DA转换器的作用是将数字信号转换为模拟信号，以便于与模拟设备进行连接和交互。
DA转换器通常包含两个主要部分：数字信号处理和模拟输出。
1.数字信号处理：DA转换器首先接收到一串数字信号，这些信号由计算机或数字设备产生。
这些信号是基于离散的数字表示，通常使用二进制数表示。
DA转换器将会对这些数字信号进行处理，比如滤波、重采样等，以确保生成的模拟信号质量和稳定性。
2.模拟输出：处理后的数字信号被输入到DAC（数模转换器），将数字信号转换为模拟信号。
DAC将根据数字信号的数值，通过一定的电流或电压生成模拟信号。
这些模拟信号将与各种模拟设备进行连接，例如音频设备、电机控制等。
需要注意的是，AD和DA转换的精度和速度是非常重要的参数。
转换器的精度是指转换器所能提供的输出与输入之间的误差。
数模转换与模数转换器的原理与设计
数模转换与模数转换器的原理与设计数模转换和模数转换器是数字电子技术中常用的重要组件，是将模拟信号转换为数字信号或数字信号转换为模拟信号的关键设备。
在本文中，我们将介绍数模转换器（DA转换器）和模数转换器（AD转换器）的原理和设计。
一、数模转换器的原理与设计数模转换器（DA转换器）是将数字信号转换为模拟信号的设备。
它将数字信号按照一定的规则转换为模拟电压或电流输出，实现数字信号到模拟信号的转换。
数模转换器主要包括数字输入端、模拟输出端、数字控制电路和模拟输出电路。
数模转换器的原理是通过将数字输入信号通过根据控制信号的高低电平来控制开关电路的通断状态，由此来改变输出端的电压或电流。
常用的数模转换器有R-2R阻网络转换器、串行输入并行输出型转换器、并行输入串行输出型转换器等。
设计数模转换器时需要考虑以下几个要素：1. 分辨率：定义了转换器的精度，通常用比特数（Bit）来表示。
较高的分辨率意味着更精确的模拟输出。
2. 参考电压：转换器需要参考电压用于模拟输出的范围。
参考电压的选择需要根据具体应用场景来确定，通常为标准电压。
3. 输出范围：定义了模拟输出信号的最小和最大电压或电流值，用于确定模拟输出信号的幅值。
4. 更新速率：指的是数模转换器完成一次转换所需的时间，通常用赫兹（Hz）表示。
高的更新速率使得转换器能够快速响应输入信号的变化。
二、模数转换器的原理与设计模数转换器（AD转换器）是将模拟信号转换为数字信号的设备。
它将连续变化的模拟输入信号按照一定的规则转换为离散的数字输出信号。
模数转换器主要包括模拟输入端、数字输出端、模拟输入电路和数字控制电路。
模数转换器的原理是将模拟输入信号进行采样和量化，然后将量化结果转换为二进制数字输出。
常用的模数转换器有逐次逼近型转换器、积分型转换器、闪存型转换器等。
设计模数转换器时需要考虑以下几个要素：1. 采样率：采样率是指模数转换器对模拟输入信号进行采样的频率。
较高的采样率能够更准确地还原模拟输入信号。
AD和DA转换器的基本原理
AD和DA转换器的基本原理在现代电子设备中，AD（模数）和DA（数模）转换器是至关重要的部件。
它们在各种应用中起着核心的作用，例如音频处理、传感器信号转换、通信系统等。
本文将介绍AD和DA转换器的基本原理，以及它们在实际应用中的关键性。
AD转换器（Analog-to-Digital Converter）是实现模拟信号到数字信号转换的器件。
它能将连续的模拟信号转换成离散的数字信号。
AD转换器通常由样本保持电路、量化电路和编码电路组成。
首先，样本保持电路将连续的模拟信号抽样并保持在一定的时间段内。
然后，量化电路将抽样到的模拟信号离散化，并将其表示为数字化的数值。
最后，编码电路将离散化的数值转换为二进制码，以便计算机或其他数字系统能够处理。
AD转换器的原理基于对信号的近似，即通过将信号离散化，以获得与实际信号相近的数字表示。
这一过程主要涉及到两个关键概念：采样率和分辨率。
采样率指的是在一定时间内对模拟信号进行采样的频率，通常以赫兹为单位表示。
采样率越高，对模拟信号的抽样越频繁，数字信号的重构越精确。
分辨率则表示AD转换器可以表示的最小电平差异。
分辨率越高，AD转换器能够更准确地表示模拟信号的细节和变化。
在实际应用中，AD转换器广泛应用于数据采集、音频信号处理和传感器信号转换等领域。
以音频处理为例，AD转换器能够将模拟的声音信号转换为数字形式，以便被数字信号处理器（DSP）进行各种音频效果的实时计算和调整。
此外，AD转换器还被用于传感器信号的转换，如温度传感器、压力传感器等。
通过与微处理器的配合，AD转换器能够将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，用于实时监测和控制。
相对于AD转换器，DA转换器（Digital-to-Analog Converter）的功能则相反。
它将数字信号转换成模拟信号，以便于在实际电路中进行处理或输出。
DA转换器通常由数字编码电路和模拟滤波电路组成。
数字编码电路接收计算机或其他数字系统输出的二进制码，并将其转换成相应的电压或电流值。
第九章数模（DA）和模数（AD）转换电路
第九章 数模（D/A ）和模数（A/D ）转换电路一、 内容提要模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，或称为A/D （Analog to Digital ），把实现A/D 转换的电路称为A/D 转换器（Analog Digital Converter ADC ）；从数字信号到模拟信号的转换称为D/A （Digital to Analog ）转换，把实现D/A 转换的电路称为D/A 转换器（ Digital Analog Converter DAC ）。
ADC 和DAC 是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。
二、 重点难点本章重点内容有：1、D/A 转换器的基本工作原理（包括双极性输出），输入与输出关系的定量计算；2、A/D 转换器的主要类型（并联比较型、逐次逼近型、双积分型），他们的基本工作原理和综合性能的比较；3、D/A 、A/D 转换器的转换速度与转换精度及影响他们的主要因素。
三、本章习题类型与解题方法 DAC网络DAC 权电阻 ADC 直接ADC间接ADC权电流型DAC权电容型DAC开关树型DAC输入/输出方式 并行 串行 倒梯形电阻网络DAC这一章的习题可大致分为三种类型。
第一种类型是关于A/D 、D/A 转换的基本概念、转换电路基本工作原理和特点的题目，其中包括D/A 转换器输出电压的定量计算这样基本练习的题目。
第二种类型是D/A 转换器应用的题目，这种类型的题目数量最大。
第三种类型的题目是D/A 转换器和A/D 转换器中参考电压V REF 稳定度的计算，这种题目虽然数量不大，但是概念性比较强，而且有实用意义。
（一）D/A 转换器输出电压的定量计算【例9 -1】图9 -1是用DAC0830接成的D/A 转换电路。
DAC0830是8位二进制输入的倒T 形电阻网络D/A 转换器，若REF V =5 V ，试写出输出电压2O V 的计算公式，并计算当输人数字量为0、12n - (72)和2n -1(82-1)时的输出电压。
实验九 数模(DA)和模数(AD)转换应用
实验九 数/模（D/A ）和模/数（A/D ）转换应用一、实验目的1、通过实验了解A/D 和D/A 转换特性。
2、了解A/D 和D/A 转换器互相连接的工作情况。
二、实验原理数/模转换器是有一个输出端﹑几个输入端的器件，其输出为模拟电压，它正比于加在 n 个输入端的n 位二进制数。
如8位的D/A 转换器，它有8个输入端，每个输入端是8位二进制数的一位，并有一个模拟输出端，输入可有82=256个不同的二进制组态，输出为256个电压之一。
所以输出并非真正的模拟量，即输出电压不是整个电压范围内的任意值，而只能是256个可能值。
图9-1是由R —2R 梯形电阻网络构成的4位D/A 转换器。
其中B3﹑B2﹑B1﹑B0为四个数据输入端，各端均可通过开关接地或接电源Vcc 。
某输入端若接地，则该位为0，若接Vcc 则该位为1。
若输入二进制码为B 3B 2B 1B 0=1000 ，由戴维南定理可推导出输出模拟电压V o=Vcc/2,同理可推导出输入为0100时，V o=Vcc/4等等。
图9-1 4位R-2R 梯形网络D/A 转换原理实验用的D/A 转换器为DAC0801集成8位D/A 转换器，它的二进制各位开关是由双极型晶体管构成的电子开关。
D/A 转换器产生的输出电流为Io ，它正比于输入的二进制数。
n 位模/数转换器输出n 位二进制数值,它正比于加在输入端的模拟电压。
这里只介绍ADC0804A/D 转换器原理，它是用逐次逼近原理构成的。
其主要组成部分有D/A 转换器﹑逐次逼近寄存器﹑移位寄存器﹑比较器﹑时钟发生器和控制电路。
它的工作过程是：转换开始时由时钟节拍控制动作，第一个时钟来时移位寄存器状态为10000000，并送给逐次逼近寄存器（SAR ），由SAR 将10000000传给D/A 转换器输入端，使D/A 转换器产生输出模拟电压V ST ，V ST 与A/D 转换器输入的模拟量V I 进行比较。
若V ST ﹤V I ，则比较器输出V C 为高电平1，若V ST ﹥V I ，则比较器输出V 为低电平0。
AD_DA转换基本原理
AD_DA转换基本原理AD-DA转换是模拟信号与数字信号之间的转换过程，AD是模拟信号转换为数字信号的过程，DA是数字信号转换为模拟信号的过程。
模拟信号是连续变化的电信号，而数字信号是离散的电信号。
AD-DA转换器在很多领域中被广泛应用，如通信、音频处理、图像处理等。
AD转换的基本原理是使用采样和量化的方法将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
采样是指将连续的信号在时间上进行离散化，将信号在一定的时间间隔内进行采集。
量化是指对采样后的信号进行离散化处理，将连续的信号值映射到一组离散值。
采样和量化的间隔称为采样周期和量化间隔，采样周期越小，量化间隔越小，转换精度越高。
在AD转换过程中，首先需要选择一个足够高的采样率，以保证对原始信号的采样能够准确还原。
然后将连续的模拟信号用采样周期将其分为离散的信号样本，每一个样本对应一个离散时间点。
接下来，在每一个采样时间点，通过量化器将信号的幅度映射为一个离散的数字值。
量化的精度决定了数字信号的分辨率和动态范围，一般以位表示，如8位、16位等。
DA转换的基本原理是将离散的数字信号转换为连续变化的模拟信号。
在DA转换过程中，首先需要进行数字信号的解码，将离散的数字值转换为连续的数值。
然后使用保持电路（sample-and-hold）将这些连续的数值保持为恒定的电压信号。
接着，使用模拟滤波器对保持的数值进行平滑处理，去除高频分量和其他干扰。
最后，通过放大器将平滑后的信号放大到合适的幅度，得到模拟输出信号。
在DA转换过程中的重要环节是数字信号的解码和模拟滤波器的设计。
解码过程需要将离散的数字值映射为一组连续的数值，这通常通过查表或者插值的方式实现。
模拟滤波器的设计目的是对离散的数字信号进行平滑处理，去除不需要的高频分量和噪声。
滤波器的选择取决于系统的需求，可以是低通滤波器、带通滤波器等。
AD-DA转换器的性能主要由转换精度、抖动、信噪比和带宽等参数决定。
转换精度越高，代表着数字信号与模拟信号的差距越小。
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模拟量：
uo＝K(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10
uo＝K(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10
(K为比例系数)
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组成D/A转换器的基本指导思想：将数字量按 权展开相加，即得到与数字量成正比的模拟量。
n位D/A转换器方框图
D/A转换器的种类很多,主要有： 权电阻网络DAC、 T形电阻网络DAC 倒T形电阻网络DAC、 权电流DAC
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权电阻型D/A转换器
模拟开关， 受Di控制
输入代码，为1时，模拟开关上拨；
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为0时，模拟开关下拨。
求和放大 器
权电阻
网络
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运算放大器总的输入电流为
I
n1
Ii
i0
n1
i0
UR 2n1 R
Di 2i
UR 2n1 R
n1
Di 2i
i0
运算放大器的输出电压为
U
Rf
I
RfUR 2n1 R
n 1
Di 2i
i0
若Rf=1/2R，代入上式后则得
U
RfUR 2n1 R
n1
Di 2i
i0
UR 2n
n1
Di 2i
i0
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当D=Dn-1…D0=0时 U=0
当D=Dn-1…D0=11…1时， 最大输出电压
Um
2n 1 2n UR
因而U的变化范围是
2n 1 0 ~ 2n UR
1
数/模和模/数转换
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典型数字控制系统框图
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D/A转换
7.1.1 D/A转换基本原理
数/模转换就是将数字量转换成与它成正 比的模拟量。
数字量： (D3D2D1D0)2＝(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10 (1101) 2 ＝(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10
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2. 工作原理
由于集成运算放大器的电流求和点Σ为虚地， 所以每个2R电阻的上端都相当于接地，从网络的A、 B、C点分别向右看的对地电阻都是2R。
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因此流过四个2R电阻的电流分别为I/2、I/4、 I/8、I/16。电流是流入地，还是流入运算放大器， 由输入的数字量Di通过控制电子开关Si来决定。故 流入运算放大器的总电流为：
因此，这种形式的DAC目前被广泛的采用。
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3 DAC的主要技术参数
1.分辨率
分辨率是指输出电压的最小变化量与满量程输出 电压之比。
输出电压的最小变化量就是对应于输入数字量最
低位为1，其余各位均为0时的输出电压。 满量程输出电压就是对应于输入数字量全部为1
时的输出电压。 对于n位D/A转换器，分辨率可表示为：
5. 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，称为DAC的温度系数。
一般用满刻度的百分数表示温度每升高/8
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7.1.4 集成D/A转换器及其应用
常 用 的 集 成 DAC 有 AD7520 、 DAC0832 、 DAC0808、DAC1230、MC1408、AD7524等，这里 仅对AD7520作简要介绍。
精度由电阻的精度定，而此电路中阻值差别大，对集成不利
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倒T形电阻网络DAC
双向模拟开关 DD1电＝ ＝.源10电时时组电路接接成路组运 地。由成放解码网络、模拟开关、求和放求 算大放和器大集和器成基运准
基准参 考电压
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R－2R倒T 形电阻解 码网络
图7-2 倒T型电阻网络DAC原理图
具体使用时需要外接集成运算放大器和基准
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3. 转换精度
转换精度是指电路实际输出的模拟电压值和理论 输出的模拟电压值之差。通常用最大误差与满量程 输出电压之比的百分数表示。通常要求D/A转换器 的误差小于ULSB/2。
例如，某D/A转换器满量程输出电压为10V，如 果 误 差 为 1% ， 就 意 味 着 输 出 电 压 的 最 大 误 差 为 ±0.1V。百分数越小，精度越高。
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对于n位的倒T形电阻网络DAC，则 ：
由此可见，输出模拟电压uO与输入数字量D成 正比，实现了数模转换。
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电路特点： （1）解码网络仅有R和2R两种规格的电阻， 这对于集成工艺是相当有利的；
（2）这种倒T形电阻网络各支路的电流是直 接加到运算放大器的输入端，它们之间不存在传 输上的时间差，故该电路具有较高的工作速度。
1 分辨率 ＝ 2n 1
位数越多，能够分辨的最小输出电压变化量就
越小，分辨率就越高。也可用位数n来表示分辨率。
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2. 转换速度
D/A转换器从输入数字量到转换成稳定的模拟 输出电压所需要的时间称为转换速度。
不同的DAC其转换速度也是不相同的，一般约 在几微秒到几十微秒的范围内。
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I I D3 I D2 I D1 I D0 2 4 8 16
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由于从UREF向网络看进去的等效电阻是R，因 此从UREF流出的电流为：
I U REF R
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故：
I
UREF 24 R
(D323
D22 2
D121
D020 )
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因此输出电压可表示为 ：
1. D/A转换器AD7520 AD7520是10位的D/A转换集成芯片，与微处理
器完全兼容。该芯片以接口简单、转换控制容易、通 用性好、性能价格比高等特点得到广泛的应用。
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图7-3 AD7520内部逻辑结构图
该芯片只含倒T形电阻网络、电流开关和反
馈电阻，不含运算放大器，输出端为电流输出。
转换精度是一个综合指标，包括零点误差、增益 误差等，它不仅与D/A转换器中元件参数的精度有 关，而且还与环境温度、集成运放的温度漂移以及 D/A转换器的位数有关。
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4. 非线性误差
通常把D/A转换器输出电压值与理想输出电压值 之间偏差的最大值定义为非线性误差。
D/A转换器的非线性误差主要由模拟开关以及 运算放大器的非线性引起。
第7章 数/模和模/数转换
模拟量：温度、湿度、压力、流量、速度等。
从模拟信号到数字信号的转换称为模/数转换 （简称A/D转换），实现模/数转换的电路叫做A/D 转换器（简称ADC）；
从数字信号到模拟信号的转换称为数/模转换 （简称D/A转换），实现数/模转换的电路称为D/A 转换器（简称DAC）。
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