项目七 数模与模数转换电路

图7-9 ADC0809的逻辑框图





：八路模拟电压输入端，在多路开关控制下，任一 瞬间只能有一路模拟量经相应通道输入到A/D转换器中的比 较放大器。 A、 B、 C ：模拟输入通道的抵制选择线。它的状态译码与选 中模拟电压输入通道的关系见表7-1。 ALE：地址锁存允许信号，高电平有效，只有当该信号有效 时，才能将地址信号有效锁存，并经译码选中一个通道。 START：脉冲输入信号启动端，其上升沿用以清除ADC内 部寄存器，其下降沿用以启动内部控制逻辑，开始进行模数 转换。 CLOCK：转换定时时钟脉冲输入端。它的频率决定了A/D转 换器的转换速度。只有时钟输入时，控制与时序电路才能工 作。



1．原理框图 DAC0832是采用CMOS工艺制 成的双列直插式8位D/A转换器， 其引脚排列图如图所示。 DAC0832内部有两个8位数据锁 存器（或称作寄存器）、一个T 型电阻网络和3个控制逻辑门。
2．引脚使用说明 （1）DI7 ~ DI0 ：数字信号输入端，为最高位，为最低位。 （2） ILE ：数据锁存允许信号（输入），高电平有效。 （3） CS ：片选信号（输入），低电平有效。 （4） WR1 ：第1写信号（输入），低电平有效。
D0 ~ D7
REF( )


A/D转换器芯片内部各部分功能和工作过程简介如下：8个模 拟输入端可对八路模拟信号进行转换，但某一时刻只能选择 一路进行转换，通道选择由地址锁存器将通道地址锁存经译 码器来控制八路模拟开关实现。在图9-14的虚线框内，采用 逐次逼近式A/D转换，转换成8位数字量，转换结果送到三态 输出锁存器，当输出允许信号OE有效时，选通输出锁存缓 冲器，把结果送到数据线即可读取。 有时为了提高A/D转换的精密度，可采用高分辨率的A/D转 换器，如10位、12位或更高位数。
三、集成D/A转换器


集成D/A芯片通常只将T型（倒T型）电阻网络、模拟开关等 集成在一块芯片上，多数芯片中并不包含运算放大器。构成 D/A转换器时要外接运算放大器，有时还要外接电阻。有的 芯片中包含数据锁存器（寄存器）及一些逻辑功能电路，可 以和微处理器相连接，应用较为广泛；有的则不包含这些电 路。常用的D/A转换芯片有八位、十位、十二位、十六位等 品种。 DAC0832D/A转换器芯片。
项目七 D/A与A/D转换电路
知识目标

了解D/A转换器和A/D转换器的工作原理 熟悉D/A转换器和A/D转换器的主要性能指标和
技能目标
掌握常用集成转换器的使用方法 会使用DAC0832和ADC0809
项目实训
任务一
集成DAC转换器功能的仿真分析 任务二 集成ADC转换器功能的仿真分析
链接二 A/D转换器


一、 A/D转换的基本原理 A/D转换指指模拟信号转换为数字信号。实现A/D转换的电 路称为A/D转换器。 在A/D转换器中，因为输入的模拟信号在时间上是连续的而 输出的数字信号是离散的，所以转换只能在一系列选定的瞬 间对输入的模拟信号取样，然后再把这些取样值转换成数字 量输出。整个A/D转换过程通常包括采样、保持、量化和编 码4个步骤。
IN 0 ~ IN 7



：八位数据输出端，可直接接入微型机的数据总线。 OE：允许输出控制端，高电平有效。有效时能打开三态门， 将八位转换后的数据送到数据输出线上。 EOC：A/D转换结束信号，高电平有效。其上跳沿表示A/D 转换器内部已转换完毕，作为通知数据接收设备取走已转换 完的数据的信号。 U 和 UREF() ：参考电压正端和负端。VCC为+5V，GND 为地。
链接一 D/A转换器


一、D/A转换器电路及原理 D/A转换指数字信号转换为模拟信号。实现D/A转换的电路 称为D/A转换器。目前使用的D/A转换器中有T型电阻、权电 阻等等几种类型。 图7-2是T型网络D/A转换器，它由4位R—2R T型电阻网络、 4个电子模拟开关和1个运算放大器组成。


2．ADC574 A/D转换芯片 AD574就是12位逐次逼近式A/D转换器，其转换精度高、速 度快，且内部设有时钟电路和参考电压源，但价格较高，适 用于高精度快速采样系统中。




上述三个输入信号可控制输入寄存器是数据直通方式还是数 据锁存方式，当 CS 0 、ILE 1 和 WR1 0 时，为输入寄存器 直通方式；当 CS 0 、 ILE 1 和 W R 1 时，为输入寄存器锁 存方式。 （5） W R ：第2写信号（输入），低电平有效。 （6） XFER ：数据传送控制信号（输入），低电平有效。 上述两个输入信号可控制DAC寄存器是数据直通还是数据锁 存方式，当 W R 0和 XFER 0 时，为DAC寄存器直通方式； 当 W R 1 和 XFER 1 时，为DAC寄存器锁存方式。 （7）VREF ：参考电压输入端，其电压可正可负，范围是－ 10～＋10V。 （8） I out1 ：电流输出1。 （9） I out 2 ：电流输出2。 （10）Rfb ：反馈电阻引线端。



（2）转换误差 转换误差通常以输出误差最大值的形式给出，它表示实际的 转换点偏离理想特性的误差。一般以最低有效位（LSB）的 倍数给出。有时也用满量程输出的百分数给出转换误差。 （3）转换速度 转换速度是指A/D转换器从接到转换控制信号起到输出稳定 的数字量为止所用的时间。主要取决于转换电路的类型，不 同类型的A/D转换器的转换速度相差甚大。通常高速的可达 数百毫微秒，中速为数十微妙，低速为数十毫秒。
u0 iK R F VR R F 4 ( D3 23 D2 22 D1 21 D0 20 ) 2 R


可见，输出的模拟电压大小与输入的数字信号成正比。 上图所示的电路可以把四位二进制数转换成模拟信号。同样， 这种结构的T型网络可以类推到n级，构成n位D/A转换器。 T型电阻网络的特点是，电阻网络中只有R、2R两种阻值的 电阻，给集成电路的设计和制作带来了很大的方便，无论模 拟开关状态如何变化，各支路电流都直接流入地或者运放的 虚地，电流值始终不变，因此不需要电流的建立时间；同时， 各支路电流直接接至运放的输入，它们之间不存在传输时间 差。所有这些特点都有助于T型电阻网络提高转换速度，T型 电阻网络是目前D/A转换中使用较多的一种。



四、 集成A/D转换器 集成A/D转换器种类繁多，包括八位、十位、十二位、十六 位等种类，本书只简单介绍比较常用的八位A/D转换器 ADC0809和十二位A/D转换器ADC574。 1．ADC0809 A/D转换芯片 ADC0809是典型的8位逐次逼近式A/D转换器。ADC0809采 用双列直插式封装，共有28根管脚。ADC0809可以和微机 直接连接，又由于性能一般能满足用户、价格低廉，因此应 用十分广泛。 如图7-9所示，ADC0809内部由八路模拟开关、地址锁存器 和译码器、比较器、电阻网络、树状电子开关、逐次逼近寄 存器、控制与定时电路、三态输出锁存器等所组成。


2．D/A转换器的转换速度 转换速度是指从送入数字信号起，到输出电流或电压达到最 终误差并稳定为止所需要的时间。通常用建立时间来定量描 述D/A转换器的转换速度。不同类型的D/A转换器转换速度 差别较大，通常为几十纳秒到几微秒，一般电流型D/A转换 器较之电压型D/A转换器速度快一些，但总的来说，D/A转 换速度远高于A/D转换速度。 D/A转换器的技术指标还包括线性度、输入编码形式、输入 高、低逻辑电平值、温度系数、输出电压范围、功率消耗以 及工作环境条件等。



三、A/D转换器的重要技术参数 1．转换精度 A/D转换器也采用分辨率（又称分解度）和转换误差来描述 转换精度。 分辨率 分辨率是指输出数字量变化一个最低位所对应的输入模拟量 需要变化的量。分辨率以输出二进制或十进制数的位数表示， 它说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。 A/D转换器位数越多，分辨率越高。



二、逐次渐进型ADC 逐次渐进型A/D转换器是目前集成A/D转换器产品中用得最 多的一种电路。 逐次渐进型ADC的结构：取一个数字量加到D/A转换器上， 于是得到一个对应的输出模拟电压，将这个模拟电压和输入 的模拟电压信号相比较。如果两者不相等，则调整所取的数 字量，直到两个模拟电压相等为止，最后所取的这个数字量 即是要求的转换结果。逐次渐进型A/D转换器的工作原理可 以用图7-8的框图来说明。
u 1 n 分辨率 umax 2 1

从理论上讲，二进制位数越多，分辨率越高，相应的转换精 度也越高。




（2）转换误差 由于D/A转换器的各个环节的参数在性能上和理论值之间不 可避免地存在着差异，所以实际能达到的转换精度要由转换 误差来决定。 转换误差是指转换器的实际误差，造成的原因包括参考电位 的波动、运算放大器的零点漂移、模拟开关的导通内阻和导 通压降、电阻网络中电阻阻值的偏移以及三极管特性的不一 致等。 转换误差可以用输出满刻度电压FSR（Full Scale Range） 的百分数表示。

（1）分辨率 分辨率是指数字信号中最低位发生变化时对应输程度的描述，与输入数字量的位数有关。在分辨率为 的D/A转换器中，从输出模拟电压的大小应能区分出输入代 码从00…00到11…11全部个不同的状态，给出个不同等级 的输出电压。分辨率可表示为
1
2
2
2


DAC0832是电流输出，为了取 得电压输出，需在电压输出端 接运算放大器，即为运算放大 器的反馈电阻端。运算放大器 的接法如图7-5所示。 （11）：模拟信号接地端。 （12）：数字信号接地端
图7-5
3．DAC0832的工作方式 DAC0832在不同信号组合的控制下可实现直通、单缓冲和双缓 冲3种工作方式。DAC0832是电流输出型D/A转换器，需要用运 算放大器将输出电流转换为输出电压。电压的输出可分单极性输 出和双极性输出两种。