第11章_数模与模数转换tang
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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。
《数模和模数转换器》课件
2 产品手册和技术资料
提供相关厂家的产品手册和技术资料的参考文献。
类型及应用场景
探索模数转换器的各种类型以及它们在不同应用领 域中的应用情况。
数模和模数转换器的比较
1
异同对比
比较数模和模数转换器在原理、功能和
选择原则
2
应用方面的相同点和不同点。
研究选择数模和模数转换器时需要考虑 的因素和决策原则。
数模和模数转换器在实际应用中的案 例分析
音频应用
探讨数模和模数转换器在音频方面应用的典型案例，如音乐制作和音频设备中的应用。
视Hale Waihona Puke 应用探索数模和模数转换器在视频处理和图像采集方面的重要性和实际应用案例。
传感器应用
研究数模和模数转换器在传感器技术中的关键作用，如温度、压力和光传感器。
结论
总结数模和模数转换器在现代电子领域中的重要性，并展望其未来发展的趋势。
参考文献
1 专业书籍、期刊论文、技术文献
列举与该主题相关的专业书籍、期刊论文、技术文献等的参考文献。
《数模和模数转换器》 PPT课件
# 数模和模数转换器 PPT课件大纲
介绍
数模和模数转换器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。探讨其定义、重要性、和应用领域。
数模转换器
二进制数和模拟信号的转换
深入了解数字信号如何通过数模转换器转化为 连续的模拟信号。
DAC芯片
介绍数模转换器所常用的数字模拟转换芯片 （DAC芯片）。
工作原理
解释数模转换器如何工作，并探讨其基本原理。
类型及应用场景
探索数模转换器的不同类型以及其在各个应用 领域中的使用情况。
模数转换器
模拟信号和二进制数的转换
提供相关厂家的产品手册和技术资料的参考文献。
类型及应用场景
探索模数转换器的各种类型以及它们在不同应用领 域中的应用情况。
数模和模数转换器的比较
1
异同对比
比较数模和模数转换器在原理、功能和
选择原则
2
应用方面的相同点和不同点。
研究选择数模和模数转换器时需要考虑 的因素和决策原则。
数模和模数转换器在实际应用中的案 例分析
音频应用
探讨数模和模数转换器在音频方面应用的典型案例，如音乐制作和音频设备中的应用。
视Hale Waihona Puke 应用探索数模和模数转换器在视频处理和图像采集方面的重要性和实际应用案例。
传感器应用
研究数模和模数转换器在传感器技术中的关键作用，如温度、压力和光传感器。
结论
总结数模和模数转换器在现代电子领域中的重要性，并展望其未来发展的趋势。
参考文献
1 专业书籍、期刊论文、技术文献
列举与该主题相关的专业书籍、期刊论文、技术文献等的参考文献。
《数模和模数转换器》 PPT课件
# 数模和模数转换器 PPT课件大纲
介绍
数模和模数转换器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。探讨其定义、重要性、和应用领域。
数模转换器
二进制数和模拟信号的转换
深入了解数字信号如何通过数模转换器转化为 连续的模拟信号。
DAC芯片
介绍数模转换器所常用的数字模拟转换芯片 （DAC芯片）。
工作原理
解释数模转换器如何工作，并探讨其基本原理。
类型及应用场景
探索数模转换器的不同类型以及其在各个应用 领域中的使用情况。
模数转换器
模拟信号和二进制数的转换
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
《数字电子技术基础》第11章_数模与模数转换讲解
如果Di=0，TN1截止，TN2导通，固定端A与P(与运放的同 相端)相连。
由于MOS管的导通电阻不相等，导致电阻网络不是准确的 R-2R网络，出现误差。
2．单片集成DAC
单片集成倒T形电阻网络DAC芯片有AD7520(10位DAC) 、 DAC1210H(12位DAC) 和AK7546(16位DAC)等。
根据变换网络的结构，DAC分为倒T形电阻网络DAC、权
电流型DAC、T形电阻网络DAC、权电阻网络DAC、权电容网
络DAC和开关树型DAC。 本节介绍倒T形电阻网络DAC和权电流型DAC。
11.2数模转换器(DAC)
11.2.1 倒T形电阻网络DAC 11.2.2 权电流型DAC *11.2.3 DAC的双极性输出 11.2.4 DAC的主要技术指标
第11章 数模与模数转换器
将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器 （DAC—Digital to Analog Converter），而将模拟 信号转换为数字信号的电路则称为模数转换器(ADC-Analog to Digital Converter)。
DAC和ADC是数字电路和模拟电路之间的接口电 路。
生产过程中 的物理量
数字执 行机构 工业控制计算（IPC）、单片机、数字信号处理器 和可编逻辑控制器，甚至可以扩展到计算机网络。 执行机构
各种物理量的测量和显示、手动控制和报警等功能
数模转换器、模数转换器是模拟系统与数字系统的桥梁，称为 接口电路。它们是用数字系统处理模拟信号所必须的电子电路。
11.2 数模转换器(DAC)
推广到一般情况，n位权电流型DAC的输出电压为
21 D1 20 D0 )
I 24
41
2i Di
i0
由于MOS管的导通电阻不相等，导致电阻网络不是准确的 R-2R网络，出现误差。
2．单片集成DAC
单片集成倒T形电阻网络DAC芯片有AD7520(10位DAC) 、 DAC1210H(12位DAC) 和AK7546(16位DAC)等。
根据变换网络的结构，DAC分为倒T形电阻网络DAC、权
电流型DAC、T形电阻网络DAC、权电阻网络DAC、权电容网
络DAC和开关树型DAC。 本节介绍倒T形电阻网络DAC和权电流型DAC。
11.2数模转换器(DAC)
11.2.1 倒T形电阻网络DAC 11.2.2 权电流型DAC *11.2.3 DAC的双极性输出 11.2.4 DAC的主要技术指标
第11章 数模与模数转换器
将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器 （DAC—Digital to Analog Converter），而将模拟 信号转换为数字信号的电路则称为模数转换器(ADC-Analog to Digital Converter)。
DAC和ADC是数字电路和模拟电路之间的接口电 路。
生产过程中 的物理量
数字执 行机构 工业控制计算（IPC）、单片机、数字信号处理器 和可编逻辑控制器，甚至可以扩展到计算机网络。 执行机构
各种物理量的测量和显示、手动控制和报警等功能
数模转换器、模数转换器是模拟系统与数字系统的桥梁，称为 接口电路。它们是用数字系统处理模拟信号所必须的电子电路。
11.2 数模转换器(DAC)
推广到一般情况，n位权电流型DAC的输出电压为
21 D1 20 D0 )
I 24
41
2i Di
i0
数模转换和模数转换
电流应表示为
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
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
数电教材第章数模和模数转换
（3）VREF：基准电压
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
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
数模和模数转换PPT课件
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2、量化和编码 由于输入电压的幅值是连续变化的，它的幅值不一定是其量化单位的整倍
数，所以量化过程会引入误差，这种误差叫量化误差。
量化后的信号只是一个幅值离散的信号，为了对量化后的信号进行处理， 还应该把量化的结果用二进制代码或其它形式表示出来，这个过程就叫做编码。
量化的方法一般有两种：只舍不入法和有舍有入法。
把模拟量转化为数字量的过程称为模-数转换，把相应的转换器件称为模-数转 换器（Analog-Digital Converter，简称A/D转换器或ADC ）。
把数字量转化为模拟量的过程称为数-模转换， 把相应的转换器件称为数-模转 换器（Digital-Analog Converter，简称D/A转换器或DAC ）
克，秤量步骤：
顺序 1 2 3 4
砝码重 8g 8g+4 g 8g+4g+2g 8g+4g+1g
比较判断 8g < 13g
保留
12g < 13g
保留
14g > 13g 撤去
13g ＝13g
保留
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逐次渐近型A/D转换器的基本工作原理是： a. 控制电路首先把寄存器的最高位置1， 其它各位置0。
第25页/共64页
(2) 转换误差 偏移误差：数字输入代码全为0时， D/A转换器的输出电压与理想输出电 压0V之差。
增益误差： 为数字输入代码由全0变 全1时，输出电压变化量与理想输出 电压变化量之差。
第26页/共64页
非线性误差：为D/A转换器实际输出电 压值与理想输出电压值之间偏差的最大 值。
第30页/共64页
0~0.7V的模拟信号转化为3位二进制数码的量化过程
2、量化和编码 由于输入电压的幅值是连续变化的，它的幅值不一定是其量化单位的整倍
数，所以量化过程会引入误差，这种误差叫量化误差。
量化后的信号只是一个幅值离散的信号，为了对量化后的信号进行处理， 还应该把量化的结果用二进制代码或其它形式表示出来，这个过程就叫做编码。
量化的方法一般有两种：只舍不入法和有舍有入法。
把模拟量转化为数字量的过程称为模-数转换，把相应的转换器件称为模-数转 换器（Analog-Digital Converter，简称A/D转换器或ADC ）。
把数字量转化为模拟量的过程称为数-模转换， 把相应的转换器件称为数-模转 换器（Digital-Analog Converter，简称D/A转换器或DAC ）
克，秤量步骤：
顺序 1 2 3 4
砝码重 8g 8g+4 g 8g+4g+2g 8g+4g+1g
比较判断 8g < 13g
保留
12g < 13g
保留
14g > 13g 撤去
13g ＝13g
保留
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逐次渐近型A/D转换器的基本工作原理是： a. 控制电路首先把寄存器的最高位置1， 其它各位置0。
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(2) 转换误差 偏移误差：数字输入代码全为0时， D/A转换器的输出电压与理想输出电 压0V之差。
增益误差： 为数字输入代码由全0变 全1时，输出电压变化量与理想输出 电压变化量之差。
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非线性误差：为D/A转换器实际输出电 压值与理想输出电压值之间偏差的最大 值。
第30页/共64页
0~0.7V的模拟信号转化为3位二进制数码的量化过程
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。
第11章数模与模数转换——讲义
第11章数模与模数转换——讲义第一篇：第11章数模与模数转换——讲义第11章数-模和模-数转换【学时分配】2学时，周二1~2节。
【教学目的与基本要求】1、熟练掌握A/D与D/A转换的电路结构和工作原理。
主要是倒梯形电阻网络、逐次逼近型、双积分A/D转换的工作特点及适用场合。
2、正确理解D/A转换器的主要参数和衡量它们的技术指标。
【教学重点与教学难点】教学重点：1、各种D/A转换器的电路结构特点和工作原理；2、掌握D/A转换器的参数计算和主要性能指标。
3、各种A/D转换器的电路结构特点和工作原理；4、掌握A/D转换器的参数计算和主要性能指标。
教学难点：权电阻型D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构与工作原理【教学内容与时间安排】一、数/模（D/A）和模/数(A/D)转换的概述（约0.4学时）1、数/模和模/数转换的定义2、ADC和DAC的两个性能指标转换速度和转换精度是衡量A/D转换器和D/A转换器性能优劣的主要标志。
3、ADC和DAC的常见类型常见的D/A转换器有权电阻网络D/A转换器，倒梯形电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换器、权电容网络D/A转换器以及开关树形D/A转换器等几种类型。
常见的A/D转换器可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器，在直接A/D转换器中，输入的模拟电压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，输入的模拟信号首先被转换成某种中间变量，然后再将这个中间变量转换为输出的数字信号。
二、D/A转换器（约0.8学时）1、权电阻网络D/A转换器a.电路结构：由数码锁存器、电子开关、权电阻网络及求和电路构成b.原理：c.电路输出V0与数字输入成比例关系d.电路特点：结构比较简单，所用的器件少，缺点是所用的各个电阻组织相差较大，尤其在输入信号位数较多时，问题更为突出，难以保证每个电阻具有很高的精度，不利于制作集成电路。
2、倒T形电阻网络转换器a.电路构成：电阻网络中只有R和2R两种阻值。
第11章 模数转换与数模转换.ppt
WR
74LS 81H 138
DI7 DAC0832
+5V
DI0 ILE
CS XFER
WR1 WR2
图4 CPU与DAC0832的接口
图5 AD561与CPU的接口电路
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11.3 模/数转换器及其与CPU的接口
1．采样和量化 模拟量转换为数字量，一般经过三个步骤：
采样、量化、和编码。 2．A/D的性能参数和术语 1）分辨率、2）量化误差、3）转换时间、
(1)输入缓冲能力 (2) 输入码制 (3)输入数据的宽度 (4) DAC是电流型还是电压型 (5)AC 是 单 极 性 输 出 还 是 双 极 性 输出
3．D/A芯片简介
表1 DAC芯片介绍
4．DAC与微处理器接口实例
（1）DAC的分辨率小于等于系统数据总线宽 度时（如图3、4所示 ）。
（2）分辨率大于系统总线宽度时，DAC与系 统的连接如图5所示。
11. 数/模、模/数转换器及其与 CPU的接口
• 11.1 概述 • 11.2 数模转换器及其与CPU的接口 • 11.3 模/数转换器及其与CPU的接口
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11.1 概述
物理量
模拟电信号
传感器 1
A/D1
ห้องสมุดไป่ตู้数字电信号
生
产 物理量
模拟电信号
数字电信号
或
传感器 n
A/Dn
计
实 验 过
物理量 执 行 部 模拟电信号
件
D/A1
算 数字电信号
机
程
1
物理量 执 行 部 模拟电信号
数字电信号
件
D/An
n
图1 计算机自动控制系统
74LS 81H 138
DI7 DAC0832
+5V
DI0 ILE
CS XFER
WR1 WR2
图4 CPU与DAC0832的接口
图5 AD561与CPU的接口电路
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11.3 模/数转换器及其与CPU的接口
1．采样和量化 模拟量转换为数字量，一般经过三个步骤：
采样、量化、和编码。 2．A/D的性能参数和术语 1）分辨率、2）量化误差、3）转换时间、
(1)输入缓冲能力 (2) 输入码制 (3)输入数据的宽度 (4) DAC是电流型还是电压型 (5)AC 是 单 极 性 输 出 还 是 双 极 性 输出
3．D/A芯片简介
表1 DAC芯片介绍
4．DAC与微处理器接口实例
（1）DAC的分辨率小于等于系统数据总线宽 度时（如图3、4所示 ）。
（2）分辨率大于系统总线宽度时，DAC与系 统的连接如图5所示。
11. 数/模、模/数转换器及其与 CPU的接口
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11.1 概述
物理量
模拟电信号
传感器 1
A/D1
ห้องสมุดไป่ตู้数字电信号
生
产 物理量
模拟电信号
数字电信号
或
传感器 n
A/Dn
计
实 验 过
物理量 执 行 部 模拟电信号
件
D/A1
算 数字电信号
机
程
1
物理量 执 行 部 模拟电信号
数字电信号
件
D/An
n
图1 计算机自动控制系统
《数模和模数转换》课件
量化
将采样得到的样值进行量 化处理，将连续的模拟量 转化为离散的数字量。
编码
将量化后的数字量转换成 二进制或多进制的数字代 码。
ADC的分类
逐次逼近型ADC
逐次逼近型ADC采用逐次比较的 方法，将输入模拟信号与内部参 考电压进行比较，逐步逼近输入 信号的电压值。
并行比较型ADC
并行比较型ADC采用多个比较器 ，将输入模拟信号与多个参考电 压进行比较，以得到输入信号的 数字代码。
此外，新型封装技术的采用也将有助于减小转换器的尺寸。例如 ，采用球栅阵列封装(BGA)和晶片级封装(WLP)等新型封装技术 ，可以减小封装体积并提高集成度。
PART 05
总结
数模和模数转换的重要性和应用领域
01
重要性和应用领域
数模和模数转换是数字信号处理中的关键技术，广泛应用于通信、雷达
、音频处理、图像处理等领域。通过数模和模数转换，可以实现信号的
2023-2026
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目 录
• 数模转换器（DAC） • 模数转换器（ADC） • 数模和模数转换的应用 • 数模和模数转换的未来发展 • 总结
PART 01
数模转换器（DAC）
DAC工作原理
数字信号输入
将数字信号输入到DAC中。
PART 03
数模和模数转换的应用
音频处理
数字音频播放
将模拟音频信号转换为数字信号，通 过数字音频播放器进行播放，可以实 现更高质量的音频输出。
第11章模数、数模转换
MAIN PROC FAR
；主程序
PUSH DS
MOV AX，0
PUSH AX
MOV AX，DATA
MOV DS，AX
第11章 模数、数模转换
MOV AL，00010011B OUT 78H，AL MOV AL，30H OUT 79H，AL MOV AL，00001001B OUT 79H，AL
MOV AL，7FH
ADDC、ADDB、ADDA：输入通路选择控制； ALE：上升沿将输入通路选择控制锁存；
VCC和GND分别为电源（5V）和地； START：A/D启动信号，脉冲宽度应大于200ns； CLOCK：时钟脉冲，频率范围为10KHz～1MHz；
EOC：转换结束信号，上升沿有效；
OE：数据输出允许端； D7-D0：数字量输出端（三态）。
12位高速逐次逼近型A/D变换器；
最高采样频率可达1.5MSPS(Mega-Sample/s)；
低功耗，平均功耗仅为4mW；
电源：2.7V～5.25V；
标准的数字接口电路（具有三态）； 具有跟踪/保持功能。
第11章 模数、数模转换
(1) 内部结构
第11章 模数、数模转换
(2) 引脚说明
CONVST ：转换开始信号(输入)，低电平有效 CLKIN：主时钟(输入)，每14个时钟周期完成一次A/D转换CLKIN最高频率是 26MHz
第11章 模数、数模转换
REF(+)、REF(-)：基准电压输入，REF(+)不应大于 VCC，REF(-)不应小于GND。
DOUT=255 * VIN /(REF(+)- REF(-))
第11章 模数、数模转换
(2) ADC0809的时序
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11.2.3 DAC的双极性输出 的双极性输出
如果单极性输出电压减去B 的中值B 如果单极性输出电压减去 Z的中值 ZZ对应的输出电压 则变为双极性输出电压: 值,则变为双极性输出电压: 2n vO = KBZ KBZZ = KBZ K = K(BZ 2n1) = KBP 2 最高位是符号位: 最高位是符号位 n1 BP = BZ 2 偏移二进制码 1-正,0-负. 正 负
双极性偏 移电阻和 偏移电流
VREF I IP = = 2R 2
I 4 1 i I I 4 1 i V I O1 = 4 ∑ 2 Di + = 4 (∑ 2 Di 2 3 ) = REF ( BZ 23 ) 2 i =0 2 2 i =0 24 R VREF R f VREF = 4 BP vO = R f I O1 = 4 BP 2 R R 2
R f VREF vO = 4 R 2
开关网络 R-2R电阻网络 每个节点i的等 效电阻为R 来自输入或寄存器
4 1
2i Di ∑
i =0
虚地!电流电 压变换 NhomakorabeaVREF I= R 并联电阻上 为权电流!
R f VREF vO = n R 2 BZ = ∑ 2 Di
i i =0 n 1
∑2 D
i i =0
11.2.4 DAC的主要技术指标 的主要技术指标
1.转换精度:通常用分辨率和转换误差描述DAC的转换精度. 转换精度:通常用分辨率和转换误差描述 的转换精度. 转换精度 的转换精度 输出电压的范围可能被等分的数目定义为DAC的分辨率. 的分辨率. 输出电压的范围可能被等分的数目定义为
vO = KBZ , BZ [0,2 n 1], vO具有2 n 1等份.
VREF 5 K = LSB = 10 = 10 = 4.88mV 2 2
11.2.2 权电流型 权电流型DAC
在倒T形电阻网络 在倒 形电阻网络DAC中,模拟电子开关使得电阻网络不能 形电阻网络 中 模拟电子开关使得电阻网络不能 准确地按R-2R构成,导致并联电阻的电流偏离权电流值(I/2, 构成, 准确地按 构成 导致并联电阻的电流偏离权电流值( , I/4,I/8,I/16,…),使输出产生误差. ),使输出产生误差 , , , ),使输出产生误差. 用多发射结晶体管使每 个发射结的电流相等. 个发射结的电流相等.
11.1 数模和模数转换的作用 11.2 数模转换器(DAC) 11.3 模数转换器(ADC)
11.1 数模和模数转换的作用
模拟子系统 电 量 非 电 量 变 换 器 传 感 器 防 混 低 通 滤 波 器 工业控制系统框图示例 模 数 转 换 器 数 字 处 理 子 系 统 数 模 转 换 器 模拟子系统 重 构 低 通 滤 波 器 模 拟 执 行 机 构
推广到一般情况, 位权电流型DAC的输出电压为 推广到一般情况,n位权电流型 的输出电压为
R f VREF vO = n R 2 BZ = ∑ 2 Di
i i =0 n 1
2i Di = K BZ ∑
i =0
n 1
R f VREF K = n R 2
BZ是n位自然二进制数(>0), O是单极性的. 位自然二进制数( ), 是单极性的. ),v 位自然二进制数 K是1个单位数字量对应的电压,称为单位电压, 个单位数字量对应的电压, 是 个单位数字量对应的电压 称为单位电压, 常记为LSB. 常记为 . 单片集成权电流型DAC的芯片有AD1408, DAC0806和DAC0808等.
根据变换网络的结构,DAC分为倒T形电阻网络DAC,权 电流型DAC,T形电阻网络DAC,权电阻网络DAC,权电容网 络DAC和开关树型DAC. 本节介绍倒T形电阻网络DAC和权电流型DAC.
11.2数模转换器 数模转换器(DAC) 数模转换器
数模转换器:将数字信号转换为模拟信号的电路. 数模转换器:将数字信号转换为模拟信号的电路. (DAC—Digital to Analog Converter) ) 11.2.1 倒T形电阻网络DAC 11.2.2 权电流型DAC *11.2.3 DAC的双极性输出 11.2.4 DAC的主要技术指标
11.2.1 倒T形电阻网络 形电阻网络DAC 形电阻网络
1.工作原理 .
来自输入或寄存器
开关网络 R-2R电阻网络 R-2R 每个节点i对地的 等效电阻为R
虚地!
I=
电流电 压变换
VREF R
并联电阻上 为权电流!
I I I I I O1 = D3 + D2 + D1 + D0 2 4 8 16
第11章 数模与模数转换器 章
将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器 将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器 ),而将模拟 (DAC—Digital to Analog Converter),而将模拟 ), 信号转换为数字信号的电路则称为模数转换器 模数转换器(ADC-信号转换为数字信号的电路则称为模数转换器 Analog to Digital Converter). . DAC和ADC是数字电路和模拟电路之间的接口电 和 是数字电路和模拟电路之间的接口电 路.
用多路电流源产生准 确的权电流, 确的权电流,形成权 电流型DAC. 电流型 .
11.2.2 权电流型 权电流型DAC
三极管TR,T3,T2,T1,T0和TC的射极电位相等(VE), 它们的射极到负电源(-VEE)间的等效电阻依次为R,2R,4R, 8R,16R(按2n递增的电阻称为权电阻)和16R. 以T2的发射极等效 电阻为例说明.
4R
8R 16R 16R
VREF I= R
R f VREF 41 i I I I I vO = R f I O1 = 4 ∑ 2 Di I O1 = ( D3 + D2 + D1 + D0 ) R 2 i =0 2 4 8 16 输出电压与输入自然二进制数成正比,实现数模转换. 输出电压与输入自然二进制数成正比,1 i I 3 VREF 4 实现数模转换. = 4 (,D3 + 2 2 D2 + 21 D1 + 20 D0 ) = 4 ∑ 2 ,i所以,权电流 注意,由于多路电流源输出电流是单向的, 注意2 由于多路电流源输出电流是单向的 D 所以, 2 2 R i =0 型DAC的基准电压VREF只能为正. DAC的基准电压V 只能为正. 的基准电压
n 1
i
= K BZ
R f VREF K = n R 2
BZ是n位自然二进制数(>0) 输出电压是单极性的. K是1个单位数字量对应的 电压的绝对值,称为单位 电压,常记为LSB.
单刀双置开关可以用双极型三极管或MOS管实现. 管实现. 单刀双置开关可以用双极型三极管或 管实现
如果D , 导通, 截止,固定端A与 运放的反相 如果 i=1,TN1导通,TN2截止,固定端 与N(运放的反相 相连; 端)相连; 相连 如果D , 截止, 导通,固定端A与 运放的同相 如果 i=0,TN1截止,TN2导通,固定端 与P(运放的同相 相连. 端)相连. 相连 由于MOS管的导通电阻不相等,导致电阻网络不是准确的 管的导通电阻不相等, 由于 管的导通电阻不相等 R-2R网络,出现误差. 网络, 网络 出现误差.
3. DAC的应用 斜坡发生器 的应用:斜坡发生器 的应用
VREF=5V
CP
10 位 二进 制计 数器
D0 D1 D9
Rf DAC AD 7520
IO1 IO2
vO vO
+ A
GND
LSB
t / TCP O 1023 2047
(a)
(b) 图 11.2.5 斜坡电压发生器 (a) 原理框图 (b) 波形
VREF 101 i VREF 9 i vO = 10 ∑2 Di = ∑2 Di 2 i=0 1024 i=0
输出电压与输入10位自然 输出电压与输入 位自然 二进制数成正比. 二进制数成正比. 基准电压VREF可正可负. 基准电压 可正可负. 如果用另一个DAC的输出 如果用另一个 的输出 替换V 则可实现2个数字量 替换 REF,则可实现 个数字量 之积的数模转换. 之积的数模转换.
R f VREF vO = R f I O1 = 4 R 2
2i Di ∑
i =0
4 1
I 3 I 2 1 0 = 4 (2 D3 + 2 D2 + 2 D1 + 2 D0 ) = 4 2 2
2i Di ∑
i =0
4 1
11.2.1 倒T形电阻网络 形电阻网络DAC 形电阻网络
1.工作原理 .
2.单片集成DAC .单片集成
单片集成倒T形电阻网络DAC芯片有AD7520(10位DAC) , DAC1210H(12位DAC) 和AK7546(16位DAC)等. 单片集成ADC:AD7520 单片集成ADC: ADC 集成10位倒T 10位倒 集成10位倒T电阻网络 AD7520集成反馈电阻Rf, AD7520集成反馈电阻R 集成反馈电阻 与倒T形电阻网络的R相等. 与倒T形电阻网络的R相等. 输出电压为: 输出电压为:
二进制码 值域
(无符号数 )BZ [0,2n-1]
(有符号数)BP [-2n-1,2n-1-1]
BP是双极型的,值域为 n-1,2n-1-1],故输出变为双极性 是双极型的,值域为[-2 , 电压. 电压. 下面介绍4位权电流型双极性 位权电流型双极性DAC, BP [-24-1,24-1-1]. 下面介绍 位权电流型双极性 , .
11.2.4 DAC的主要技术指标 的主要技术指标
实际的精度与DAC的元件参数值等有关.它们是基准电压, 电阻网络,模拟开关,运放的特性和工作温度等参数.这些元件 的非理想性使输出电压偏离理论值,产生转换误差. 比例系数误差反映基准电压VREF偏离理论值,使DAC 的比例 K K 系数K产生误差. K∝ VREF . 非线性误差则主要是电阻网络,电流源和模拟开关等引起的, 他们通过不同的途径影响K的电阻值.由于元件参数偏离理论值, 并且元件的电路位置不同,对输出电压的影响是非线性的.通常 用输出电压范围内的最大非线性误差描述对DAC的影响. 失调误差是由运放的零点漂移引起的,其大小与输入数字量 无关,它使输出电压偏移一个微小量. 转换误差e是比例系数误差,非线性 误差和失调误差的绝对值之和.通常