AD.DA转换原理
AD、DA转换
5V
/每1个最低有效位 个最低有效位
(2) D/A的组成 的组成 由三部分电路组成
电阻网络 模拟电子开关 求和运算放大器
1、权电阻D/A变换器 、权电阻 变换器
这种变换器由“电子模拟开关” 这种变换器由“电子模拟开关”、“权电阻求和网 运算放大器” 基准电源”等部分组成。 络”、“运算放大器”和“基准电源”等部分组成。
模－数转换：模拟信号→数字信号： 数字信号： 数转换：模拟信号 数字信号 A/D转换器 (ADC:Analog Digital Converter) 转换器 数－模转换：数字信号→模拟信号： 模拟信号： 模转换：数字信号 模拟信号 D/A转换器 (DAC:Digital Analog Converter) 转换器
uo 控 制 逻 辑
时钟 清 0、置数 、 “1”状态是否保留 状态是否保留 控制端 清 0、置数 、 CP、(移位命令 、 移位命令 移位命令)
D / A
1 0 0 0
数码寄存器
1 0 0 0
移位寄存器
原理框图
3、双积分型ADC 、双积分型
双积分型ADC是一种电压双积分型ADC是一种电压-时间间接型模数转换器 ADC是一种电压 主要有积分器、比较器、 主要有积分器、比较器、计数器和控制电路组成 工作过程由对基准源和样值两次积分完成。 工作过程由对基准源和样值两次积分完成。
∞ C - +
B A
这种A/D 这种A/D 变 D1 换器的优点是转 换速度快， 换速度快，缺点 D0 是所需比较器数 目多， 数字输出 目多，位数越多 矛盾越突出。 矛盾越突出。
逻辑状态关系表
输入电压
uxLeabharlann 比较器输入编码器输出
A B C D E F G D2 D1 D0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0
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
(完整版)AD、DA转换原理数模、模数转换
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)
2020/4/8
3
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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4
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；
2020/4/8
为0时，模拟开关下拨。
求和放大 器
权电阻
网络
5
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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6
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
2020/4/8
典型数字控制系统框图
2
D/A转换
ad转换器和da转换器
电流输出型DA转换原理
总电流
•转换电流
分支电流
……
•I01转换电流与“逻辑开关”为1的各支路电流的总和成正比 ，即与D0～D7口输入的二进制数成正比。
•DAC0832
•反馈电 阻 •外接放大器
转换电压
•即，转换电压正比于待转换的二进制数和参考电压
DAC的性能指标： 1、分辨率 通常将DAC能够转换的二进制的位数称为分辨率。 位数越多分辨率也越高，一般为8位、10位、12位、16位等
•参考程序如下：
INIT1： SETB IT1
；选择外部中断1为跳沿触发方式
SETB EA
；总中断允许
SETB EX1 ；允许外部中断1中断
MOV DPTR，#7FF8H ；端口地址送DPTR
MOV A，#00H
MOVX @DPTR，A；启动ADC0809对IN0通道转换
………
；完成其他的工作
•电路分析
➢ 由P2.0形成高8位地址（0xfe），与WR信号合成START/ALE正脉冲启动 ADC，与RD信号合成OE正脉冲输出转换数据；
➢ 启动IN0～IN7通道AD转换的命令的地址为：0xfef8，……，0xfeff。
➢ 读取AD结果的命令的地址为：任何高8位为0xfe的地址均可。
•电路分析
DAC2第1级地址： 1111 1101 …（0xfdff） DAC1和2第二级地址：1110 1111 …（0xefff）
例3参考程序
•语句DAOUT = num的作用只是启动DAC寄存器，传输什么数据都没关 系。
例3 运行效果 （多路D/A同步输出 ）
•11.2 AT89S51与ADC的接口
《AD及DA转换》课件
《AD及DA转换》PPT课件
本PPT课件将深入介绍AD及DA转换的原理、分类、工作模式，以及采样率、 量化精度等关键概念。我们还会探讨信号处理技术、硬件实现和电路设计等 重要话题。
什么是AD和DA转换
AD（模数）转换将模拟信号转换为数字信号，DA（数模）转换将数字信号转换为模拟信号。这两种转换器 在许多电子系统中起着关键作用。
AD转换器可根据工作原理和特性进行分类，如逐次逼近型、积分型、双斜率 型和ΔΣ型等。每种类型都有其适用的应用场景和性能特点。
DA转换器的分类
DA转换器可以按照数字信号转换为模拟信号的方法进行分类，如加权电阻型、 串行型、并行型和PDM型等。不同类型的转换器适用于不同的应用需求。
AD转换器的工作模式
AD转换的原理和作用
AD转换器使用采样和量化技术将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。它 在信号处理、通信系统和传感器中都有广泛应用。
DA转换的原理和作用
DA转换器将数字信号转换为模拟信号，使其能够在模拟电路中进行进一步处 理和传输。它在音频、视频和通信等领域中扮演着核心角色。
AD转换器的分类
AD_DA原理及主要技术指标
AD_DA原理及主要技术指标AD/DA原理是指模拟信号与数字信号之间的转换过程，其中AD （Analog to Digital）指模拟信号转换为数字信号的过程，DA（Digital to Analog）指数字信号转换为模拟信号的过程。
AD转换过程主要包括采样、量化和编码三个阶段。
首先，采样是将连续的模拟信号按照一定的时间间隔进行离散化处理，其中的模拟信号也被称为连续时间信号。
采样频率是指每秒对模拟信号进行采样的次数，常用单位为Hz。
接下来是量化，即将连续的模拟信号转换为离散的数字量，其精度由量化位数决定，量化位数越高，精度越高。
最后是编码，将量化后的数字信号通过编码器转换为二进制码，以便能够在数字系统中进行传输和处理。
DA转换过程主要包括解码和重构两个阶段。
首先，解码是将二进制码转换为离散的数字量，采用解码器进行解码。
接下来是重构，即将离散的数字量转换为连续的模拟信号，其精度由重构位数决定，重构位数越高，精度越高。
最后通过滤波器对重构后的模拟信号进行滤波处理，以去除可能产生的噪声和失真。
主要技术指标包括采样频率、量化位数、重构位数和信噪比等。
采样频率是指每秒对模拟信号进行采样的次数，频率越高，能够更准确地还原原始模拟信号，但也需要更高的系统性能和硬件成本。
常用的采样频率有8kHz、16kHz、32kHz、44.1kHz、48kHz等。
量化位数是指将模拟信号转换为数字信号时，对信号幅值的离散级数。
例如，8位的量化位数可以表示256个离散级数，12位的量化位数可以表示4096个离散级数。
量化位数越高，数字信号的分辨率越高，能够更准确地还原原始信号。
重构位数是指将数字信号转换为模拟信号时，对数字量的精度。
与量化位数类似，重构位数越高，模拟信号的分辨率越高，能够更准确地还原原始信号。
信噪比（SNR）是模拟信号与数字信号之间的噪声水平，表示了有效信号与噪声之间的相对强度。
信噪比越高，数字信号的质量越好，表示数字信号中噪声所占比例较小。
ad和da的原理
ad和da的原理
ad和da分别是模拟信号和数字信号之间的转换过程中使用的
缩写词。
AD转换过程，即模拟信号（Analog Signal）转换为数字信号（Digital Signal）。
在AD转换中，模拟信号首先通过采样（Sampling）将连续的模拟信号转换为离散的信号，然后通过
量化（Quantization）将离散信号的幅值转换为一系列离散的
数值，最后通过编码（Encoding）将这些数值转换为二进制数，以便在计算机系统中传输和处理。
DA转换过程，则是数字信号转换为模拟信号。
在DA转换中，数字信号通过解码（Decoding）将二进制数转换为一系列离散的数值，然后通过数字到模拟转换器（DAC，Digital-to-Analog Converter）将这些离散数值转换为连续的模拟信号，
最终得到模拟信号。
AD和DA的原理是基于模拟信号和数字信号的不同特性来实
现的。
模拟信号是连续的，在时间和幅值上都可以取任意值；而数字信号是离散的，只能取有限个数值。
AD转换将模拟信
号的连续性转换为离散性，通过采样和量化将模拟信号离散化为数字信号。
DA转换则将数字信号的离散性转换为连续性，
通过解码和DAC将数字信号还原为模拟信号。
AD和DA的应用广泛，例如在音频设备中，AD转换将模拟
声音信号转换为数字信号进行处理和存储，然后DA转换将数
字信号转换回模拟信号输出。
这样的转换能够实现高质量的音频处理和传输，在音乐、广播等领域发挥重要作用。
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。
电路中的AD转换与DA转换
电路中的AD转换与DA转换在当今信息时代，电子设备已经渗透到我们生活的方方面面。
而这些电子设备的运作离不开AD转换（模数转换）和DA转换（数模转换）这两个关键环节。
本文将介绍AD转换和DA转换的原理、应用以及相关技术发展。
一、AD转换AD转换是模拟信号转换为数字信号的过程。
在电子设备中，传感器等设备输出的信号多为模拟信号，需要通过AD转换将其转换成数字信号，才能由电子器件进行处理和存储。
AD转换器通常由采样器、量化器和编码器组成。
采样器的作用是将模拟信号在一定的时间间隔内取样，量化器将取样的模拟信号分成有限个离散值进行量化，编码器将量化后的离散值转换成二进制数字信号。
通过这一过程，AD转换器能够将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
AD转换器广泛应用于各个领域，如音频、视频、电力系统等。
在音频领域，AD转换器用于将声音等模拟信号转换为数字信号，实现录音、播放等功能。
在电力系统中，AD转换器用于电能计量、监测等方面。
二、DA转换DA转换是数字信号转换为模拟信号的过程。
数字信号由计算机或其他数字系统处理和存储，而大部分外围设备如音箱、显示器等则需要模拟信号进行驱动。
DA转换器通常由数字信号输入端和模拟输出端组成。
数字信号输入端接收来自计算机或其他数字系统的数字信号，将数字信号按照一定的波形进行放大、滤波等处理后，经过模拟输出端输出为模拟信号。
这样，数字系统生成的数字信号便可以控制外围设备的模拟输出。
DA转换器广泛应用于音频设备、显示设备等领域。
在音频设备中，DA转换器用于将计算机中存储的音频文件转换为模拟信号，通过音箱输出高质量的音乐。
在显示设备中，DA转换器则将计算机生成的数字图像信号转换为模拟信号，驱动显示器显示各种图像。
三、技术发展随着科技的不断进步，AD转换与DA转换技术也得到了快速的发展与创新。
目前，高速、高精度、低功耗、小型化是AD转换与DA转换技术的发展方向。
在AD转换技术方面，新型的Delta-Sigma调制技术、超大规模集成电路技术等被广泛应用，提高了AD转换器的精度和信噪比。
AD转换电路和DA转换电路
LE2
LE3
MSB
12位 相乘 型 D/A 转换 电路
LSB
10
14 UREF 13 Io2
Io1
11
Rf b
24 3
UCC
12
DAC1208
AD-DA转换器实例仿真
有一模数－数模转换电路如图，试根据不同转换频率， 仿真该电路
REF1=REF2=10V E Ovr
REF2
In 10sin4t
1
UR/2
+1
#
-1 N1
UR/4
d1
≥1
&
d0
AD转换器
集成A/D转换器ADC0809
启动 START CLK
IN7
8路 模拟 量输
入 IN0
3 位 ADDA 地址 ADDB
线 ADDC 地址锁 ALE 存允许
WR
8路 模拟 开关
地址 锁存 与 译码
控制逻辑与时序
-1
#
+1
SAR
开关树
三态输 出锁存 缓冲器
ADDA
UCC
+5V
ui7
IN7
REF(+)
…
……
REF(–)
ui0
IN0 GND
b)
DA转换器
D/A转换器的转换特性
对n位D/A转换器 ，设其输入是n位二进制数字输入信号 Din (d1,…dn), Din = d1x2-1+…+dnx2-n 如果D/A转换器的基准电压位UR,则理想D/A转换器的输 出电压U0可表示为 U0 = UR*Din
REF1
1
2
in Conv
a d转换器工作原理
a d转换器工作原理
AD转换器是模拟信号和数字信号之间的转换器。
在AD转换过程中，模拟信号首先经过采样，然后经过量化和编码，最后转换为数字信号输出。
AD转换器的工作原理如下：
1. 采样：AD转换器会连续地对模拟信号进行采样，即在确定的时间间隔内获取一系列离散的样本值。
采样定理规定采样频率应该是模拟信号最高频率的两倍以上，以避免信号失真。
2. 量化：采样后的模拟信号经过量化处理，将连续的模拟信号转换为离散的量化电平。
量化的目的是将连续的模拟信号离散化，使其能够用数字形式表示。
量化过程中会根据固定的量化级别将连续的模拟信号映射到特定的离散电平上。
3. 编码：量化后的模拟信号需要通过编码转换为数字信号。
编码过程中使用的编码方式包括二进制编码、格雷码等。
编码后的信号将每个量化电平映射为一个数字代码，以表示该离散电平的数值。
4. 数字信号输出：编码后的数字代码通过输出接口输出为数字信号，供其他数字电路或设备使用。
数字信号可以在计算机系统中进行数字信号处理、分析和存储等操作。
总的来说，AD转换器通过采样、量化和编码的过程将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
采样将模拟信号离散化，量
化将离散化后的信号分级表示，编码将信号转换为数字代码，最后输出为数字信号。
这样可以实现模拟信号的数字化处理和传输。
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。
DA与AD转换器的基本原理
DA与AD一、D/A转换器的基本原理1、分辨率分辨率是指输入数字量的最低有效位（LSB）发生变化时，所对应的输出模拟量（电压或电流）的变化量。
它反映了输出模拟量的最小变化值。
分辨率与输入数字量的位数有确定的关系，可以表示成FS / 。
FS表示满量程输入值，n为二进制位数。
对于5V的满量程，采用８位的DAC时，分辨率为5V/256＝19.5mV；当采用12位的DAC时，分辨率则为5V/4096＝1.22mV。
显然，位数越多分辨率就越高。
2、线性度线性度（也称非线性误差）是实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。
常以相对于满量程的百分数表示。
如±１％是指实际输出值与理论值之差在满刻度的±１％以内。
3、绝对精度和相对精度绝对精度（简称精度）是指在整个刻度范围内，任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。
绝对精度是由DAC的增益误差（当输入数码为全1时，实际输出值与理想输出值之差）、零点误差（数码输入为全０时，DAC的非零输出值）、非线性误差和噪声等引起的。
绝对精度（即最大误差）应小于1个LSB。
相对精度与绝对精度表示同一含义，用最大误差相对于满刻度的百分比表示。
应当注意，精度和分辨率具有一定的联系，但概念不同。
DAC的位数多时，分辨率会提高，对应于影响精度的量化误差会减小。
但其它误差（如温度漂移、线性不良等）的影响仍会使DAC的精度变差。
DAC0832与80C51单片机的接口１、单缓冲工作方式此方式适用于只有一路模拟量输出，或有几路模拟量输出但并不要求同步的系统。
双极性模拟输出电压：双极性输出时的分辨率比单极性输出时降低1/2，这是由于对双极性输出而言，最高位作为符号位，只有7位数值位。
2、双缓冲工作方式多路D/A转换输出，如果要求同步进行，就应该采用双缓冲器同步方式。
3、直通工作方式当DAC0832芯片的片选信号、写信号、及传送控制信号的引脚全部接地，允许输入锁存信号ILE引脚接＋5V时，DAC0832芯片就处于直通工作方式，数字量一旦输入，就直接进入DAC寄存器，进行D/A转换。
AD_DA转换基本原理
RF(R) (R) D0D0 D1D1 D2D2 D3D3 IΣ A S0 2R 2R I/16 2R R S1 I/8 2R R S2 I/4 2R R S3 I/2 +VREF I
uo Si 接 真 实 地
I/16
I/8
I/4
I/2
2、当D0D1D2D3=0000时(电子开关S0S1S2S3向左)： Si 接运算放大器同相输入端(接地)。各节点对 地的等效电阻仍均为R，电流分配关系如图所示。
uo
Si 接 真 实 地
2、当D0D1D2D3=0000时(电子开关S0S1S2S3向左)： Si 接运算放大器同相输入端(接地)。各恒流源 电流直接接地，IΣ 等于0。
19
三、定量分析 1、总电流(假定D0~D3为全1)为：
I I 16 I 8 I 4 I 2 I(2
4
D0 2
24
2、转换误差(主要是受温度影响所至) 转换误差等于：失调误差+增益误差+非线性误差 ⑴ 失调误差(漂移误差) 失调误差也称零点 误差或漂移误差。 当DAC电路的数字 输入全为 0 时，模拟输 出电压偏离零电位的数 值为DAC的失调误差。 它与温度有关。 模拟输出 实际线 理想线 失 调 误 差
模拟输出
理想线
实际线 非线性误差
数字输入
27
二、转换速度 1、建立时间(tset)： 当输入的数字量发生变化时，DAC转换器输 出的模拟电压变化到相应稳定电压值所需时间称 为建立时间。最短可达0.1μS以下。 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。
数模转换电路原理
数模转换电路原理
数模转换电路是指将数字信号转换为模拟信号的电路。
数模转换电路的基本原理是根据数字信号的离散特性，利用数字量与模拟量之间的转换关系来实现信号的转换。
常见的数模转换电路有数字模拟转换器（DAC）和模数转换器（ADC）。
DAC是将数字信号转换为模拟信号的电路。
它根据输入的数字信号值，在输出端生成与输入相对应的模拟信号。
DAC电路的基本原理是通过数字信号的二进制编码来确定输出模拟信号的电平大小。
具体来说，DAC电路将输入的数字信号按照一定的编码方式，将每个数字位对应到不同的电平上，然后利用各种放大、滤波等技术处理，最终生成与输入数字信号相对应的模拟信号。
ADC是将模拟信号转换为数字信号的电路。
它根据输入的模拟信号大小，在输出端生成对应的数字信号值。
ADC电路的基本原理是通过对模拟信号的抽样、量化和编码来实现信号的数字化。
具体来说，ADC电路对输入模拟信号进行周期性的抽样，将每个抽样点的电平值进行量化，即将连续的模拟电平转换为离散的数字量，然后将量化后的数字量按照一定编码方式输出。
数模转换电路在很多应用中发挥着重要作用。
在通信系统中，常用的数字音频、视频信号需要经过数模转换才能在模拟信号通路中传输。
在测量与控制系统中，传感器采集的模拟信号需要通过ADC转换为数字信号，进行计算和处理。
总之，数模
转换电路是数字与模拟领域的重要桥梁，对于实现数字与模拟信号的互相转换具有重要意义。
第12章-AD与DA 转换
⑧ OE——输出允许信号，高电平有效。当
微处理器送出该信号时，ADC0808/0809 的输出 三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。 在中断工作方式下，该信号往往是 CPU 发出的中 断请求响应信号。
11
12.1.1 ADC0808芯片工作原理
3．工作时序与使用说明
ADC0808/0809 的工作时序如图 12-3 所示。当通道选择地址有效时， ALE 信号一 出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信 号 紧 随 ALE 之 后 （ 或 与 ALE 同 时 ） 出 现 。 START 的上升沿将逐次逼近寄存器 SAR 复位， 在该上升沿之后的 2us+8 个时钟周期内（不 定）， EOC 信号将变低电平，以指示转换操 作正在进行中，直到转换完成后 EOC再变高 电平。微处理器收到变为高电平的 EOC 信号
后，便立即送出OE信号，打开三态门，读取
转换结果。 图12-3 ADC0808工作时序
12
12.1.1 ADC0808芯片工作原理
模拟输入通道的选择可以相对于转换开始操 作独立地进行（当然，不能在转换过程中进行）， 实际中通常是将通道选择和启动转换结合起来完 成（因为ADC0808的时间特性允许这样做），这 样可以用一条写指令既选择模拟通道又启动转换。 在与微机接口时，输入通道的选择可有两种
⑧ 使用时不需进行零点和满刻度工作原理
2．内部结构和外部引脚
ADC0808的内部结构如图12-1所示，外部引脚如图12-2所示。
图12-1 ADC0808 图 内部结构图 12-2 ADC0808外部引脚图
8
12.1.1 ADC0808芯片工作原理
内部各部分的作用和工作原理在内部结构图中已一目了然，在此就不再赘述，下面仅 对各引脚定义分述如下： ① IN0 ～ IN7 —— 8 路模拟输入，通 过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC
第八章AD和DA转换器
VREF (dn-1 2 n-1 d n-2 2 n-22nd 121 d °20)U 0V REF(d n 1d n 22nd 1 21 d 0 20)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-i …D i D o )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。
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IV REFR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「、~2、「3、…。
21 22 23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12d n 1：d n 2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U o RI 讯知1知2d12nd0)2、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。
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。
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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优点：
速度高 （<50nm） 可省略采保 电路 缺点： 比较器多 （n位代码需 2n－1个）
二、反馈比较型A/D转换器 1、计数型A/D转换器 转换时间长： 当输出为n位二进制数码时，最长的转换时间 可达（2n－1）TCP。
2、逐次渐进型A/D转换器 原理：类似天平称重原理 从最高位置1，
判断保留或去除；
（4）CP4 ↑ 到来 SA=0, RA=0; SB=0, RB=0; SC=0, RC=0 QA、QB、QC 均保持 101 vC =0 且CP4 ↑过后， Q1~Q5 ＝00001， 三态输出101
（5）CP5 ↑ 到来 Q1~Q5 ＝10000， 返回初态
9.3.4 间接A/D转换器 第一步：S1合到vI一侧，进行固定 时间T1的积分
D1、D2保护二极管，VOS输出调零电压
9.3.3 直接A/D转换器 一、并联比较型 三部分组成：
电压比较器、寄存器、 代码转换电路
△＝2/15VREF 比较结果：0000000， 0000001，……， 1111111共8种 CP↑寄存。
寄存器输出是一组7位的二值代码，需转换成3位二进制数。 代码转换电路的逻辑函数式为：
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：
2、CB7520中的CMOS模拟开关电路
采用15V电压
9.2.7 D/A转换器的转换精度与转换速度 一、D/A转换器的转换精度 用分辨率和转换误差来描述转换精度
1、分辨率用输入二进制代码的位数给出（理论精度）
模拟电压应能区分00….00～11….11 全部2n个不同状态 用最小电压与最大输出电压之比表示， 例如10位D/A转换器
V＋接地， V－为虚地，S3～S0相当于接地，若数码为1，接V-, 数码为0，接V＋ 。
二、工作原理 从每个端口向左看等效电 阻均为R，I=VREF/R，每 个支路电流依次为I/2, I/4, I/8, I/16。
对于n位D/A转换器：
VO与D成正比。
三、集成D/A转换器CB7520 (AD7520) 1、原理图 10位倒T电路，需外接运放，反馈电阻可用内部R，也可自接， VREF需稳定，才能确保转换精度。
保持电路
二、量化和编码 采样电压表示成最小单位的整数倍，叫量化。 最小单位叫量化单位，用△表示。数字信号最低有效位 （LSB）的1所代表的数量大小为△ 。 量化结果用二进制表示出来叫编码。 只舍不入 有舍有入
两种量化方法
例如，0～1V模拟电压转换成三位 二进制代码。 图(a)中：△ ＝1/8V 0～1/8V＝0 · △ 1/8V ～2/8V ＝1 · △ (a) ………………… 单向误差为＋，最大误差为1/8V。 图9.3.3 划分量化电平的两种方法
例如，0～1V模拟电压转换成三位二 进制代码。 图(b)中： △ ＝2/15V 0～1/15V＝0 · △ 1/15V ～3/15V ＝1 · △ ………………… 双向误差为±，最大误差为1/15V。
图9.3.3 划分量化电平的两种方法
若vI在±范围内变化时，一般要 求采用二进制补码形式编码， 例如△ ＝1V，三位二进制补码， 如图9.3.4。
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
第九章 数－模和模－数转换
9.1 概述
9.2 D/A转换器 9.3 A/D转换器 本章小结 作业：2、5、7
9.1 概述
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。 从数字信号到模拟信号的转换称为阻网络型；倒梯电阻网络型；权电流型；权电容型； 开关树型等等。 逐次渐进型 反馈比较型 计数型 A/D 直接型 并联比较型 转换 器的 电压－时间型（V－T变换型）: 双积分型 间接型 分类 电压－频率型（V－F变换型） 主要指标：转换精度；转换速度
9.3.2 取样－保持电路 一、基本形式如图9.3.5 当vL＝1时，T通，vI向C充电，设RI=RF，则vO＝ vC＝ －vI，当 vL＝0时，T止，CH保持。 缺点：速度低，
为提高速度，可减小RI，
则输入阻抗降低， 不可取。 解决办法见下页。
二、实用电路（LF198） 速度低的解决办法：在电路的输入端增加一级隔离放大器， 如：LF198集成采样－保持。 vL＝1，取样； vL＝0，保持；
9.3 A/D转换器 9.3.1 A/D转换的基本原理 模拟信号是连续的，数字信号是离散 的，因此需要在一系列选定的瞬间对 输入的模拟信号取样，然后保持、量 化、编码，再开始下一次取样。 一、取样定理
取样信号vS，模拟信号vI ，必须 满足fS≥2fi(max)
fS －取样频率； fi (max)－模拟信 号的最高频率分量的频率 用低通滤波器将vS还原为vI ， 一般取fS＝3～5fi (max)
（2）CP2 ↑ 到来 SA=0, RA=0; SB=1, RB=0; SC=0, RC=0 QA保持，QB置1，QC保持 ∴置成 110→ vO＝5×(2－1+ 2－2)＝3.75V ∵ vO > vI ∴ vC =1 且CP2 ↑过后， Q1~Q5 ＝00100，即Q3 ＝1 （3）CP3 ↑ 到来 SA=0, RA=0; SB=0, RB=1; SC=1, RC=0 QA保持，QB置0，QC置1 ∴置成 101→ vO＝5×(2－1+ 2－3)＝3.125V ∵ vO < vI ∴ vC =0 且CP3 ↑过后， Q1~Q5 ＝00010，即Q4 ＝1
第二步：S1转到－vREF一侧，向相 反方向积分，积分时间为T2。