DA-AD转换
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
DA和 AD转换电路的讲解
李家虎编
20
片选
写入 1 模拟 地
数字 输入 参考电 压
电 源 输入锁 存允许
转移 控制
写入 2
数字输 入 电流输出 2
反馈 电阻 数字 地
2013-8-11
引脚图及说明
2007-5-20 李家虎编
电流输出 1
21
1）引脚说明 ILE：输入锁存选通（高电平有效），与CS组 合选通WR 。 WR ：写信号1（低电平有效），用来将输入数 据送到锁存器，当WR 为高电平时，输入到锁 存器的数据被锁定。 CS：片选信号（低电平有效），同ILE组合选 通WR 。 WR ：写信号2（低电平有效），与XFER组合 可以使输入到锁存器的8位数据传到D/A寄存器 中。 XFER：传送控制信号（低电平有效），它将选 通WR 。
模拟量输 出uA
图2
2013-8-11 2007-5-20 李家虎编 5
图中D是n位并行输入的数字量，uA 是输出模拟量，UREF是实现转换所 必须的参考电压。
u A KU REF
D
i 0
n 1
i
2
i
这个表达式反映了数字量与输出模 拟量的线性关系。
2013-8-11
2007-5-20
2013-8-11 2007-5-20 李家虎编 15
（6）馈送误差 馈送误差是指杂散信号通过D/A器件内部电 路耦合到输出端而造成的误差。 （7）线性误差 D/A转换的理想特征是线性的，但实际上存 在误差，模拟输出偏离理想输出的最大值 称为线性误差。 2）动态参数 （1）建立时间 输入数字从全“0”到全“1”时，建立时间 最长，因此将该时间称为建立时间。
D/A、A/D转换电路的讲解
《AD及DA转换》课件
一、AD及DA转换简介1.1 AD转换概述模拟信号与数字信号的概念模拟信号转换为数字信号的意义1.2 DA转换概述数字信号转换为模拟信号的意义DA转换的基本原理1.3 AD及DA转换的应用领域电子秤工业控制音频处理二、AD转换器（模数转换器）2.1 AD转换器的工作原理采样保持量化和编码2.2 AD转换器的类型逐次逼近型（SAR）双积分型流水线型2.3 AD转换器的主要性能指标分辨率和量化误差转换时间和转换速率动态范围和线性范围三、DA转换器（数模转换器）3.1 DA转换器的工作原理数字到模拟的转换过程D/A转换器的类型及特点3.2 DA转换器的主要性能指标分辨率转换误差转换速度3.3 DA转换器的应用实例音频DAC视频DAC通信系统中的DA转换应用四、AD及DA转换器的选择与评估4.1 AD及DA转换器的选择依据精度要求转换速度要求成本和功耗考虑4.2 AD及DA转换器的评估方法测试转换特性分析转换误差对比不同转换器的性能4.3 AD及DA转换器的应用案例分析模拟信号采集与数字处理数字信号调节与模拟输出五、AD及DA转换技术的未来发展5.1 高速AD及DA转换技术亚微米和深亚微米工艺并行处理技术5.2 高精度AD及DA转换技术低噪声和低功耗设计温度补偿技术5.3 集成AD及DA转换技术片上系统（SoC）混合信号集成技术5.4 新型AD及DA转换技术展望生物医学信号处理领域无线通信和物联网应用领域六、模拟信号的采样与保持6.1 采样定理奈奎斯特采样定理采样频率的选择6.2 采样保持电路采样保持电路的工作原理采样保持电路的设计要点七、模拟信号的量化与编码7.1 量化过程量化的概念与过程量化误差7.2 编码方法二进制编码格雷码编码八、逐次逼近型AD转换器（SAR ADC）8.1 SAR ADC的工作原理转换过程解析转换速率与功耗8.2 SAR ADC的设计要点模拟开关的选择基准电压源的设计九、双积分型AD转换器9.1 双积分型ADC的工作原理转换过程解析转换时间与精度9.2 双积分型ADC的应用场景电流传感器压力传感器十、流水线型AD转换器10.1 流水线型ADC的工作原理转换过程解析转换速率与功耗10.2 流水线型ADC的设计要点级间匹配与补偿模拟开关的选择十一、DA转换器（数模转换器）的类型及原理11.1 权电阻网络DA转换器工作原理分辨率和线性度11.2 电压反馈型DA转换器工作原理特点和应用11.3 电流反馈型DA转换器工作原理特点和应用十二、DA转换器的性能指标及评估12.1 分辨率数字位数的含义分辨率与精度的关系12.2 转换误差静态误差动态误差12.3 转换速度转换时间更新速率十三、DA转换器的应用实例13.1 音频DAC音频信号的数字到模拟转换音频DAC芯片的选择13.2 视频DAC视频信号的数字到模拟转换视频DAC芯片的选择十四、AD及DA转换器的接口技术14.1 模拟接口差分信号传输阻抗匹配14.2 数字接口SPI接口I2C接口USB接口十五、AD及DA转换器的实际应用问题与解决方案15.1 噪声问题模拟噪声的来源数字噪声的来源降噪技术15.2 匹配问题内部组件匹配外部组件匹配匹配技术15.3 温度补偿温度对AD及DA转换器的影响温度补偿技术重点和难点解析本文主要介绍了AD及DA转换的相关概念、原理、性能指标、应用实例以及接口技术，重点内容包括：1. AD及DA转换的基本原理：理解模拟信号与数字信号的转换过程，掌握AD 及DA转换的意义和应用领域。
AD和DA转换器的分类及其主要技术指标
AD和DA转换器的分类及其主要技术指标AD和DA转换器（Analog-to-Digital and Digital-to-Analog converters）是电子设备中常用的模数转换器和数模转换器。
AD转换器将连续的模拟信号转换成对应的离散数字信号，而DA转换器则将离散的数字信号转换成相应的连续模拟信号。
本篇文章将介绍AD和DA转换器的分类以及它们的主要技术指标。
一、AD转换器分类AD转换器主要分为以下几个类型：1.逐次逼近型AD转换器（Successive Approximation ADC）逐次逼近型AD转换器是一种常见且常用的AD转换器。
它采用逐渐逼近的方法逐位进行转换。
其基本原理是将模拟输入信号与一个参考电压进行比较，不断调整比较电压的大小，确保比较结果与模拟输入信号的差别小于一个允许误差。
逐次逼近型AD转换器的转换速度相对较快，精度较高。
2.模数积分型AD转换器（Sigma-Delta ADC）模数积分型AD转换器是一种利用高速和低精度的ADC与一个可编程数字滤波器相结合的技术。
它通过对输入信号进行高速取样并进行每个采样周期的累积和平均，降低了后续操作所需的带宽。
模数积分型AD转换器具有较高的分辨率和较好的线性度，适用于高精度应用。
3.并行型AD转换器（Parallel ADC）并行型AD转换器是一种通过多个比较器并行操作的AD转换器。
它的转换速度较快，但其实现成本相对较高。
并行型AD转换器适用于高速数据采集和信号处理。
4.逐渐逼近型AD转换器（Ramp ADC）逐渐逼近型AD转换器是一种通过线性递增电压与输入信号进行比较的转换器。
它利用逐渐逼近的方法寻找与输入信号最接近的电压值，然后以此电压值对应的时间来估计输入信号的值。
逐渐逼近型AD转换器转换速度较慢，但精度较高。
5.其他类型AD转换器除了上述几种常见的AD转换器类型外，还有其他一些特殊的AD转换器类型，如比例调制型AD转换器、索耳转换器等。
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。
DA和AD转换
I I I I 流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 , , , 2 4 8 16 于是得总电流：
I I I I i d 3 d 2 d1 d0 2 4 8 16
I 3 2 1 0 4 2 d 3 2 d 2 2 d1 2 d 0 2
VREF I R
输出电压：
VREF V0 n d n 1 2 n 1 d n 2 2 n 2 d1 21 d 0 20 2 VREF n Dn 2
与权电阻网络D/A转换器的计算公式完全相同。
为进一步提高D/A转换器的转换精度，可采用权电 流型D/A转换器。 9.2.3 权电流型D/A转换器 工作原理与倒T形电阻网络D/A转换器基本相同。
1 当Dn=000……001时， V0 n VREF 2 2n 1 V VREF 当Dn=111……111时， 0 n 2
2n 1 V0的最大变化范围是: 0 ～ n VREF 2 1 1 1 n VREF n 4时，分辨率 4 1 2 2 1 15 分辨率 : n n 2 1 2 1 1 1 n VREF n 10时，分辨率 10 2 2 1 1023
采用倒T形电阻网络的权电流D/A转换器：
RFVREF 3 2 1 0 vO i RF 4 (d3 2 d 2 2 d1 2 d0 2 ) 2 RR
可推得n位倒T形权电流D/A转换器的输出电压：
RFVREF n 1 n2 1 0 V0 n d n1 2 d n2 2 d1 2 d0 2 2 RR
稳态值
0
t
11.3 A/D转换器(ADC)
11.3.1 A/D转换器的基本工作原理 A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通 过取样、保持、量化和编码四个步骤完成。
实验五 DAAD转换实验 完整版
实验五 D/A、A/D转换实验一、实验目的了解数/模、模/数转换基本原理，掌握DAC0832、ADC0809的使用方法；掌握定时数据采集程序的编制方法。
二、实验内容1、D/A转换实验通过0832D/A转换输出一个从0V开始逐渐升至5V，再从5V降至0V的可变电压输出驱动直流电机。
（1）实验接线图D/A转换实验接线图（2）实验程序框图（3）实验程序清单CODE SEGMENT ;H0832-2.ASM 0-->5vASSUME CS:CODEDAPORT EQU 0FF80hPA EQU 0FF20H ;字位口PB EQU 0FF21H ;字形口PC EQU 0FF22H ;键入口ORG 1110HSTART: JMP START0BUF DB ?,?,?,?,?,?data1: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92hdb 82h,0f8h,80h,90h,88h,83h,0c6h,0a1hdb 86h,8eh,0ffh,0ch,89h,0deh,0c7hdb 8ch,0f3h,0bfh,8FHSTART0: call buf1DACON0: MOV AL,00HDACON1: MOV DX,DAPORTOUT DX,ALpush axcall convMOV CX,0040HDISCON: PUSH CXcall dispPOP CXLOOP DISCONpop axINC ALCMP AL,00HJNZ DACON1MOV AL,0FFHDACON2: MOV DX,DAPORTOUT DX,ALpush axcall convMOV CX,0040HDISCON2: PUSH CXcall dispPOP CXLOOP DISCON2pop axDEC ALCMP AL,0FFHJNZ DACON2JMP DACON0CONV: MOV AH,ALAND AL,0FHMOV BX,OFFSET BUFMOV [BX+5],ALMOV AL,AHAND AL,0F0HMOV CL,04HSHR AL,CLMOV [BX+4],ALRETDISP: MOV AL,0FFH ;00HMOV DX,PAOUT DX,ALMOV CL,0DFH ;20H; 5ms显示子程序MOV BX,OFFSET BUFDIS1: MOV AL,[BX]MOV AH,00HPUSH BXMOV BX,OFFSET DATA1ADD BX,AXMOV AL,[BX]POP BXMOV DX,PBOUT DX,ALMOV AL,CLMOV DX,PAOUT DX,ALPUSH CXDIS2: MOV CX,00A0HDELAY: LOOP DELAYPOP CXCMP CL,0FEH ;01HJZ LX1INC BXROR CL,1 ;SHR CL,1JMP DIS1LX1: MOV AL,0FFHMOV DX,PBOUT DX,ALRETBUF1: MOV BUF,00HMOV BUF+1,08HMOV BUF+2,03HMOV BUF+3,02HMOV BUF+4,00HMOV BUF+5,00HRETDELY: PUSH CXDEL2: PUSH CXDEL3: PUSH CXLOOP $POP CXLOOP DEL3POP CXLOOP DEL2POP CXLOOP DELYRETCODE ENDSEND START2、A/D转换实验利用实验系统上电位器提供的可调电压作为0809模拟信号的输入，编制程序，将模拟量转换为数字量，通过数码管显示出来。
10章 DA转换和AD转换介绍
n 5、线性度（Linearity）理想DAC是线性的，即当数字量变 化时，输出模拟量按比例关系变化。而实际DAC是做不到线 性变化的。线性度实指DAC实际转换特性曲线和理想直线之间 的最大偏移差。
l DAC的典型输入输出特性
n 输入数据宽度（分辨率） u8位、10位、12位、14位、16位
n 输入缓冲能力 u是否带有三态输入缓冲器或锁存器来保存输入数字量。
n 输入码制 u接收二进制码或BCD码
n 电流型/电压型 u输出是电流还是电压。
DAC0832
l DAC0832的性能参数
CS 1
分辨率：8位
n CBA=000时，选中IN0； n CBA=001时，选中IN1 n …… n CBA=111时，选中IN7 l ALE：地址锁存使能。高电平。锁存通道地址 l START：启动转换脉冲输入端 l CLK：时钟 l D0～D7：转换的二进制数据输出端 l OE：输出使能，高电平有效 l UREF(+)和UREF(-)：参考电压正端和负端。
第3节 数模转换和DAC0832
数/模转换（D/A）
l 数/模转换（D/A）参数
n D/A功能：把数字量（n位）转化为模拟量输出。 n 模拟量与数字量成正比
n 用3位二进制数表示模拟电压(参考电压10V)
输入 000 输出V 0
001 1.25
010 2.50
011 3.75
100 5.00
101 6.25
ADC0809芯片
l 8位8通道ADC l 输出锁存 l 边沿启动 l 二进制
DIP28
ADC0809的引脚和结构
实验五 AD、DA转换实验
实验五A/D、D/A转换实验
一、实验目的及要求
1、了解A/D转换的基本原理，掌握A/D转换的连接方法；
2、熟悉一种ADC芯片ADC0809，掌握A/D转换芯片0809的编程方法；
3、了解D/A转换的基本原理，掌握D/A转换的连接方法；
4、熟悉一种DAC芯片ADC0832，掌握D/A转换芯片0832的编程方法。
二、实验重点与难点
重点：A/D、D/A转换的基本原理及编程应用。
难点：A/D、D/A转换的编程应用。
三、实验环境
硬件：单片机开发板，计算机一台；
软件：Keil uVsion4。
四、实验内容
1、ADC0809模数转换与显示
使用ADC0809采样通道3输入的模拟量（也可自行选择采用通道，设计相应电路图），通过T0定时器中断给ADC0809提供时钟信号，转换后的结果显示在数码管上。
2、DAC0832波形发生器
软件控制DAC输出波形，通过不同按键产生锯齿波、三角波和方波，按键的检测采用中断工作方式。
五、实验步骤及要求
1．描述出程序运行后的结果；
2．画出算法流程图；
3．加程序注释。
4．学生按实验内容和实验报告编写格式中的规范，认真做好实验记录以便编写实验报告。
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。
DA和AD转换电路图
第11章 MCS-51与D/A转换器、A/D转换器的接口非电物理量（温度、压力、流量、速度等），须经传感器转换成模拟电信号（电压或电流），必须转换成数字量，才能在单片机中处理。
数字量，也常常需要转换为模拟信号。
A/D转换器（ADC）：模拟量→数字量的器件，D/A转换器（DAC）：数字量→模拟量的器件。
只需合理选用商品化的大规模ADC、DAC芯片，了解引脚及功能以及与单片机的接口设计。
11.1 MCS-51与DAC的接口11.1.1 D/A转换器概述1. 概述输入：数字量，输出：模拟量。
转换过程：送到DAC的各位二进制数按其权的大小转换为相应的模拟分量，再把各模拟分量叠加，其和就是D/A转换的结果。
使用D/A转换器时，要注意区分:* D/A转换器的输出形式;* 内部是否带有锁存器。
(1) 输出形式两种输出形式:电压输出形式与电流输出形式。
电流输出的D/A转换器，如需模拟电压输出，可在其输出端加一个I-V转换电路。
（2）D/A转换器内部是否带有锁存器D/A转换需要一定时间，这段时间内输入端的数字量应稳定，为此应在数字量输入端之前设置锁存器，以提供数据锁存功能。
根据芯片内是否带有锁存器，可分为内部无锁存器的和内部有锁存器的两类。
* 内部无锁存器的D/A转换器可与P1、P2口直接相接（因P1口和P2口的输出有锁存功能）。
但与P0口相接，需增加锁存器。
* 内部带有锁存器的D/A转换器内部不但有锁存器，还包括地址译码电路，有的还有双重或多重的数据缓冲电路，可与MCS-51的P0口直接相接。
2.主要技术指标(1)分辨率输入给DAC的单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，通常定义为输出满刻度值与2 n之比。
显然，二进制位数越多，分辨率越高。
例如，若满量程为10V，根据定义则分辨率为10V/2 。
设8位D/A转换，即n=8，分辨率为10V/2 n n=39.1mV，该值占满量程的0.391%，用1LSB表示。
同理：10位D/A：1 LSB=9.77mV=0.1% 满量程12位 D/A：1 LSB=2.44mV=0.024% 满量程根据对DAC分辨率的需要,来选定DAC的位数。
DA及AD转换器
…
D0
210 vO vI D
增益大于1
7.2.6 D/A转换器的典型应用
4.数字式可编程增益放大电路
VREF R 2R S9 R 2R S8 R 2R S7 R 2R S6 R 2R S5 R 2R S4 R 2R S3 R 2R S2 R 2R S1 2R S0 AD7520 2R R i∑ IOUT1 IOUT2 vI -A +
7.2.5 D/A转换器的主要技术参数
4.转换精度
（1）偏移误差、增益误差
VFSR 理想的 VFSR 理想的 增益误差
偏移误差 0 000 D2D1D0 111 0 000 D2D1D0 111
v0
（a）
v0
（b）
7.2.5 D/A转换器的主要技术参数
（2）非线性误差 在满量程范围内，D/A转换器实际值偏离理想转换特 性的最大值称为积分非线性误差INL。
7.1 概
论
D/A转换器（Digital Analog Convertor，DAC）
A/D转换器（ Analog Digital Convertor，ADC）
D/A转换器和A/D转换器是连接数字世界和模拟世界的 桥梁，在现代信息技术中具有举足轻重的作用。
7.1 概
论
● 典型应用系统之一——多路数据采集系统
D
DAC
vO
vO KD K Di 2i
i 0
n 1
7.2.1 D/A转换器的基本原理
以三位DAC为例，设K=1，可得出vO和D的关系 D2D1D0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 vO 0V 1V 2V 3V 4V 5V 6V
第4章_AD和DA转换
DAC0832的应用——示波器
DAC0832内部引脚图
DI7～DI0
单缓冲 直通
ILE
CS
WR1
输入 锁存器
LE1 &
DAC
寄存器
LE2 &
D/A 转换器
&
WR2
XFER
VREF
IOUT2
IOUT1
Rfb
AGND
VCC
DAC0832的工作模式
单缓冲工作模式 输入寄存器处于受控状态，DAC寄存器工作在直 通状态 双缓冲工作模式 两个寄存器均工作在受控锁存器状态 直通冲工作模式 两个寄存器均工作在直通模式
A/D转换的利器
ADC0809: 8行并行8通道A/D 芯片，允许8路模 拟量分时输入。
ADC0809的引脚
IN0~IN7:8通道模拟量输入
OUT1~OUT8:8通道数字量输出
REF(+)、REF(-):参考电压
ADDA、AADB、ADDC：地址输入引脚， 选通输入通道0~7 OE:输出允许控制端 CLK:时钟信号 START:A/D转换启动输入端 EOC:转换结束信号输出引脚 ALE:地址锁存允许信号输入端
A/D转换的指标
(3)转换时间：指A/D转换器从转换控制 信号到来开始，到输出端得到稳定的数字 信号所经历的时间。
A/D转换的指标
（4）转换量程：A/D芯片能转换电压的 范围，如0~5V,-10~10V。
A/D转换的指标
（5）转换通道：能够同时转换模拟信号 的数目。
多通道类型芯片：ADC0809,TLC2543 单通道类型芯片：ADC0801,ADS1100
A/D转换的过程
A/D转换的指标
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。
第9章 DA和AD转换总结
第八章D/A和A/D转换基本内容：D/A转换和A/D转换的基础知识，D/A转换芯片0832和A/D转换芯片0809的应用。
基本要求：了解D/A转换的基础知识；掌握0832和0809的结构及使用重点内容：D/A转换和A/D转换的工作原理难点内容：0832和0809的工作方式。
在自动化领域中，常常通过微型计算机对客观事物的变化信息进行采集、处理、分析和实时控制。
客观事物变化的信息有温度、速度、压力、流量、电流、电压等一些连续变化的物理量。
而计算机只能处理离散的数字量，那么这些模拟信号如何变化才能被计算机接收并可进行处理的数字量呢？计算机输出的是数字量，但大多数被控设备不能直接接收数字信号，所以还需将计算机输出的数字信号转化成为模拟信号，去控制或驱动被控设备，那么这些数字信号又是如何变化成模拟信号的呢？对一个控制系统要从以下三方面考虑问题。
图1 一个包含A/D和D/A转换环节的控制系统1. 传感器温度、速度、流量、压力等非电信号，称为物理量。
要把这些物理量转换成电量，才能进行模拟量对数字量的转换，这种把物理量转换成电量的器件称为传感器。
目前有温度、压力、位移、速度、流量等多种传感器。
2. A/D转换器(Analog to Digital Converter, ADC)把连续变化的电信号转换为数字信号的器件称为模数转换器，即A/D转换器。
3. D/A转换器(Digital to Analog Converter, DAC)把经过计算机分析处理的数字信号转换成模拟信号，去控制执行机构的器件，称为数模转换器，即D/A转换器。
可见，D/A转换是A/D转换的逆过程。
这两个互逆的转换过程以及传感器构成一个闭合控制系统，如图1所示。
第一节数模转换一、D/A转换器的工作原理D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路。
数字量输入的位数有8位、12位和16位等，输出的模拟量有电流和电压两种。
D/A转换器工作原理D/A转换器用于将数字量转换成模拟量。
DA和AD转换电路图
双极性电压输出，采用图11-3接线：
Vout =（B－128）*（VREF/128） 由上式，在选用+VREF时，（1）若输入数字量b7＝1， 则Vout为正；（2）若输入数字量b7＝0，则Vout为负。 在选用-VREF时，Vout与+VREF时极性相反。
（3）DAC用作程控放大器 DAC还可作程控放大器，见图11-4。
个8位锁存器和一个4位锁存器，以便和8位数据线相 连。
引脚功能：
CS*：片选信号。 WR1*：写信号，低电平有效 BYTE1/BYTE2*：字节顺序控制信号。1：开启8位 和4位两个锁存器，将12位全部打入锁存器。0：仅开 启4位输入锁存器。
WR2*：辅助写。该信号与XFER*信号相结合，当同 为低电平时，把锁存器中数据打入DAC寄存器。当为 高电平时，DAC寄存器中的数据被锁存起来。
有双重或多重的数据缓冲电路，可与MCS-51的P0口直 接相接。
2.主要技术指标 (1)分辨率
输入给DAC的单位数字量变化引起的模拟量输出的 变化，通常定义为输出满刻度值与2n之比。显然，二 进制位数越多，分辨率越高。
例如，若满量程为10V，根据定义则分辨率为 10V/2n。设8位D/A转换，即n=8，分辨率为10V/2n
(2) 三角波的产生
START: UP:
DOWN:
ORG MOV MOV MOVX INC JNZ DEC MOVX
SJMP
2000H
R0，#0FEH
A，#00H
@R0，A ；三角波上升边
A
UP
A
；A=0时再减1又为FFH
@R0，A
DOWN ；三角波下降边
UP
(3) 矩形波的产生
ORG 2000H START: MOV R0，#0FEH
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10章DA和AD转换技术
§1 D/A转换与D/A转换接口 D/A转换与D/A转换接口 转换与D/A
D/A转换器的性能指标 一、D/A转换器的性能指标 1、分辨率 分辨率是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量, D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量 分辨率是指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量,取 决于输入数字量的二进制位数。一个n位的DAC DAC所能分辨的 决于输入数字量的二进制位数。一个n位的DAC所能分辨的 最小电压增量定义为满量程值的2 最小电压增量定义为满量程值的2-n倍。 例如：满量程为10V DAC分辨率为10V× =39mv； 分辨率为10V 例如：满量程为10V 的8位 DAC分辨率为10V×2-8=39mv； 一个同样量程的16 DAC的分辨率高达10V× 16位 的分辨率高达10V 一个同样量程的16位DAC的分辨率高达10V×2-16=153uV 2、转换精度 转换精度和分辨率是两个不同的概念。 转换精度和分辨率是两个不同的概念。转换精 度是指满量程时DAC DAC的实际模拟输出值和理论值的接 度是指满量程时DAC的实际模拟输出值和理论值的接 近程度。 近程度。
②三角波程序 三角波由线性下降段和线性上升段组成，相应程序为： 三角波由线性下降段和线性上升段组成，相应程序为： ORG 1000H START: CLR A MOV R0 , #0FEH DOWN: MOVX @R0 , A ；线性下降段 INC A JNZ DOWN 若未完，则转DOWN ；若未完，则转 MOV A , #0FEH UP: MOVX @R0 , A ；线性上升段 DEC A JNZ UP 若未完， ；若未完，则UP SJMP DOWN 若已完， ；若已完，则循环 END
3、分辨率：转换器所能分辨的被测量的最小值。实 分辨率：转换器所能分辨的被测量的最小值。 际上分辨率就等于1LSB=1/2 满刻度值，其中n 际上分辨率就等于1LSB=1/2n×满刻度值，其中n为 A/D转换器的位数 分辨率通常用位数表示， 转换器的位数， A/D转换器的位数，分辨率通常用位数表示，如8位、 10位 12位等 例如对于一个10 位等。 10位转换器的分辨率 10位、12位等。例如对于一个10位转换器的分辨率 1/1024，显然，位数越多，分辨率就越高。 为1/1024，显然，位数越多，分辨率就越高。 4、量程： 指转换器的满刻度范围，亦即最大和最小 量程： 指转换器的满刻度范围， 模拟值之差 5、转换时间和转换率：完成一次A/D转换所需的时间。 转换时间和转换率：完成一次A/D转换所需的时间。 A/D转换所需的时间 转换率就是转换时间的倒数。 转换率就是转换时间的倒数。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
10
4.3. 渐近式D/A转换工作原理： 渐近式D/A转换工作原理 转换工作原理： 转换开始时时钟节拍控制动作， 转换开始时时钟节拍控制动作，移位寄存器状态为最高位 并送给SAR,再传给 再传给D/A转换器输入端 转换器输入端， D/A转换器产生模拟 并送给SAR,再传给D/A转换器输入端，使D/A转换器产生模拟 电压U 与转换器的输入模拟量UI比较 比较, Ui,输出 输出1 电压UDAC与转换器的输入模拟量UI比较, UDAC< Ui,输出1； UDAC> Ui.,输出0.第二时钟来再继续作比较….直到UDAC= Ui时 Ui.,输出 第二时钟来再继续作比较 直到 输出0.第二时钟来再继续作比较….直到U Ui时 结束,此时SAR中输出 中输出A/D转换的结果 二进制数。 转换的结果： 结束,此时SAR中输出A/D转换的结果：二进制数。 1)模拟输入通道选择 1)模拟输入通道选择 ：由A2、A1、A0三地址输入端选通8路 三地址输入端选通8 模拟信号中的其中一路进行A D转换 转换， 模拟信号中的其中一路进行A / D转换，地址译码与模拟输入 的选通关系如表- 所示. 的选通关系如表-2所示. 2) D/A转换过程 :在启动端（START）加启动正脉冲，D / A D/A转换过程 在启动端（START）加启动正脉冲， 转换即开始。如将START与转换结束端 与转换结束端(EOC)直接相连 直接相连， 转换即开始。如将START与转换结束端(EOC)直接相连，转 换将是连续的，用这种转换方式时，开始应外加启动脉冲。 换将是连续的，用这种转换方式时，开始应外加启动脉冲。 3)D/A转换的技术指标 3)D/A转换的技术指标： 转换的技术指标： 分辨率： 转换时间： 分辨率： 转换时间： 线性度： 误差: 线性度： 误差:
3 态 输 出 锁 存 缓 冲 器
21 D7MSB 20 D6 19 D5 18 D4 8 D3 15 D2 14 D1 17 D0LSB
ADC0809电路结构图 ADC0809电路结构图-4 电路结构图2011-11-28
16 VRE- 9 OE
9
长江大学电工电子实验中心
4.2.ADC0809外引脚排列： 4.2.ADC0809外引脚排列： 外引脚排列 INo－IN7：8路模拟信号输入端 D7－Do ：数字信号输出端 A2、A1、A0：地址输入端 ALE：地址锁存允许输入信号 正脉冲上 ALE：地址锁存允许输入信号，正脉冲上 升沿有效， 锁存地址码， 升沿有效，此 时锁存地址码，选通相应模拟信
号通道，以便进行 转换。 号通道，以便进行A / D转换。 转换
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 Start EOC D3 OE Clock Vcc VREF+ GND D1 IN2 IN1 IN0 A0 A1 A2 ALE D7 D6 D5 D4 D0 VREF_ D2 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
2011-11-28 长江大学电工电子实验中心 1
图-1 DA0832电路结构图 DA0832电路结构图
20 Vcc
基准电压
数 据 输 入 端
输入 允许1 片选0 写入0
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
13 14 15 16 8位 输入 4 寄存 5 6 7
输 入 寄 存 器
8
DAC 寄 存 器 D/A 转换 电路
4.1.ADC0809是 位 通道渐近型 4.1.ADC0809是8位8通道渐近型 通道渐近型CMOS模 / 数转换器，其内 模 数转换器， 部电路如框图-6： 部电路如框图 ： START 6 12 CLOCK
主要部分： 主要部分： 模拟多路开关 比较器、 比较器、 控制定时电路 渐近寄存器、 渐近寄存器、 3态输出锁存 缓冲器 部分组成。 等5部分组成。 部分组成
1）.按实验电路图 接线，（置数据开关 ～k1为全 ，接通 ） 按实验电路图 接线，（置数据开关k8～ 为全 按实验电路图-2接线，（置数据开关 为全0， 电源，调节运放的调零电位器，使输出电压Vo=0）。 电源，调节运放的调零电位器，使输出电压 ）。 将数据开关全置1 调整Rf，改变运放的放大倍数， 将数据开关全置1，调整Rf，改变运放的放大倍数，使运 放输出Vo= 2.56V(或其整倍数 放输出Vo= -2.56V(或其整倍数)。 或其整倍数) 2).数据开关从最低位逐位置 ，并逐次测量模拟电压输出 数据开关从最低位逐位置1，并逐次测量模拟电压输出Vo 数据开关从最低位逐位置 填入表-1中 注意有效位数 注意有效位数)。 ，填入表 中(注意有效位数 。
输出模拟量 (v)
实测值
计算值
2011-11-28
长江大学电工电子实验中心
7
图-50832D/A转换仿真实验图 0832D/
3 4 5 6 ud 7 10 2 9 1 D0 D1 D2 D3 Q0 Q1 Q2 Q3 RCO 14 13 12 11 15
U3
ud
ENP 74LS161 ENT CLK LOAD MR
VALUE=5v
Uo
SW1
7
3 2
U2
UA741 6 A B
负参考电压
R1
10k
R2
10k 4.7k
Байду номын сангаас
4 1 5
C D
VALUE= -10v 10v
U2(V-)
RV1
2011-11-28 长江大学电工电子实验中心 8
4. A/D转换(ADC0809)实验原理与实验步骤： A/D转换 实验原理与实验步骤：
3
2.2. DAC0832直通电路图-2 DAC0832直通电路 直通电路图
+5V
20 VCC 19 ILE 8 VRED 13 14 15 9 Rf 16 4 5 11 I01 6 DAC0832 7 12 I
02
双电源的连线图 CH3 +5V + + CH2-10V Rf
+5V
2 3
+5V
-10V
正参考电压
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CS VCC WR1 ILE(BY1/BY2) GND WR2 U1 XFER DI3 DI2 DI4 DAC0832 DI1 DI5 DI0 DI6 VREF DI7 RFB IOUT2 GND IOUT1 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 U2(V+)
+5V 11 I01 I02
2
6
u0
DAC0832
12
3
UA741 +
7
4
¯WR1 2 ¯WR2 18
-10V
17
¯XFER
3
10
AG DG
2011-11-28
长江大学电工电子实验中心
5
3. D/A转换实验内容与实验步骤： D/A转换实验内容与实验步骤： 转换实验内容与实验步骤 3.1.D/A转换器的静态测试 3.1.D/A转换器的静态测试
D/A转换与 D/A转换与A/D转换实验 转换与A/D转换实验 1. 实验目的： 实验目的：
1.1. 了解A/D和D/A转换器基本结构，熟悉其基本电路的工 了解A/D和D/A转换器基本结构 转换器基本结构， 作原理。 作原理。 1.2. 掌握D/A转换DAC0832(0808) 和A/D转换DAC0809芯片 掌握D/A转换 转换DAC0832(0808) A/D转换 转换DAC0809芯片 的性能及其典型应用。 的性能及其典型应用。
) ) ADC0809 ADC0809 ADC0809 ADC0809
START：启动信号输入端 START：启动信号输入端，应在此脚施加 正脉冲，当上升沿到达时， 内部渐近寄存 正脉冲， 上升沿到达 到达时 内部渐 复位， 下降沿到达 到达后 开始A 器复位，在下降沿到达后，开始 / D转换 转换 过程。 过程。 EOC：转换结束输出信号 高电平有效 EOC：转换结束输出信号，高电平有效； 结束输出信号， 有效； OE：输入允许信号，高电平有效。 OE：输入允许信号，高电平有效。 CLOCK： CLOCK：时钟信号输入端，频率用640KHz。 信号输入端，频率用 。 Vcc：＋ 单电源供电 GND:地 Vcc：＋5V单电源供电、 GND:地； ：＋5V单电源供电、 VREF+与VREF-：基准电压的正、负极。 基准电压的正 负极。
UREF IOUT2 IOUT1 输出 电流
12 11 Rf 9
ILE 19
LE1
LE2
&
¯CS 1 2 17 18
Rf
¯WR1 ¯WR2
¯XFER
& &
10 DGND
长江大学电工电子实验中心
控制0
2011-11-28
3 AGND
2
2.2.实验电路原理 2.2.实验电路原理 图-2
+5V
20 VCC 19 ILE 8 VRED D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 ¯WR1 ¯WR2 ¯CS ¯XFER 13 14 15 16 4 5 6 7 2 18 1 17 3 AGND 10 DGND
DAC0832可接成 种工作方式： DAC0832可接成3种工作方式： 可接成3 1）双缓冲器型； 双缓冲器型； 2）单缓冲器型 ； 3）直通型。 直通型。
置 数 开 关
9 Rf
+5V
DAC0832
11 I01 12 I02
2 3
+
7 6 4
UA741
u0
-10V
2011-11-28