数字电子技术基础第8章_数模和模数转换
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数字电子技术_08数模和模数转换资料
1 n 2 1
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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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因此输出电压可表示为 ：
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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
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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。 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一度输 出电压变化的值。
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：
数字电子技术第8章数模和模数转换简明教程PPT课件
送到D/A寄存器中锁存。 WR 2 有效时，必须 XFER有效。
IOUT1：电流输出引脚1。随DAC寄存器的内容线性变化，当DAC寄存器输入全为1 时，输出电流最大，DAC寄存器输入全为0时，输出电流为0。
IOUT2：电流输出引脚2，与IOUT1电流互补输出，即IOUT1+ IOUT2=常数。 连。该运算放大器是将D/A芯片电流输出转换为电压输出VOUT。
DAC0832与80C51单片机的双缓冲方式接口电路
8.3 A/D转换器
8.3.1 A/D转换的基本原理
A／D转换过程包括采样、保持、量化和编码4个步骤。 1．采样和保持 (1) 采样是将时间上连续变化的信号转换为时间上离散的信号，即把时间上连续的模 拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。 连续信号的采样过程如下图所示。
对于n位的权电阻网络D/A转换器，当反馈电阻为R/2时，输出电压的计算公式可写成
vO －
VREF 2
n
2
0
d 0 21 d1 2 n -2 d n -2 2 n -1 d n -1 －
VREF 2
n
Dn
vO 0 。 当输入的数字量 Dn =0时，
n 1 当 Dn =11…11时，vO － 2 n VREF 。
D/A转换器的转换时间是由其建立时间 t set 来决定的，表示从输入的数字量发生突变 开始，到输出电压进入与稳态值相差 1 LSB范围内的这段时间，如下图所示。
2
除了上述指标外，在使用D/A转换器时，还必须知道工作电源电压、输出方式、输出 值的范围和输入逻辑电平等，这些都可以在使用手册中查到。
D/A转换器的方框图如下图所示。
数模转换和模数转换
2）CLOCK（第10脚）：时钟CP输入端，ADC0808/0809只有在CP信号同步下, 才能进行A/D转换。时钟 频率的上限是640KHZ。 3）ALE（第22脚）：地址锁存允许端。 ~ALE=1时地址锁存和译码部分把上面所述的CBA的值输入和译码并接通IN0 IN7之一。 当 ALE=0时，把CBA的值锁存起来。 4）START（第6脚）：启动脉冲输入端，启动脉冲的上升沿清除逐次逼近寄存器SAR，下跳沿启动ADC 开始转换。 ~5）VDD(第11脚)：电源输入端：+5V +6.5V。 6）GND（第13脚）：地 7）VREF（+）（第12脚）VREF-（第16脚）：分别为基准电压的高电平和低电平端。 8）EOC（第7脚）：转换结束信号端。EOC=0，表示转换正在进行，输出数据不可信。EOC=1表示转换 已完成，输出数据可信。 9）BO～B7（第8、14、15、17～21脚）：转换所得八位输出数据，B7是最高位，BO是最低位。 10）OE（第9脚）：允许输出端。OE端控制输出锁存器的三态门。当OE=1时，转换所得的数据送到B0 ～B7端，当OE=0时，B0～B7脚对外呈高阻状态。 11 ） ADDA 、 ADDB 、 ADDC （第 25 ～ 23 脚）：通道地址输入端。例如当 CBA=001 时，模拟量 IN1 输至 ADC0808/0809，CBA=010时,IN2输入ADC0809…依次类推。
并行比较型A/D转换器真值表
2． 逐次比较型A/D转换器 转换原理：
输出数 字信号
逻辑电路
8.2.3间接A/D转换器 1．双积分型A/D转换器
它由积分器、过零比较器（C）、时钟脉冲控制门（G）和定 时器、计数器（FF0～FFn）等几部分组成。
工作原理：
数字电子技术数模与模数转换
数字电子技术数模与模数转换
图 8 – 12 双积分A/D电路原理图
数字电子技术数模与模数转换
图 8 – 13 双积分ADC工作数字波电子形技术数模与模数转换
(1) 采样阶段：在启动脉冲作用下，将全部触发器置0。 由于Qn=0，使开关S与输入信号uI连接, A/D转换开始。uI 加至积分器的输入端后，积分器对uI进行积分，输出为
数字电子技术数模与模 数转换
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数字电子技术数模与模数转换
第8章 数/模与模/数转换
8.1 DAC 8.2 ADC
数字电子技术数模与模数转换
图 8 - 1 A/D、D/A转换器在数字系统中的应用
数字电子技术数模与模数转换
8.1 DAC
8.1.1 DAC的基本概念
1. 转换特性 DAC 电 路 输 入 的 是 n 位 二 进 制 数 字 信 息 B(Bn-1,Bn-
发器C，使QC=1。同时CP2使触发器B置1。这样，在CP2作用
后，JK触发器的状态为QDQCQBQA=1110。D/A转换器输出参
考电压
。
，
比较器输出F=0，G=1。这样，各级触发器的J=0，K=1。
CP2作用结束后，CP3节拍脉冲到来，其下跳沿触发JK触
发器B，使QB=0。同时CP3使触发器A置1。这样，在CP3作用
数字电子技术数模与模数转换
3. 转换速度
转换时间是指ADC从转换信号到来开始，到输出端 得到稳定的数字信号所经过的时间。此时间与转换电路 的类型有关。不同类型的转换器，其转换速度相差很大。 并行ADC转换速度最高，八位二进制输出的单片ADC其 转换时间在50ns内，逐次逼近型ADC转换速度次之，一 般在10~50μs，也有的可达数百纳秒。双积分式ADC转 换速度最慢，其转换时间约在几十毫秒至几百毫秒间。 实际应用中，应从系统总的位数、精度要求、输入模拟 信号的范围及输入信号极性等方面综合考虑ADC的选用。
图 8 – 12 双积分A/D电路原理图
数字电子技术数模与模数转换
图 8 – 13 双积分ADC工作数字波电子形技术数模与模数转换
(1) 采样阶段：在启动脉冲作用下，将全部触发器置0。 由于Qn=0，使开关S与输入信号uI连接, A/D转换开始。uI 加至积分器的输入端后，积分器对uI进行积分，输出为
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数字电子技术数模与模数转换
第8章 数/模与模/数转换
8.1 DAC 8.2 ADC
数字电子技术数模与模数转换
图 8 - 1 A/D、D/A转换器在数字系统中的应用
数字电子技术数模与模数转换
8.1 DAC
8.1.1 DAC的基本概念
1. 转换特性 DAC 电 路 输 入 的 是 n 位 二 进 制 数 字 信 息 B(Bn-1,Bn-
发器C，使QC=1。同时CP2使触发器B置1。这样，在CP2作用
后，JK触发器的状态为QDQCQBQA=1110。D/A转换器输出参
考电压
。
，
比较器输出F=0，G=1。这样，各级触发器的J=0，K=1。
CP2作用结束后，CP3节拍脉冲到来，其下跳沿触发JK触
发器B，使QB=0。同时CP3使触发器A置1。这样，在CP3作用
数字电子技术数模与模数转换
3. 转换速度
转换时间是指ADC从转换信号到来开始，到输出端 得到稳定的数字信号所经过的时间。此时间与转换电路 的类型有关。不同类型的转换器，其转换速度相差很大。 并行ADC转换速度最高，八位二进制输出的单片ADC其 转换时间在50ns内，逐次逼近型ADC转换速度次之，一 般在10~50μs，也有的可达数百纳秒。双积分式ADC转 换速度最慢，其转换时间约在几十毫秒至几百毫秒间。 实际应用中，应从系统总的位数、精度要求、输入模拟 信号的范围及输入信号极性等方面综合考虑ADC的选用。
数字电子技术教学课件第8章 数模与模数转换器
(1) 数字式可编程增益控制电路
I
D0
D1
D2
D7
D8
D9
RF
I OUT1 -
IOUT 2
O
+
2R 2R
2R
2R
R
R
R
2R
2R
2R
R
R
R
VREF
I
D0
D1
D2
D7
D8
D9
RF
I OUT1 -
IOUT 2
O
+
2R 2R
2R
2R
R
R
R
2R
2R
2R
R
R
R
VREF
倒T形电阻网络
Iout1＝ I0 + I1 + I2 +… I9
D0
D1
பைடு நூலகம்D2
D7
AD7520
10位CMOS电流开关型D/A转换器
D8
D9
10K
RF
R
IOUT1
–
IOUT2
O
+
2R 2R
2R
2R
R
R
R
2R
2R
2R
10K 20K
R
R
VREF
使用:1)要外接运放，
2)运放的反馈电阻可使用内部电阻 ， 也可采用外接电阻）
O
VREF 210
Rf R
9 i0
( Di
实际的权电流D/A转换器电路
(M SB )
D3
D2
(LSB )
D1
D0
i
Rf –
A1
O
电子教案《数字电子技术》 第八章(教案)第8章 数模与模数转换电路
《数字电子技术》教案第8章数模与模数转换电路8.1 D/A转换器8.1.1 D/A转换器的基本原理1. D/A转换器的概念数模转换器是指将数字信号转换成模拟信号的电路，简称D/A转换器。
2. D/A转换器的基本思路为了将数字量转换成模拟量，必须将各位的代码按位权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现数字—模拟转换，这就是构成D/A转换器的基本思路。
3. D/A转换器的输入、输出关系图如图8-1所示为D/A转换器的输入、输出关系图，其中D～-1n D0是输入端，表示D/A转换器的输入为n位二进制数，v是与输入二进O制数成比例的输出电压。
图8-1 D/A转换器的输入、输出关系图3. 3位二进制数烦人D/A转换器的转换特性如图8-2所示为3位二进制数的D/A转换器的转换特性，它具体而形象地反映了D/A转换器的基本功能。
图8-2 3位二进制数烦人D/A转换器的转换特性8.1.2倒T 形电阻网络D/A 转换器在单片集成D/A 转换器中，使用最多的是倒T 形电阻网络D/A 转换器。
如图8-3所示为4位倒T 形电阻网络D/A 转换器的电路结构。
图8-3 倒T 形电阻网络D/A 转换器的电路结构倒T 形电阻网络D/A 转换器电路中，0S ～3S 为模拟开关，由输入数码i D 控制；R 和2R 组成电阻解码网络，呈倒T 形；运算放大器A 构成求和电路。
设由基准电压源提供的总电流为I ，则REF V I R=，且流过各开关支路（从右到左）的电流分别为I /2，I /4，I /8和I /16，可得总电流为：303REF 12REF 432140(2)22222i i i D D V D D V i D R R ∑=⎛⎫=+++=⋅ ⎪⨯⎝⎭∑ 输出电压为：3REFO 40(2)2f i f ii R V v i R D R ∑==-=-⋅⋅∑ 将输入数字量扩展到n 位，可得n 位倒T 形电阻网络D/A 转换器输出模拟量与输入数字量之间的一般关系式为：1REF O 0(2)2n f i i n i R V v D R -=⎡⎤=-⋅⋅⎢⎥⎣⎦∑ 设REF 2f nR V K R =⋅，B N 表示括号中的n 位二进制数，可得：O B v KN =- 要使D/A 转换器具有较高的精度，电路中的参数应满足以下要求：（1）基准电压稳定性好。
数字电子技术课后习题答案
ABACBC
BC
A
00 01 11 10
00
1
0
1
11
0
1
0
Y ABC
❖ 3.13某医院有一、二、三、四号病室4间，每室设有 呼叫按钮，同时在护士值班室内对应的装有一号、 二号、三号、四号4个指示灯。
❖ 现要求当一号病室的按钮按下时，无论其它病室的 按钮是否按下，只有一号灯亮。当一号病室的按钮 没有按下而二号病室的按钮按下时，无论三、四号 病室的按钮是否按下，只有二号灯亮。当一、二号 病室的按钮都未按下而三号病室的按钮按下时，无 论四号病室的按钮是否按下，只有三号灯亮。只有 在一、二、三号病室的按钮均未按下四号病室的按 钮时，四号灯才亮。试用优先编码器74148和门电路 设计满足上述控制要求的逻辑电路，给出控制四个 指示灯状态的高、低电平信号。
HP RI/BIN
I0
0/ Z1 0 10 ≥1
I1
1/ Z1 1 11
I2
2/ Z1 2 12 18
YS
I3
3/ Z1 3 13
I4
4/ Z1 4 14
YEX
I5
5/ Z1 5 15
I6
6/ Z1 6 16
I7
7/ Z1 7 17
Y0
V18
Y1
ST
E N
Y2
(b)
74148
(a)引脚图;(b)逻辑符号
A
00 01 11 10
00
0
0
1
11
1
0
1
Y AB BC AC
由于存在AC 项，不存在相切的圈，故无冒险。
❖ 4.1在用或非门组成的基本RS触发器中，已知 输入SD 、RD的波形图如下，试画出输出Q, Q
数字电子技术基础第八章
u D Ｉ “[ ]”表示取整。 △ 称为 ADC 的单位量化电压或量化单位， 它是 ADC 的最小分辨电压。
可见，输出数字量 D 正比于输入模拟量 uI 。
EXIT
…
数模和模数转换器
A /D 转换的一般步骤
输入模拟量 输出数字量
u I( t) S
C
u I ( t)
量化 编码 电路
EXIT
数模和模数转换器
2R
2R
I0
I0 2R R
I1 A
I12R R
I2 B
I22R R
I3 C
I3
VREF I
从 A、B、C 节点向左看去，各节点对地的等效电阻均为 2R。 VREF 因此，I = R I3 I I I 2 ( I )， 3 = 2 I3 = I = = 2 = 2 ( 24 )， 2 2 24 4 I1 I2 I I I 0( I ) 1 = 2 = 2 ( 4 )，I0 = 2 = I1 = = 24 16 2 2 8 I VREF 3 2 1 0 4 即 I3 = 2 I0 ， I2 = 2 I0 ， I1 = 2 I0 ， I 0 = 2 I0 4 2 2 R 可见，支路电流值 Ii 正好代表了二进制数位 Di 的权值 2i 。 EXIT
数模和模数转换器
模拟开关 Si 受相应数字位 Di 控制。当 Di = 1 时，开 关合向“1”侧，相应支路电流 Ii 输出；Di = 0 时，开关 合向“0”侧， Ii 流入地而不能输出。 iΣ = D3 I3 + D2 I2 + D1 I1 + D0 I0 = ( D3 23 + D2 22 + D1 21 + D0 20 ) I0 = D I0 VREF RF V R REF u = D I0 RF 4 0O ΣR F = -4 F = -D· u =- iD · 2 R 2 R RF D0 D1 D2 D3 VREF R iF Σ ∞ u = D · 对 n 位 DAC， O n - + 2 R VREF + 1 1 1 1 0 R =R 0 0 0· n 若取 S1 uO= SD F S0 ， 则 2 2 S3 2R n 位 2RDAC R I12R V 2R 分成 将参考电压 I0 2 I2REF I3 2n 份，uO 是 R R DAC 的输出电压。 R 可调节 每份的 D 倍。调节 VREF VREF I0 I1 I2 I3 I
数字电子技术基础课件：数模与模数转换电路
数/模与模/数转换电路
8.2.2 典型的 D/A转换电路 1.权电阻网络 D/A转换器 图8.2.2是四位权电阻网络 D/A 转换器的原理图,它由权
电阻网络、模拟开关S0~S3和 I/U 转换电路组成。权电阻网 络中每一个电阻的阻值与对应位的位权成反比。图中模拟开 关 S0~S3由输入数码D0~D3控制,当Di=0时,模拟开关Si接地;当 Di=1时,模拟开关Si将电阻接到UREF上。这样流过每个电阻的 电流就和对应位的位权成正比,再将这些电流相 加,其结果就 会与输入的数字量成正比。
拟量电压或者电流输出。当采 用电压输出时,其输入、输出 关系可表示为
数/模与模/数转换电路
数/模与模/数转换电路
基于上述基本思想,一个 D/A 转换器应该由数码寄存器、 模拟电子开关、解码网络、求 和电路及基准电压等部分组 成,如图8.2.1所示。进行 D/A 转换时,先将数字量存于数码寄 存器中,由寄存器输出的数码驱动对应数位的模拟电子开关, 使解码网络获得相应数位的权 值,再送入求和电路,将各位的 权值叠加,从而得到与数字量对应的模拟量输出。
考虑到 D/A 转换器的工作原理比 A/D 转换器的工作原 理简单,而且在有些 A/D 转换 器中需要用 D/A 转换器作为内 部的反馈电路,所以本章我们先讨论 D/A 转换器,再介绍 A/D 转换器。
数/模与模/数转换电路
8.2 数/模转换电路
8.2.1 数/模转换的基本原理 数/模转换是将输入的数字量(如二进制数 NB)转换为模
数/模与模/数转换电路
数/模与模/数转换电路
图8.2.7 3位 D/A 转换器的比例系数误差
数/模与模/数转换电路
失调误差是由运算放大器的零点漂移所引起的,图8.2.8 是3位 D/A 转换器的失调误 差,由于运算放大器零点漂移的 影响会使输出电压的转移特性曲线发生平移,从而在输出端 产生误差电压 ΔuO2。失调误差电压 ΔuO2的大小与输入数字 量无关。
《数字电子技术》课件——第八章 数模和模数转换
d2
22
d1 21
d0
20
)
VREF 24
D
8.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
VO
Ri
R VREF R
1 24
(d3 23
d2 22
d1 21
d0 20 )
VREF 24
D
对n位输入时，应有
VO
Ri
R VREF R
1 2n
(dn1 2n1
dn2 2n2
d1 21
d0 20 )
VREF 2n
第6页
8.2
8.2.1 权电阻网络D/A转换器 8.2.2 倒T形电阻网络D/A转换器
8.2.1 权电阻网络D/A转换器
求和放大器 权电阻网络
模拟开关
权电流：Ii VREF Ri I0 VREF 23 R I1 VREF 22 R I2 VREF 21 R I3 VREF 20 R
第7页
S3 ~ S0受数字d3 ~ d0控制
di 0时，Ii 0
di
1时，I
流向
i
点
8.2.1 权电阻网络D/A转换器
权电阻网络D/A转ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ器的优缺点：
• 1. 优点：简单 • 2. 缺点：电阻值相差大，
难于保证精度，且大电 阻不宜于集成在IC内部
输出电压：VO RF i
RF ( I3 I2 I1 I0 )
RF
R 2
RF
(VREF R
d3
VREF 2R
d2
VREF 22 R
d1
VREF 23 R
d0 )
VREF 24
(23 d3
22d2
21d1 20 d0 )
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。
数字电子技术课件 第8章_数模和模数转换器
2.转换速度
（1）建立时间tset 在输入数字量各位由全0变为全
1，或由全1变为全0，输出电压达到 某一规定值（例如最小值取LSB或 满度值的0.01%）所需要的时间
（2）转换速率SR
D/A转换器建立时间
在大信号工作时，即输入数字量的各位由全0变为全1，或由 全1变为0时，输出电压的变化率。这个参数与运算放大器的 压摆率类似。
IOUT2 +
VREF
D0
D1
D2
D3 D4
AD7520
D5 Ⅱ
D6
D7
D8
D9
RF
IOUT1 –
IOUT2 +
uO1 uO2
Q0 Q9
CP
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8
10 位可逆计数器 加/减
计数脉冲
加减控制 电路
v0
VREF 2n
•
Rf R
n1
[ (Di
i0
• 2i )]
v01
VREF 210
•
9 i0
Di
•
2i
9
2
Di
•
2i
v02
VREF
i0
210
8.3 A/D转换器
8.3.1 A/D转换的一般过程 8.3.2 并行比较型A/D转换器 8.3.3 逐次逼近型A/D转换器 8.3.4 双积分型A/D转换器 8.3.5 A/D转换器的主要参数
8.3 A/D转换器
根据虚断有: v / R I
I
OUT 1
V
O
REF
vI
/
R u
vO (D0 20
D1 21
...D9 29 )
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AD7520原理电路
YA YA
8.1 D/A转换器
uO
RF
VREF 210 R
(D9
29
D8 28
D7 27
D1 21
D0 20 )
VREF RF
210 R
9
Di
i0
2i
VREF RF 210 R
D
对于具有n位输入的一般倒梯形R-2R电阻网络DAC，其输出为
3．转换时间
完成一次Ａ/Ｄ转换所需的时间为转换时间。它是指接收到转换 控制信号开始，直至输出端得到稳定的数字输出所经历的时间间隔。
1
uO1 (t2 ) uO1 (t1 ) RC
t2 t1
(VREF
)dt
8.2Ａ/Ｄ转换器
当t=t2时，积分器输出电压>0V，比较器输出等于0，控制门 G被关闭，计数停止。
1
uO1 (t2 ) uO1 (t1 ) RC
t2 t1
(VREF
)dt
2n TC uI RC
VREF RC
VREF R
255 D 256
8.2Ａ/Ｄ转换器
8.2.1 Ａ/Ｄ转换的基本结构和工作原理
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。
输 入 模 拟 电 压 CPs
uI(t)
S
C ADC的 采 样
保 持 电路
xn－ 1 (MSB)
采 样 值展 宽 信
号
信号检测和控制系统结构框图
8.1 D/A转换器
8.1.1 Ｄ/Ａ转换器的基本原理
1. 权电阻网络Ｄ/Ａ转换器
4位权电阻网络Ｄ/Ａ转换器
8.1 D/A转换器
8.1 D/A转换器
2. 倒T型电阻网络Ｄ/Ａ转换器
4位倒T型电阻网络Ｄ/Ａ转换器
8.1 D/A转换器
8.1 D/A转换器
8.1.2 Ｄ/Ａ转换器的主要参数
第8章 数/模和模/数转换
数字电子技术基础
本章内容
8.1 D/A转换器 8.2 A/D转换器
8.3应用电路介绍
为了能用数字技术来处理模拟信号，必须把模拟信号转 换成数字信号，才能送入数字系统进行处理。同时，往往还需 把处理后的数字信号转换成模拟信号，作为最后的输出。我们 把前一种从模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，或称
1．分辨率
分辨率是指电路能够分辨的最小输出电压（对应于输入数字只有
最低有效位为1）与满量程输出电压（对应于输入数字量所有有效位 全为1）之比，它说明分辨最小电压的能力。对于n位DAC，其分辨率
为
分辨率
U Um
1 2n 1
位数越高，分辨率也越高，所以，有时也用位数来表示分辨率。
8.1 D/A转换器
uO
VREF RF R 2n
n 1
Di
i0
2i
VREF RF R 2n
D
8.1 D/A转换器
2．DAC0832
DAC0832芯片
a）结构图
b）引脚排列图
8.1 D/A转换器
UA
DAC0832与运放组成的Ｄ/Ａ转换电路
I O1
VREF R 28
D
VREF D R 256
I O2
代码便是Ａ/Ｄ转换器的输出信号。 用数字量来表示采样信号时，把它化成这个最小数量单位
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。
量化的方法一般有两种形式： 1）舍尾取整法 2）四舍五入法
两种不同的量化方式
a) 舍尾取整法
b) 四舍五入法
8.2Ａ/Ｄ转换器
8.2.2 Ａ/Ｄ转换器的组成和工作原理
(t 2
t1 )
2n TCuI RC
VREF RC
T2
0
T2
uI VREF
2n
TC
8.2Ａ/Ｄ转换器
8.2.3 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，通常用输出二进制数的位数来表示， 位数越多，分辨率（有时也称分辨力）也越高。
2．精确度
ADC的精确度取决于量化误差（）和系统内其它误差之和，通 常以最大误差与全量程输入模拟量的比值来表示。例如，典型的精确 度为全量程读数的0.05%，它表示如果输入模拟量全量程为10Ｖ，则 最大误差为5mＶ。
2．转换精度和非线性度
转换精度是指Ｄ/Ａ转换器输出的实际值和理论值之差，该
值一般应低于
1 2
VLSB
。
3．建立时间
建立时间是描述Ｄ/Ａ转换器转换速度快慢的一个重要参 数，一般是指在输入数字量改变后，输出模拟量达到稳定 值所需的时间，也称转换时间。
8.1 D/A转换器
8.1.3 集成Ｄ/Ａ转换器
1．AD7520
1．逐次比较型Ａ/Ｄ转换器
逐次比较型Ａ/Ｄ转换器原理框图
8.2Ａ/Ｄ转换器
2．双积分Ａ/Ｄ转换器
双积分ADC原理框图
8.2Ａ/Ｄ转换器
（1）第一阶段转换（第一次积分）
计数器清零，积分电容
放电， =0V。
t=0时uO，1 开关S1与A端接通，
输入电压vI加到积分器的输入 端。积分器从0开始积分：
uO1
ADC的 量 化
u ′I(t)
编 码 电路
…
x1 x0 (LSB)
输 出 数字 量 X(n位 )
8.2Ａ/Ｄ转换器
1．采样保持电路
采样（也称取样）是 将时间上连续变化的信号 转换为时间上离散的信号， 即将时间上连续变化的模 拟量转换为一系列等间隔 的脉冲，脉冲的幅度取决 于输入模拟量。
采样示意图及其波形
A/D（Analog to Digital）转换，把后一种从数字信号到 模拟信号的转换称为D/A（Digital to Analog）转换。同时， 把 实 现 A/D 转 换 的 电 路 称 为 A/D 转 换 器 （ Analog Digital Converter）；把实现D/A转换的电路称为D/A转换器（Digital Analog Converter）。
(t)
1 RC
t 0
uI
dt
uI RC
t
双积分型ADC的工作波形
8.2Ａ/Ｄ转换器
经过2n个时钟脉冲后，Qn=1，开关S1由A点转到B点，第一 次积分结束。第一次积分时间为：
T1 2 n TC NTC
uO1 (T1 )
uI RC
T1
ui RC
NTC
(2)第二阶段转换（第二次积分）
当t=t1时，S1转接到B点，基准电压－VREF加到积分 器的输入端；积分器开始向相反进行第二次积分。
8.2Ａ/Ｄ转换器
由于采样脉冲的宽度很小，因而使量化装置来不及反应， 所以需要在采样门之后加一个保持电路，它实际上就是一个存 储电路，通常利用电容器Ｃ的存储电荷（电压）的作用以保持 样值脉冲。
采样保持电路示意图及波形
采样保持电路
8.2Ａ/Ｄ转换器
2．量化编码电路 将量化的数值用二进制代码表示，称为编码。这个二进制
YA YA
8.1 D/A转换器
uO
RF
VREF 210 R
(D9
29
D8 28
D7 27
D1 21
D0 20 )
VREF RF
210 R
9
Di
i0
2i
VREF RF 210 R
D
对于具有n位输入的一般倒梯形R-2R电阻网络DAC，其输出为
3．转换时间
完成一次Ａ/Ｄ转换所需的时间为转换时间。它是指接收到转换 控制信号开始，直至输出端得到稳定的数字输出所经历的时间间隔。
1
uO1 (t2 ) uO1 (t1 ) RC
t2 t1
(VREF
)dt
8.2Ａ/Ｄ转换器
当t=t2时，积分器输出电压>0V，比较器输出等于0，控制门 G被关闭，计数停止。
1
uO1 (t2 ) uO1 (t1 ) RC
t2 t1
(VREF
)dt
2n TC uI RC
VREF RC
VREF R
255 D 256
8.2Ａ/Ｄ转换器
8.2.1 Ａ/Ｄ转换的基本结构和工作原理
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。
输 入 模 拟 电 压 CPs
uI(t)
S
C ADC的 采 样
保 持 电路
xn－ 1 (MSB)
采 样 值展 宽 信
号
信号检测和控制系统结构框图
8.1 D/A转换器
8.1.1 Ｄ/Ａ转换器的基本原理
1. 权电阻网络Ｄ/Ａ转换器
4位权电阻网络Ｄ/Ａ转换器
8.1 D/A转换器
8.1 D/A转换器
2. 倒T型电阻网络Ｄ/Ａ转换器
4位倒T型电阻网络Ｄ/Ａ转换器
8.1 D/A转换器
8.1 D/A转换器
8.1.2 Ｄ/Ａ转换器的主要参数
第8章 数/模和模/数转换
数字电子技术基础
本章内容
8.1 D/A转换器 8.2 A/D转换器
8.3应用电路介绍
为了能用数字技术来处理模拟信号，必须把模拟信号转 换成数字信号，才能送入数字系统进行处理。同时，往往还需 把处理后的数字信号转换成模拟信号，作为最后的输出。我们 把前一种从模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，或称
1．分辨率
分辨率是指电路能够分辨的最小输出电压（对应于输入数字只有
最低有效位为1）与满量程输出电压（对应于输入数字量所有有效位 全为1）之比，它说明分辨最小电压的能力。对于n位DAC，其分辨率
为
分辨率
U Um
1 2n 1
位数越高，分辨率也越高，所以，有时也用位数来表示分辨率。
8.1 D/A转换器
uO
VREF RF R 2n
n 1
Di
i0
2i
VREF RF R 2n
D
8.1 D/A转换器
2．DAC0832
DAC0832芯片
a）结构图
b）引脚排列图
8.1 D/A转换器
UA
DAC0832与运放组成的Ｄ/Ａ转换电路
I O1
VREF R 28
D
VREF D R 256
I O2
代码便是Ａ/Ｄ转换器的输出信号。 用数字量来表示采样信号时，把它化成这个最小数量单位
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。
量化的方法一般有两种形式： 1）舍尾取整法 2）四舍五入法
两种不同的量化方式
a) 舍尾取整法
b) 四舍五入法
8.2Ａ/Ｄ转换器
8.2.2 Ａ/Ｄ转换器的组成和工作原理
(t 2
t1 )
2n TCuI RC
VREF RC
T2
0
T2
uI VREF
2n
TC
8.2Ａ/Ｄ转换器
8.2.3 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，通常用输出二进制数的位数来表示， 位数越多，分辨率（有时也称分辨力）也越高。
2．精确度
ADC的精确度取决于量化误差（）和系统内其它误差之和，通 常以最大误差与全量程输入模拟量的比值来表示。例如，典型的精确 度为全量程读数的0.05%，它表示如果输入模拟量全量程为10Ｖ，则 最大误差为5mＶ。
2．转换精度和非线性度
转换精度是指Ｄ/Ａ转换器输出的实际值和理论值之差，该
值一般应低于
1 2
VLSB
。
3．建立时间
建立时间是描述Ｄ/Ａ转换器转换速度快慢的一个重要参 数，一般是指在输入数字量改变后，输出模拟量达到稳定 值所需的时间，也称转换时间。
8.1 D/A转换器
8.1.3 集成Ｄ/Ａ转换器
1．AD7520
1．逐次比较型Ａ/Ｄ转换器
逐次比较型Ａ/Ｄ转换器原理框图
8.2Ａ/Ｄ转换器
2．双积分Ａ/Ｄ转换器
双积分ADC原理框图
8.2Ａ/Ｄ转换器
（1）第一阶段转换（第一次积分）
计数器清零，积分电容
放电， =0V。
t=0时uO，1 开关S1与A端接通，
输入电压vI加到积分器的输入 端。积分器从0开始积分：
uO1
ADC的 量 化
u ′I(t)
编 码 电路
…
x1 x0 (LSB)
输 出 数字 量 X(n位 )
8.2Ａ/Ｄ转换器
1．采样保持电路
采样（也称取样）是 将时间上连续变化的信号 转换为时间上离散的信号， 即将时间上连续变化的模 拟量转换为一系列等间隔 的脉冲，脉冲的幅度取决 于输入模拟量。
采样示意图及其波形
A/D（Analog to Digital）转换，把后一种从数字信号到 模拟信号的转换称为D/A（Digital to Analog）转换。同时， 把 实 现 A/D 转 换 的 电 路 称 为 A/D 转 换 器 （ Analog Digital Converter）；把实现D/A转换的电路称为D/A转换器（Digital Analog Converter）。
(t)
1 RC
t 0
uI
dt
uI RC
t
双积分型ADC的工作波形
8.2Ａ/Ｄ转换器
经过2n个时钟脉冲后，Qn=1，开关S1由A点转到B点，第一 次积分结束。第一次积分时间为：
T1 2 n TC NTC
uO1 (T1 )
uI RC
T1
ui RC
NTC
(2)第二阶段转换（第二次积分）
当t=t1时，S1转接到B点，基准电压－VREF加到积分 器的输入端；积分器开始向相反进行第二次积分。
8.2Ａ/Ｄ转换器
由于采样脉冲的宽度很小，因而使量化装置来不及反应， 所以需要在采样门之后加一个保持电路，它实际上就是一个存 储电路，通常利用电容器Ｃ的存储电荷（电压）的作用以保持 样值脉冲。
采样保持电路示意图及波形
采样保持电路
8.2Ａ/Ｄ转换器
2．量化编码电路 将量化的数值用二进制代码表示，称为编码。这个二进制