第九章模拟信号和数字信号的转换.
数模转换讲解
本章的难点：
本章的难点在一些A/D转换器内部电路结构和详细工作 过程上，但这不是本章学习的重点。
1
第九章 数模和模数转换 第一节 概述
数模转换：将数字量 (Digital)转换为模拟量(Analog)。 简称D/A 转换。 模数转换：将模拟量(Analog)转换为数字量(Digital)。 简称A/D转换。 传感器 计算机 被控对象 A/D转换器
驱动电路
D/A转换器
2
主要指标：转换精度；转换速度。
分类：
权电阻网络D/A转换器 倒T型电阻网络D/A转换器 权电流型D/A转换器 权电容网络D/A转换器 开关树型D/A转换器 并联比较型 A/D 转 换 器 直接转换型 反馈比较型 计数型 逐次渐进型
D/A 转 换 器
间接转换型
双积分型（V－T变换型）
转换时间
TTR (max) ts
V0 (max) SRபைடு நூலகம்
输出模拟电 压最大值 运放输出转 换速率
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第三节 A/D转换器 一、A/D转换的基本原理 在A/D转换器中，由于输入 模拟信号在时间上是连续的， 而输出数字信号是离散的，所 以转换只能在一系列选定的瞬 间对输入模拟信号采样，然后 再把这些采样值转换成输出数 字量。
公式化简过程请 同学自己解决。
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2.反馈比较型A/D转换器
思路：将一数字量加到D/A转换器上，再把D/A转换器输出的 模拟电压与输入模拟电压相比较。若不相等，则修改数字量，直 到两模拟电压相等，此时对应的数字量就是转换结果。
(1)计数型A/D转换器 数字量由计数 器提供。
B =
1 0
I O
I REF RB 2 2R
B
模拟信号和数字信号
什么是数字信号和模拟信号？数字信号和模拟信号是什么意思？根据信号方式的不同，通信可分为模拟通信和数字通信。
模拟数据(Analog Data)是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力，以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。
数字数据(Digital Data)则是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据。
目前，ASCII美国信息交换标准码(American Standard Code for Information Interchange)已为ISO国际标准化组织和CCITT国际电报电话咨询委员会所采纳，成为国际通用的信息交换标准代码，使用7位二进制数来表示一个英文字母、数字、标点或控制符号；图形、音频与视频数据则可分别采用多种编码格式。
数字信号与模拟信号的不同数字信号是一种离散的、脉冲有无的组合形式，是负载数字信息的信号。
电报信号就属于数字信号。
现在最常见的数字信号是幅度取值只有两种(用0和1代表)的波形，称为“二进制信号”。
“数字通信”是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。
数字通信与模拟通信相比具有明显的优点：首先是抗干扰能力强。
模拟信号在传输过程中和叠加的噪声很难分离，噪声会随着信号被传输、放大、严重影响通信质量。
数字通信中的信息是包含在脉冲的有无之中的，只要噪声绝对值不超过某一门限值，接收端便可判别脉冲的有无，以保证通信的可靠性。
其次是远距离传输仍能保证质量。
因为数字通信是采用再生中继方式，能够消除噪音，再生的数字信号和原来的数字信号一样，可继续传输下去，这样通信质量便不受距离的影响，可高质量地进行远距离通信。
此外，它还具有适应各种通信业务要求(如电话、电报、图像、数据等)，便于实现统一的综合业务数字网，便于采用大规模集成电路，便于实现加密处理，便于实现通信网的计算机管理等优点。
模拟信号和数字信号
2.3.1 模拟信号
模拟信号是用电流或电压值随时间的连续变化 来描述或代替信号源发出的信号。
特点是其电压和电流有无限多个值且随时间连 续地变化，并且可以由一个已知的值估计其前后的 值。
2.3.2 数字信号
数字信号是一种脉冲信号。 数字信号的特点是电压和电流只有有限个值。 每个值的出现是随机的，服从一定的概率 。数字 信号的每个电压值都对应一个数字 。
2.4⒉ 干扰
1. 同频干扰
无线电波信号同时到达接收点时将会产生叠加， 同相叠加产生有益干扰，反相叠加产生破坏干扰。
2.4⒉ 干扰
1. 同频干扰
为了避免不同发射台发射的无线电信号 之间产生同频干扰, 可以采取如下措施：
▪ 一是统一协调各无线发射台使用的发射频率， 尽量使各相邻无线电发射台发射的无线电信 号频率之间保持足够的间隔。
模/数转换和数/模转换
将模拟信号转换为数字信号叫做模/数 转换（A/D），反转换叫做数/模转换（D/A）。 最著名的A/D转换技术是脉冲编码调制（PCM） 技术。PCM通过对语音采样、量化和二进制数 字编码，将模拟语音信号转换为数字信号。 脉冲编码调制技术和增量调制技术（△M）， 以及它们的的各种改进技术都属于波形编码 技术。
2. 为什么数字通信系统的抗干扰能力 比模拟通信系统强得多？
3. 怎样避免无线通信中的同频干扰？
当不同频率信号输入同一设备时，出现的新的频 率信号叫做交调噪声。它是由设备中的非线性元器 件引起。 ⑶ 串音
一个信道中出现的其他信道的信号，叫做串音。 这是由信道之间的不良耦合造成的。 ⑷ 脉冲噪声
脉冲噪声是突发的短暂高电压或大电流。例如， 开关电器设备、汽车点火、雷电、电动机和发电机 运行等等产生的电火花都会在有用信号中引起脉冲 噪声。
第9章-DAC和ADC
图9.2.6
DAC——CB7520电路原理图
【例1】 下图是用CB7520和74LS161组成的波形发生器电路。已 知CB7520的VREF=-10V，试画出输出电压V0的波形，并标出波形图 上各点电压的幅度。
9.2.7
DAC——CB7520应用举例
§9.2.3 权电流型D/A转换器
在权电阻网络DAC和倒T形电阻网络DAC中的模拟开关在实 际应用中，总存在一定的导通电阻和导通压降，而且每个开关的 情况又不完全相同，所以它们的存在无疑会引起转换误差，影响 转换精度。 权电流型DAC可有效的解决这一问题。其示意图如下：
n
其中： X X n 2
n 1
X n 1 2
n2
X 1 2 Dn
0
一般的数模转换器的基本组成可分为四部分，即：电 阻译码网络、模拟开关、基准电压源和求和运算放大器。
图9.2.2 数模转换器原理图
目前使用最广泛的D/A转换技术有两种：权电阻网络 D/A转换和T形电阻网络D/A转换。
本章主要内容
第一节
概述
第二节
D/A转换器
第三节 A/D转换器
§9.1 概述
DAC和ADC的应用举例：
DAC和ADC的应用举例——MP3播放器：
DAC和ADC的应用举例——数字温度计：
DAC和ADC的应用举例——数字血压计：
在过程控制和信息处理中，经常会遇到一些连续变化的 物理量，如话音、温度、压力、流量等，它们的量值都是 随时间连续变化的。为了能使用数字电路处理模拟信号， 必须把模拟信号转换成相应的数字信号，方能送入数字系 统进行处理。同时，还往往要求将处理后得到的数字信号 再转换为相应的模拟信号作为最后的输出。 图9.1.1所示即为一个典型的数字控制系统框图：
模拟信号与数字信号之间的转换
模拟信号与数字信号之间的转换
模拟信号与数字信号之间的转换是通过模数转换（ADC）和数模转换（DAC）来实现的。
模拟信号转换成数字信号，首先通过ADC将模拟信号进行采样，即将连续的模拟信号按照一定的频率进行离散化，得到一系列的模拟采样值。
然后将模拟采样值通过量化处理，转换成对应的数字信号，即根据一定的量化规则，将模拟采样值映射到一系列离散的数字量级上。
数字信号转换成模拟信号，首先通过DAC将数字信号进行反量化，即将数字信号的离散量级映射回模拟信号的值。
然后通过重构滤波器将反量化后的数字信号进行平滑处理，得到模拟信号。
最后，通过模拟电路对模拟信号进行放大、滤波等处理，使之符合要求。
需要注意的是，模拟信号转换成数字信号和数字信号转换成模拟信号都会引入一定的误差，即量化误差和重构误差。
因此，在进行模拟信号与数字信号之间的转换时，要选择合适的采样频率、量化精度和重构滤波器等参数，以保证转换的精度和准确性。
模拟信号与数字信号的优缺点及之间的转化
模拟信号与数字信号之间的优缺点及两者之间的转换概述：信号数据可用于表示任何信息，如符号、文字、语音、图像等，从表现形式上可归结为两类：模拟信号和数字信号。
模拟信号与数字信号的区别可根据幅度取值是否离散来确定。
模拟数据(Analog Data)是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力，以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。
数字数据(Digital Data)则是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据。
目前，ASCII美国信息交换标准码(American Standard Code for Information Interchange)已为ISO国际标准化组织和CCITT国际电报电话咨询委员会所采纳，成为国际通用的信息交换标准代码，使用7位二进制数来表示一个英文字母、数字、标点或控制符号；图形、音频与视频数据则可分别采用多种编码格式。
模拟信号与数字信号：（1）模拟信号与数字信号：不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：模拟数据一般采用模拟信号(Analog Signal)，例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波)，或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示；数字数据则采用数字信号(Digital Signal)，例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0)，或光脉冲来表示。
当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。
当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点数字信号，只要走了，则为有信号，不走则为无信号，走的时间越长则信号越强，脉冲宽度越短同样信号也越强。
模拟信号与数字信号的转换
模拟信号和数字信号可以实现相互转换。
模拟信号通常使用PCM（脉冲编码调制）方法量化并转换为数字信号。
PCM方法是使不同范围的模拟信号对应不同的二进制值。
例如，如果使用8位代码，可以将模拟信号量化为2^8 = 256个数量级。
在实践中，经常使用24位或30位代码。
通常，数字信号通过载波相移转换为模拟信号。
计算机，局域网，城域网都使用二进制数字信号。
目前，广域网的实际传输既有二进制数字信号也有数字信号转换的模拟信号。
但由于其更广泛的应用前景，数字信号更常用。
控制板（像Micro:bit，Arduino）指定的ADC接口，用于模拟量到数字量的转换。
第九章—模拟信号的数字传输
3 脉冲振幅调制
脉冲调制原理
脉冲调制的概念：脉冲调制是采用时间上离散的脉冲 串作为载波，用基带信号去改变脉冲参数（幅度、宽度、 时间位置）。脉冲调制传送的是基带信号的一系列抽样 值。由于脉冲序列的参数随模拟基带信号的抽样值连续 地变化，所以，脉冲调制仍属于模拟调制。 脉冲调制的分类：按基带信号改变脉冲参数的不同， 把脉冲调制又分为脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM） 和脉位调制（PPM）等，其调制波形如下页图所示
4
2 抽样定理（续）
证明:低通抽样定理
) 假设采用周期性冲击函数 T (t，按抽样定理描述的抽样间 隔对 0, f H 赫内的模拟信号 m(t ) 进行抽样，则已抽样信号及其频 谱为
ms (t ) m(t ) T (t )
1 M ( ) T ( ) M s ( ) 2 1 2 M ( ) ( nS ) 2 T n
T , L H H ( ) 其他 0,
那么当已抽样信号的频谱不发生混迭时，用该滤波器即可滤 出原信号的频谱：即 M s ( ) H ( ) M ( ) 从而可恢复出原信号的频谱
9
2 抽样定理（续）
如何选取抽样频率 f s (或s） ？选取抽样率的原则是使已抽 样信号的频谱不发生重叠。 若要求 m(t ) 的频谱正向移动n个 s时不与原频谱相互混叠，则 应满足： H ns H 若要求 m(t ) 的频谱正向移动（n-1）个 s 时不与原频谱相互混叠，
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3 脉冲振幅调制（续）
m(t)
采样门
s(t) (a)
曲顶抽样 ms (t) M s ()
H() m(t)
采样门
δ T(t) (b)
数模模数转换
退，用计算机进行分析处理。第四步，因执行控 制器一般只认模拟量，例如，左转还是右转，它 主要取决于电感的极性(正电感、还是负电感？) 速度大小是由电感或电流大小决定，运动方向和 速度(例如是向前，还是退后，是向左进还是右 退，进多少尺寸？退多少尺寸？)主要取决于执 行电机的型号、规格、机械安装、机械传动等。 需要将数字量转为模拟量(即D/A变换)。最后一 步由执行机构去完成各种操作。将被加工件生产 出来。
常见的数/模和模/数转换系统有以下几种。 一、数字控制系统
以数控为例：首先对被加工件进行摄影、 测绘，这个过程可以说由传感器完成，然后进行 量化，将具体的尺寸、形状、加工顺序…，均由 数码表示，这个过程叫A/D转换成数字信息。第 三步，将加工顺序编写成计算机可以识别的程 序。例如进刀、退刀；前进、后退、左进、后
由图可见，T3、T2、T1、T0和Tc的基极 是接在一起的，只要这些三极管的发射结压降 VBE相等，则它们的发射极处于相同的电位。
图9-9 实用的权电流型DAC
在计算各支路的电流时，可以认为2R电阻 的上端都接到了同一个电位上，因而流过每个 2R电阻的电流自左至右依次减少了1/2。为保证 所有三极管的发射结压降相等，在发射结电流较 大的三极管中按比例加大了发射结的面积，在图 中用增加发射极的数目来表示。图中的恒流源 IB0用来给TR、TC、T0~T3提供必要的基极偏置 电流。
当Di=1时，对应的Ri支路与参考电位VBEF 接通，则该支路电流为：
Ii
VREF Ri
VREF 2n-1-i R
VREF 2i 2生的电流，写成通式 为：
Ii
VREF 2n-1 R
2i
Di
根据叠加原理，总的输出电流为：
第九章 数/模转换和模/数转换
模拟信号与数字信号的相互转换
编码
编码
将量化后的离散幅度信号转换为 二进制代码的过程。
编码方式
常见的编码方式有二进制编码、 格雷码等。
编码效率
编码效率是指编码过程中所使用 的二进制位数与量化级数的比值， 编码效率越高，传输和存储所需 的带宽和容量越小。
03
数字信号到模拟信号的转换
解码
解码
将数字信号转换为模拟信号的第一步是将数字信号解码为可识别的二进制数据。 解码过程通常涉及将数字信号转换为二进制代码，然后根据特定的编码方案将 这些二进制代码解码为模拟信号。
抗混叠滤波器设计
01
抗混叠滤波器的作用
在模拟信号转换为数字信号的过程中，抗混叠滤波器用于限制模拟信号
的带宽，防止高于采样频率的信号混入，从而避免混叠效应的产生。
02
抗混叠滤波器的设计方法
可以采用低通滤波器、带阻滤波器等不同类型的设计方法，根据实际需
求选择合适的设计方案。
03
抗混叠滤波器的性能指标
需要考虑滤波器的阶数、截止频率、通带和阻带的波动等性能指标，以
图像处理
模拟图像转数字图像
通过扫描仪或摄像头将纸质文档、照片等模拟图像转换为数字图 像。
数字图像转模拟图像
在显示时，数字图像通过显示器还原为模拟图像，呈现给用户。
分辨率与显示效果
数字图像的分辨率越高，显示效果越清晰，但所需的存储空间和 传输带宽也越大。
通信系统
模拟通信与数字通信
模拟通信传输的是连续的信号，而数 字通信传输的是离散的信号。
采样定理
采样定理指出，为了不失 真地恢复原始模拟信号， 采样频率必须至少为模拟 信号最高频率的两倍。
量化
量化
将连续幅度的离散时间信 号转换为具有有限数量的 离பைடு நூலகம்幅度的过程。
数码摄像机模拟信号转换数字信号的方法
数码摄像机模拟信号转换数字信号的方法数码摄像机是一种使用数字技术来记录和存储图像的摄像机。
它通过将模拟信号转换为数字信号，实现了对图像的高质量捕捉和存储。
本文将介绍数码摄像机模拟信号转换为数字信号的方法。
数字信号是由一系列离散的数值组成的信号，而模拟信号是连续变化的信号。
数码摄像机通过模拟信号转换为数字信号，可以提高图像的质量和稳定性。
下面将介绍数码摄像机模拟信号转换为数字信号的三个主要步骤。
第一步是模拟信号采集。
摄像机通过感光元件（如CCD或CMOS）将光信号转换为电信号。
感光元件是摄像机的核心部件，它可以将光线转换为电荷，并将其转换为电压信号。
这个过程是将模拟信号从光信号转换为电信号的第一步。
第二步是模拟信号处理。
在这一步中，电信号经过放大、滤波和调整等处理，以提高信号的质量和稳定性。
放大可以增加信号的强度，使其更易于处理。
滤波可以去除噪声和干扰，使得图像更加清晰。
调整可以改变信号的亮度、对比度和色彩等参数，以获得更好的图像效果。
第三步是模拟信号转换为数字信号。
在这一步中，模拟信号经过模数转换器（ADC）将其转换为数字信号。
模数转换器是一种电子设备，可以将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
它将模拟信号的电压值转换为数字编码，以便于计算机进行处理和存储。
转换后的数字信号可以通过数字接口传输到计算机或其他存储设备中。
数码摄像机模拟信号转换为数字信号的方法可以提高图像的质量和稳定性。
与传统的模拟摄像机相比，数码摄像机具有更高的分辨率、更丰富的色彩和更低的噪声水平。
此外，数字信号的处理和存储也更加方便和灵活。
数字信号可以通过计算机软件进行后期处理和编辑，可以方便地进行图像增强、剪辑和分享等操作。
总结起来，数码摄像机通过将模拟信号转换为数字信号，实现了对图像的高质量捕捉和存储。
模拟信号转换为数字信号的过程包括模拟信号采集、模拟信号处理和模拟信号转换为数字信号三个主要步骤。
这种转换方法不仅提高了图像的质量和稳定性，还方便了图像的后期处理和编辑。
模拟信号与数字信号之间的转换
Conversion between analog signal and digital signal一、Analog signal and digital signal(1) analog signals and digital signalsAnalog data (Data Analog) is a continuous change of value, such as temperature, pressure, and sound and image in the telephone, radio and television broadcasting. Digital data (Data Digital) is the discrete values obtained after the quantization of analog data, such as characters, graphics, audio and video data in a computer. At present, ASCII American Standard Code for information interchange (American Standard Code for information interchange) is the international organization for standardization of ISO and CCITT International Telegraph and Telephone Consultative Committee adopted as international standard code for information interchange, use 7 bit binary numbers to represent a English letters, numbers, punctuation or control symbols, graphics, audio and video data can be respectively by a plurality of encoding format.Different data must be converted to the corresponding signal in order to transmission: simulated data generally use the analog signal (analog signal), such as a series of continuous change of the electromagnetic wave (such as radio and television broadcasting electromagnetic waves), or voltage signals (such as telephone transmission of audio voltage signal) to represent; digital data by the digital signal (digital signal), such as a series of discontinuous changes the voltage pulse (such as we can use constant positive voltage represents a binary number 1, with a constant negative voltage said binary number 0), or light pulses to represent. When the analog signal used to represent continuous variation of electromagnetic waves, electromagnetic wave itself is a signal carrier, also as the transmission medium; and when the analog signal with continuous variation of the signal voltage to represent, it generally through traditional analog signal transmission line (for example telephone network, cable TV network) to transmit. When the digital signal by intermittent changing voltage or pulses of light to said, generally need to communication between the two sides are connected by twisted pair cable or fiber optic media, in order to signals from a node spread to another node.(2) the mutual transformation between analog and digital signalsAnalog signal and digital signal can be converted into each other: analog signal general by PCM (pulse code modulation) method to quantify into a digital signal that analog signals of different amplitudes corresponding to different binary values, such as the use of 8-bit code the analog signal quantization 2^8=256 one order of magnitude, practical often takes 24 or 30 bits coding; digital signal by the carrier phase (phase shift) method converts analog signals. Computer, computer local area network and metropolitan area networks use binary digital signal, currently in wide area network of computer of an actual transmission both binary digital signal, converts the digital signals by the analog signal. But more applications are digital signals.二、PCM and DPCM modulation principle(1) PCM sketchPulse encoding modulation (PulseCodeModulation), referred to as PCM. Sampling, quantization, and digital signal generated by encoding for continuous variation of analog signals. The advantage of PCM is that the sound quality is good, the disadvantage is that the volume is big. PCM can provide users from the 2M to the 155M rate of digital data line business, but also can provide voice, image transfer, remote teaching and other business. PCM has two standards: E1 and T1.(2)PCM modulation principlePulse Modulation (Code Pulse modulation) is the most commonly used, the most simple waveform encoding. It is a direct and simple the speech by sampling, a / D conversion is obtained by digital uniform quantization for coding method, is the foundation of other coding algorithm, that is, the pulse code modulation is the analog signal to sampling, the sample value amplitude quantization and coding process.1) sampling is to periodically scan analog signals, the time continuous signal into discrete signal. The analog signal after sampling should also contain all the information in the original signal, which is to say that the original signal can be no distortion to restore the original signal. The lower limit of the sampling rate isdetermined by the sampling theorem. Sampling rate was 8Kbit/s.2) quantization, which is the instantaneous value of the sample to be discrete, that is, with a set of level, the instantaneous sampling value with the most close to the level value.A simulated signal is quantized by a quantized pulse amplitude modulation signal, which is only a finite number of values.3) encoding, is to use a set of binary code group to show that each has a fixed level of quantization. However, in fact, the quantification is in the process of encoding also completed, so the encoding process is also known as analog / digital conversion, can be written as A/D.(3)DPCM profileDPCM (pulse code modulation) that pulse code delta modulation is the voice signal correlation to identify can reflect the change characteristics of the signal, a differential coding is to sample the analog signal amplitude difference quantization coding modulation. This way is to predict the current sampling value by using the sampled values, and the difference between them is encoding. The difference between encoding and encoding can increase the frequency, this technology has been applied to analog signals in digital communications.DPCM is similar to the prediction of encoding, but it has a quantization step. The quantization step is similar to that of the quantization step in PCM, which can be uniform and uniform.For some signal (for example image signal) due to the relatively large signal transient slope, it is easy to cause overload, therefore, can not be used simple delta modulation encoding, in addition, the signal nor like voice signal that syllable characteristics and not the like syllable companding as the method, only the instantaneous companding method. But instantaneous companding more difficult to achieve. Therefore, the instantaneous slope for relatively large signal, usually by a comprehensive the delta modulation and pulse code modulation characteristics of both the modulation method for encoding. This encoding is referred to as incremental pulse code modulation, or differential pulse code modulation, DPCM said.模拟信号与数字信号之间的转换一、模拟信号与数字信号(1)模拟信号与数字信号模拟数据(Analog Data)是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力，以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。
第九章数模（DA）和模数（AD）转换电路
第九章 数模（D/A ）和模数（A/D ）转换电路一、 内容提要模拟信号到数字信号的转换称为模—数转换，或称为A/D （Analog to Digital ），把实现A/D 转换的电路称为A/D 转换器（Analog Digital Converter ADC ）；从数字信号到模拟信号的转换称为D/A （Digital to Analog ）转换，把实现D/A 转换的电路称为D/A 转换器（ Digital Analog Converter DAC ）。
ADC 和DAC 是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。
二、 重点难点本章重点内容有：1、D/A 转换器的基本工作原理（包括双极性输出），输入与输出关系的定量计算；2、A/D 转换器的主要类型（并联比较型、逐次逼近型、双积分型），他们的基本工作原理和综合性能的比较；3、D/A 、A/D 转换器的转换速度与转换精度及影响他们的主要因素。
三、本章习题类型与解题方法 DAC网络DAC 权电阻 ADC 直接ADC间接ADC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 倒梯形电阻网络DAC这一章的习题可大致分为三种类型。
第一种类型是关于A/D 、D/A 转换的基本概念、转换电路基本工作原理和特点的题目，其中包括D/A 转换器输出电压的定量计算这样基本练习的题目。
第二种类型是D/A 转换器应用的题目，这种类型的题目数量最大。
第三种类型的题目是D/A 转换器和A/D 转换器中参考电压V REF 稳定度的计算，这种题目虽然数量不大，但是概念性比较强，而且有实用意义。
（一）D/A 转换器输出电压的定量计算【例9 -1】图9 -1是用DAC0830接成的D/A 转换电路。
DAC0830是8位二进制输入的倒T 形电阻网络D/A 转换器，若REF V =5 V ，试写出输出电压2O V 的计算公式，并计算当输人数字量为0、12n - (72)和2n -1(82-1)时的输出电压。
模拟量和数字量的转换
图10.6 ADC0809符号图
10.1.4 A/D转换器的主要技术指标
1. 分辨率与量化误差
A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示， 位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟 电压的变化范围为0～5V，输出8位二进制数可以分辨的 最小模拟电压为5V×2-8＝20mV；而输出12位二进制数 可以分辨的最小模拟电压为5V×2-12≈1.22mV。
EOC——转换结束信号输出端，开始转换时为低电 平，转换结束时为高电平。
REF（+）——基准电压正极，为5V。 REF（）——基准电压负极，为0V。 D0～D7——8位数字输出端。 CLOCK——时钟信号输入端，时钟频率不应高于100kHz。 ENABLE——输出允许端，它控制ADC内部三态输出缓冲 器。当其为0时，输出为高阻态，当其为1时，允许缓冲器 中的数据输出。
采样的宽度往往是很窄的，而每次把采样电压转换 为相应的数字量都需要一定的时间，所以在每次采样以 后，必须把采样电压保持一段时间以保证采样过程的实 施。通常将需要的采样结果存储起来，直到下次采样到 来所示，。这个过程称做保持。保持信号波形us(t)如图10.2（c）
图10.2 信号的采样和保持过程 （a）原始信号；（b）采样信号；（c）保持信号
图10.5 ADC0809的原理框图
ADC0809的符号图如10.6所示，各端子的功能如下：
IN-0~IN-7——8路模拟量输入端。
ADD-C，ADD-B，ADD-A——地址线，ADD-C 为 最高位，根据其值选择一路输入信号进行A/D转换。
ALE——地址锁存允许信号输入端，高电平有效。
START——A/D转换启动信号输入端，当其为高电 平时，开始转换。
例如把0～+1V的模拟电压 转换成3位二进制代码，则最简 单的方法是取=1/8V，并规定凡 数值在0～1/8V之间的模拟电压 量化时都当做0· ，用二进制数 000表示；凡数值在1/8～2/8V之 间 的 模 拟 电 压 都 当 做 1 · 对 待 ， 用二进制001表示，依次类推， 7/8～1V之间的模拟电压则当做 7·，如图10.3所示。不难看出，
数码摄像机模拟信号转换数字信号的方法
数码摄像机模拟信号转换数字信号的方法数码摄像机模拟信号转换数字信号的方法是将模拟信号转换为数字信号，以便更好地存储、传输和处理图像和视频数据。
本文将介绍数码摄像机模拟信号转换为数字信号的原理和方法。
一、数码摄像机模拟信号转换数字信号的原理数码摄像机的工作原理是通过感光元件（如CCD或CMOS）将光信号转换为电信号，然后经过模拟信号处理电路进行处理和增强，最后将模拟信号转换为数字信号。
这样可以保留更多的图像细节和颜色信息，并且具有更好的稳定性和抗干扰能力。
二、数码摄像机模拟信号转换数字信号的方法1. 采样：数码摄像机通过采样将模拟信号转换为离散的数字信号。
采样是指以一定的时间间隔对模拟信号进行取样，将其转换为一系列离散的数字值。
采样频率越高，取样的精度越高，能够更准确地还原原始信号。
2. 量化：采样后得到的连续模拟信号需要进行量化处理，将其转换为离散的数字信号。
量化是指将采样得到的模拟信号值映射为离散的数字信号值。
量化的目的是将连续的信号值转换为离散的有限个数值，以便于存储和处理。
3. 编码：量化后的信号需要进行编码，将其表示为数字形式。
编码是指将离散的量化数值转换为二进制码，以便于存储和传输。
常用的编码方法有脉冲编码调制（PCM）、差分脉冲编码调制（DPCM）等。
4. 数据处理：经过编码后的数字信号可以进行各种图像和视频处理操作，如降噪、增强、压缩等。
这些处理操作可以提高图像和视频的质量，减小存储和传输所需的容量。
5. 数字信号输出：经过处理后的数字信号可以通过各种接口输出，如USB、HDMI等。
这样可以方便地将图像和视频数据传输到计算机、电视等设备上进行播放、编辑和存储。
三、数码摄像机模拟信号转换数字信号的优势1. 高清晰度：数字信号具有更高的分辨率和更丰富的颜色信息，可以呈现更清晰、更真实的图像和视频。
2. 抗干扰性强：数字信号通过编码和差错校正等处理，具有更好的抗干扰能力，能够在传输过程中保持图像和视频的稳定性和一致性。
模拟电路与数字电路的转换
低通滤波
控制信号 受控对象
模拟信号 放大驱动电路
D/A转换器
数字信号
D/A转换器工作原理
模拟量
DAC 数字/模拟转换器
数字量
D/A转换的基本原理
数字量 → 按权相加 → 模拟量
1101B ＝ 1×23＋1×22＋0×21＋1×20 ＝ 13
D/A转换器的原理图（1）
a VREF S3 I3
电阻网络
9.2 D/A转换器的接口电路设计 三、片内无三态缓冲器的 12 位 D/A 转换器接口设 计
1. 要求：对片内无输入缓冲器的12位D/A转换器设计接口， 要求转换的数据按“右对齐“格式传送。 2. 分析：由于该 D/A 分辨率为 12位（数据线有 12条）， 而CPU的字长为8位，因此需传送两次。 3.设计
DI0 ILE CS WR1
LE1
3 20 10
AGND VCC DGND
18 WR2 XFER 17
图 10-2
函数波形发生器: 1.硬件设计
CPU 8255A PA0~7 PB4 DAC0832 DI0~7 RFB ILE CS I01 WR1 I02 WR2 XFER D/A 图 10-4 DAC0832作 函 数 波 形 发 生 器
DI0～DI7
Iout1
LE2 DAC0832
DAC0832的工作方式：双缓冲方式
两个寄存器都处于受控（缓冲）状态 能够对一个数据进行 D/A 转换的同时；输入 另一个数据
输入 寄 存 器 LE1 DAC 寄 存 器 D/A 转 换 器
DI0～DI7
Iout1
LE2 DAC0832
2. DAC0832的模拟输出
9.2 D/A转换器的接口电路设计
数字信号转模拟信号的过程
数字信号转模拟信号的过程
数字信号转模拟信号是数字信号处理中的一种重要技术，它将离散的数字信号转换为连续的模拟信号，从而使数字信号能够被传输、处理和应用于模拟系统中。
数字信号转模拟信号的过程可以分为三个主要步骤：采样、量化和编码。
第一步是采样。
在数字信号处理中，采样是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程，因为计算机和数字系统只能处理数字信号。
在数字信号转模拟信号的过程中，采样是将数字信号转换为模拟信号的第一步。
采样过程通常由模拟-数字转换器（ADC）完成，通过传感器将模拟信号转换为数字信号。
采样率是表示数字信号每秒采样次数的单位，通常以赫兹（Hz）为单位。
第二步是量化。
量化是将采样过程中获得的数字信号映射到固定数量的离散级别上的过程。
在模拟信号中，任何信号都可以采用任意精度进行表示。
但在数字信号中，由于计算机的存储能力有限，数字信号必须通过量化的方式，将其映射到有限的离散级别上。
量化级别越高，数字信号就越接近于模拟信号，但相应地，存储和处理数字信号所需的空间和计算时间也将增加。
通常，量化级别以比特数（比特数越高，量化级别越高）表示。
第三步是编码。
编码是将量化过程中获得的数字信号转换为连续的模拟信号的过程。
编码通常由数字-模拟转换器（DAC）完成，通过将数字信号恢复为模拟信号。
编码通常使用不同的方法，包括脉冲编码调制（PCM），脉冲宽度调制（PWM）和脉冲位置调制（PPM）等，不同的编码方法具有不同的性能和适用范围。
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例1:已知R-2R梯形网络D∕A转换器中R=RF=20kΩ UR=10V，试分别求出4位和8位D∕A转换器的输出最 小电压、最大电压。
解：4位D∕A转换器d3～d0＝0001时输出最小电压 U0min；d3～d0＝1111时输出最大电压U0max 。
U Omin 10 R 4 1 0.63V 2 R
UCC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 Iout1
芯片工作电压 输入端 输入锁存允许信 号，高电平有效
Iout2
写入控制端 低电平有效，与 XFER 配合使用
DAC 0832 管脚分布图
CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0 UREF RF DGND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
二、 D/A转换器的主要参数
1.分辨率 指最小输出电压和最大输出电压之比。
1 1 例:十位D/A转换器 0.001 10 的分辨率为 2 1 1023 有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。 2.转换误差（转换精度）
转换误差是指输出模拟电压的实际值与理论值之差， 即最大静态转换误差。转换误差常用输出满刻度FSR 的百分数表示，也有用最低有效位的倍数来表示。
3.输出电压( 电流 )的建立时间 输入由全0变为全1或由全1变为全0起， 到输出稳定电压(电流)所需的时间。
三、集成D/A转换器 完整的集成D∕A转换器包括4个功能模块：
输入数据寄存器、 D∕A转换网络、模 拟输出放大器 及参考电压源。
按其组成结构(即功能模块)，集成D∕A转换 器可分为以下三种类型： 1.无锁存无放大器
早期的产品只包含D/A转换网络，如AD7520， 其电路和图9-2相似，但运算放大器是外接的。
2.有锁存无放大器 如：DAC0832
具有数字输入寄存器，使用时需外接运算放大器。
DAC0832结构图
UCC D7
. . . . . .
八位 输入 寄存器
八位 DAC 寄存器
八位
D/A 转换器
UREF Iout1 Iout2 RF AGND DGND
UCC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 Iout1 Iout2
13 12 11
数字地端
DAC 0832 管脚分布图
CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0 UREF RF DGND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
第九章 模拟量和数字量的转换
第一节 数模转换器
第二节 模数转换器
第九章 模拟量和数字量的转换
模数与数模转换器是计算机与外部设备的重 要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部件。 传感器 模拟控制
模 拟 信 号
ADC DAC
数 字 信 号
数字计算机 数字控制
将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换器 (简称A/D转换器或ADC)； 将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换器 (简称D/A转换器或DAC)
R3 2R S3 R2 2R S2
0 I3
0 I2
1
R1 2R S1 I1
1
R0 2R S0
RF
I0 I01
+
A +
uo
d3
d2
d1
d0
当二进制代码为1时，开关合到运算放大器输入一 侧，该支路电流成为运放输入电流 I O1 的一部分； 当二进制代码为0时，开关合到接地的一侧 。
+UR
IR
D R C R B R A 2R
(3)双缓冲器型方式
3.有锁存有放大型
近期生产的D/A转换器，包含了输入数据寄 存器、 D∕A转换网络、模拟输出放大器 及参 考电压源4部分功能电路，可实现模拟电压 的单极性或双极性输出。
例如DAC82： 是CMOS型有锁存有放大的8位D/A转换器。
第一节 数模转换器
一、R-2R梯形电阻网络D/A转换器 1、R-2R梯形电阻网络 由AA 、BB、CC、DD各点向右看的等效电阻都为R
电流:
IR UR / R
1 I3 I R 2 1 I2 I3 2 1 I1 I 2 2 1 I 0 I1 2
+UR
2、R-2R梯形电阻网络D/A转换电路 IR D R C R B R A 2R
D0 ILE CS WR1 WR2
≥ 1
&
≥1
XFER
DAC 0832 简化电路框图
片选信号， 低电平有效 CS WR1 AGND D3 D2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14
UCC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7
写入控制， 低电平有效
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
UCC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 Iout1
传送控制端 低电平有效，与
WR2 配合使用
电流输出端 单极性输出时。 Iout2接模拟地
Iout2
DAC 0832 管脚分布图
DAC0832工作方式
(1)直通方式
(2) 单缓冲方式
R3 2R S3 R2 2R S2 R1 2R S1 R0 2R S0 RF
0 I3
0 I2
1
I1
1
I0 I01
I 01 I 3 I 2 I1 I 0
d3 d2 d1 d0
A +
+
uo
UR UR UR UR d3 d2 d1 d0 2R 4R 8R 16 R UR 3 (2 d 3 2 2 d 2 2d1 d 0 ) 16 R U R RF 3 U O 4 (2 d 3 2 2 d 2 2d1 d 0 ) 2 R
U Omax 10 R 4 4 (2 1) 9.37V 2 R
同理8位D∕A转换器
U Omin
U Omax
10 R 8 1 0.08V 2 R
10 R 4 8 (2 1) 9.96V 2 R
在UR和RF相同条件下，D∕A转换器位数越多， 输出最小电压越小，输出最大电压越大。
模拟地端
D1 D0
UREF RF DGND数字量输入 参考电 Nhomakorabea 输入端
D0 ~ D7
13 12 11
Iout1
Iout2
DAC 0832 管脚分布图
反馈电阻 外接端
CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0
UREF RF DGND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
20
19 18 17 16 15 14