模拟量与数字量转换,电子技术
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模拟量和数字量的转换—D_A转换器(电子技术课件)
1
2 LSB
FSR
1
2
≤ 0.05%，即 ×
1
2 −1
≤ 0.05% ⇒
1
由于10位D/A转换器分辨率为 10
2 −1
的D/A转换器。
=
1
2 −1
1
1023
≤ 0.1%。
= 0.097%，故应取十位或十位以上
总结
DAC主要技术指标： VLSB 、 VFSR 、分辨率、转换速度、
转换精度
倒T形电阻网络D/A转换器
位数比较多时问题更突出。难以在极为宽广的阻值范围内保证每个电阻
都有很高的精度，对制作集成电路不利且影响转换器精度。
总结
权电阻网络DAC：结构比较简单，所用电阻元件数很少。
但各个电阻阻值相差较大，尤其在输入信号位数比较多时
问题更突出，影响转换器精度。
开关树型DAC
分压器型
双积分型ADC
间接ADC
权电容网络DAC
V-F变换型ADC
总结
1. DAC：数模转换器
ADC：模数转换器
2. DAC的分类、ADC的分类
D/A转换器的应用
以AD7520为例，介绍D/A转换器的应用。
AD7520是一种10位CMOS型的D/A转换集成
芯片，与微处理器完全兼容。该芯片以接口
1
对于n位D/A转换器，分辨率也可表示为：分辨率= 。如10位D/A转换器
2 −1
1
的分辨率为 10
2 −1
=
1
1023
≈ 0.001。DAC输入位数n越多，电路的分辨率越高。
分辨率体现D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。
4. 转换速度：指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。
2 LSB
FSR
1
2
≤ 0.05%，即 ×
1
2 −1
≤ 0.05% ⇒
1
由于10位D/A转换器分辨率为 10
2 −1
的D/A转换器。
=
1
2 −1
1
1023
≤ 0.1%。
= 0.097%，故应取十位或十位以上
总结
DAC主要技术指标： VLSB 、 VFSR 、分辨率、转换速度、
转换精度
倒T形电阻网络D/A转换器
位数比较多时问题更突出。难以在极为宽广的阻值范围内保证每个电阻
都有很高的精度，对制作集成电路不利且影响转换器精度。
总结
权电阻网络DAC：结构比较简单，所用电阻元件数很少。
但各个电阻阻值相差较大，尤其在输入信号位数比较多时
问题更突出，影响转换器精度。
开关树型DAC
分压器型
双积分型ADC
间接ADC
权电容网络DAC
V-F变换型ADC
总结
1. DAC：数模转换器
ADC：模数转换器
2. DAC的分类、ADC的分类
D/A转换器的应用
以AD7520为例，介绍D/A转换器的应用。
AD7520是一种10位CMOS型的D/A转换集成
芯片，与微处理器完全兼容。该芯片以接口
1
对于n位D/A转换器，分辨率也可表示为：分辨率= 。如10位D/A转换器
2 −1
1
的分辨率为 10
2 −1
=
1
1023
≈ 0.001。DAC输入位数n越多，电路的分辨率越高。
分辨率体现D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。
4. 转换速度：指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。
(数字电子技术)第7章数模与模数转换
第7章 数/模与模/数转换
第7章 数/模与模/数转换
7.1 概述 7.2 数/模转换 7.3 模/数转换 7.4 本章小结 7.5 例题精选 7.6 自我检测题
第7章 数/模与模/数转换
7.1 概 述
随着以数字计算机为代表的各种数字系统的广泛普及和 应用，模拟信号和数字信号的转换已成为电子技术中不可或 缺的重要组成部分。数/模转换指的是把数字信号转换成相 应的模拟信号，简称D/A转换，同时将实现该转换的电路称 为D/A转换器，简称DAC；模/数转换指的是把模拟信号转 换为数字信号，简称A/D转换，并将实现该转换的电路称为 A/D转换器，简称ADC。
当Rf=R时
uo＝
uR 2n
n-1
di zi
i＝ 0
由上式可以看出，此电路完成了从数字量到模拟量的转 换，并且输出模拟电压正比于数字量的输入。
第7章 数/模与模/数转换
2. 集成DAC电路AD7524 AD7524(CB7520)是采用倒T型电阻网络的8位并行D／A 转换器，功耗为20 mW，供电电压UDD为5～15 V。 AD7524典型实用电路如图7.2.5所示。
第7章 数/模与模/数转换
7.3.4 常见的ADC电路
1. 逐次逼近型ADC 逐次逼近型ADC是按串行方式工作的，即转换器输出 的各位数码是逐位形成的。图7.3.6为原理框图，该电路由电 压比较器、逻辑控制器、D/A转换器、逐次逼近寄存器等组 成。
第7章 数/模与模/数转换
图 7.3.6 பைடு நூலகம்次逼近型ADC原理图
第7章 数/模与模/数转换
(2) 四舍五入法：取最小量化单位Δ＝2Um/(2n－1－1)， 量化时将0～Δ/2之间的模拟电压归并到0·Δ，把Δ/2～3·Δ/2之 间的模拟电压归并到1·Δ，依此类推，最大量化误差为Δ/2。 例如，需要把0～+1 V之间的模拟电压信号转换为3位二进制 代码，这时可取Δ＝(2/15)V，那么0～(1/15)V之间的电压就 归并到0·Δ，用二进制数000表示；数值在(1/15)～(3/15)V之 间的电压归并到1·Δ，用二进制数001表示，并依此类推，如 图7.3.5(b)
第7章 数/模与模/数转换
7.1 概述 7.2 数/模转换 7.3 模/数转换 7.4 本章小结 7.5 例题精选 7.6 自我检测题
第7章 数/模与模/数转换
7.1 概 述
随着以数字计算机为代表的各种数字系统的广泛普及和 应用，模拟信号和数字信号的转换已成为电子技术中不可或 缺的重要组成部分。数/模转换指的是把数字信号转换成相 应的模拟信号，简称D/A转换，同时将实现该转换的电路称 为D/A转换器，简称DAC；模/数转换指的是把模拟信号转 换为数字信号，简称A/D转换，并将实现该转换的电路称为 A/D转换器，简称ADC。
当Rf=R时
uo＝
uR 2n
n-1
di zi
i＝ 0
由上式可以看出，此电路完成了从数字量到模拟量的转 换，并且输出模拟电压正比于数字量的输入。
第7章 数/模与模/数转换
2. 集成DAC电路AD7524 AD7524(CB7520)是采用倒T型电阻网络的8位并行D／A 转换器，功耗为20 mW，供电电压UDD为5～15 V。 AD7524典型实用电路如图7.2.5所示。
第7章 数/模与模/数转换
7.3.4 常见的ADC电路
1. 逐次逼近型ADC 逐次逼近型ADC是按串行方式工作的，即转换器输出 的各位数码是逐位形成的。图7.3.6为原理框图，该电路由电 压比较器、逻辑控制器、D/A转换器、逐次逼近寄存器等组 成。
第7章 数/模与模/数转换
图 7.3.6 பைடு நூலகம்次逼近型ADC原理图
第7章 数/模与模/数转换
(2) 四舍五入法：取最小量化单位Δ＝2Um/(2n－1－1)， 量化时将0～Δ/2之间的模拟电压归并到0·Δ，把Δ/2～3·Δ/2之 间的模拟电压归并到1·Δ，依此类推，最大量化误差为Δ/2。 例如，需要把0～+1 V之间的模拟电压信号转换为3位二进制 代码，这时可取Δ＝(2/15)V，那么0～(1/15)V之间的电压就 归并到0·Δ，用二进制数000表示；数值在(1/15)～(3/15)V之 间的电压归并到1·Δ，用二进制数001表示，并依此类推，如 图7.3.5(b)
模拟量与数字量转换,电子技术[1]
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速度快，缺
•R
点 是所需比 •5Us /8 •R
较器数目多，•4Us /8 •R 位数越多矛 •3Us /8
盾越突出。
•R •2Us /8
•R
•Us /8
•R
PPT文档演模板
•-
•+
•+
•G
•-
•+
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•+
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•F •E
•编
•D2
•-
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•D •码
•D1
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•C •B
•器
•01 •01
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•& •1 •B2(22) •& •1 •B1(21) •& •0 •B0(20)
•C
•Q1•01
P •01
•Q2•01
•Q3•01 •Q4•01
•顺 序 脉 冲 发 生 器
•D0 •数字输出
•-
•+
•+
•A
模拟量与数字量转换,电子技术[1]
• 三位并联比较由以下3部分组成：
• 比较器：由７个电压比较器组成，“＋”输入端 接输入电压ui，“－”输入端接一定值的比较电压uR， 若
• ui > uR ，比较器输出为1，反之输出为0。
• 分压电阻链：由８个电阻组成，将基准电压进行 分压，获得７个比较器的比较电压uR。
•
PPT文档演模板
８线－３线优先编码器：输入、输出均为高电平
模拟量与数字量转换,电子技术[1]
电子技术基础- 模拟量和数字量的转换
EOC D0--7
第10章 模拟量和数字量的转换
10.2 A/D转换器
ADC0809管脚功能 8个模拟量输入端
启动A/D转换 转换结束信号
IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START
EOC
D0
输出允许信号
OE
实时时钟 CLK
电源电压
UCC
正负参考电压 VREF(＋)
地 GND D1
1
28
IN2
第10章
模拟量和数字量的转换
10.1 D/A转换器
能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC。 能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。 1.D/A转换器的基本原理及主要技术指标
d0
输入
d1
dn-1
…
D/A
输出
u o K u (d n1 2 n1 d n2 2 n2 d 1 21 d 0 2 0 )
10.2 A/D转换器
1. A/D转换器的基本原理及主要技术指标 A/D转换器的转换过程
ui（t）
CPS S
C
uS（t）
ADC的数字 化编码电路
输入模拟电压 采样保持电路 采样展宽信号
…
Dn-1 d1
d0 数字量输出
第13章 模拟量和数字量的转换
10.2 A/D转换器
采样-保持电路
A1 _
+ +
A2 _
2.D/A转换器的构成
+VREF
IREF
R
I3 2R
S3
S2
二进制权电阻网络D/A转换器
I2 4R S1
I1 8R S0
第12章 数模与模数转换
d0
d1
输入
…
dn－1
uo 或 io D / A 输出
uo Ku (dn1 2n1 dn2 2n2 d1 21 d0 20 )
2019/11/17
电子技术（电工学Ⅱ） 第12章 数/模与模/数转换
9
普通高等教育“十二五”规划教材
机械工业出版社
§12.2.1 数/模转换电路的基本概念
2019/11/17
电子技术（电工学Ⅱ） 第12章 数/模与模/数转换
2
普通高等教育“十二五”规划教材
机械工业出版社
§12.1 数/模与模/数转换的基本概念
作用在被控对象上的信号通常也是模拟信号，这就需 要将计算机处理过的数字信号再转换为模拟信号，才能作 用于被控制对象，这种把数字量转换成相应的模拟量的过 程叫做数/模转换，其相应的转换电路叫做数/模转换器 （Digital-Analog Converter， DAC）。数字控制系统框图 如图12-1所示。
2019/11/17
电子技术（电工学Ⅱ） 第12章 数/模与模/数转换
22
普通高等教育“十二五”规划教材
机械工业出版社
§12.2.3 D/A转换器主要技术指标
3.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转换速度亦不同，一般约在几微秒到几十微秒
2019/11/17
电子技术（电工学Ⅱ） 第12章 数/模与模/数转换
3
普通高等教育“十二五”规划教材
机械工业出版社
§12.1 数/模与模/数转换的基本概念
图12-1 数字控制系统框图
2019/11/17
电子技术（电工学Ⅱ） 第12章 数/模与模/数转换
模数、数模转换及其应用论文
模数、数模转换及其应用摘要：随着电子技术的迅速发展以及计算机在自动检测和自动控制系统中的广泛应用，利用电子系统处理模拟信号的情况变得更加普遍。
数字电子计算机所处理的都是不连续的数字信号，而实际遇到的大都是连续的模拟量，模拟量经过传感器转换成电信号的模拟量后，需经过模/数转换变成数字信号后才可输入到数字系统中进行处理和控制。
同时，往往还要求将处理后得到的数字信号再经过数/模转换成相应的模拟信号，作为最后的输出。
模数、数模转换建立在各种转换电路的基础上，并且不断改进模数、数模转换器的转换精度与转换速度。
模数、数模转换技术在工业中有着重要的应用。
关键字：电子系统模数转换器数模转换器转换技术的应用Digital to analog、digital to analog conversion and its application Abstract: With the rapid development of electronic technology and computer in the automatic detection and automatic control system in the broad application, the use of electronic system for processing analog signal conditions become more common. Digital electronic computer processing are not continuous digital signal, but actually encountered mostly continuous analog, analog quantity sensor is converted into electrical signals by analog, after A / D conversion into digital signal can be input to a digital system for processing and control. At the same time, also often seek treatment received digital signals through D / A conversion into a corresponding analog signal, as the final output. ADC, DAC based on conversion circuit based on continuous improvement, and module, digital to analog converter conversion precision and conversion rate. ADC，DAC technology in industry has important applications.Key words: electronic system；analog to digital converter；digital to analog converter；conversion technology application１引言作为把模拟电量转换成数字量或数字量转换成模拟电量输出的接口电路，转换器是现实世界中模拟信号通向数字信号的桥梁，是电子技术发展的关键和瓶颈所在。
模拟量与数字量的相互转换
OE ： 允许输出控制端 ，高电平有效 。
CLOCK ：时 钟信 号输入 端 ，外 接时钟 频率一 般为 5 00 kH Z 。 V c c ： + 5 V 电 源供电 。
GN D ： 地 端。
ADC0809连接电路如图所示，OE、ALE通过一电阻接+5V电源，处于高电平有 效状态。将EOC连接到START，一旦在START引脚上施加一个触发启动脉冲后，集成 电路便处于一种连续转换的工作状态 ，因为EOC端在转换结束时送出的脉冲提供了 下一个触发启动脉冲。
（3）电子模拟开关Si 由于开关Si的作用是在输入数码信号Di控制下，将电阻 网络接到放大器的输入端或地端去，它好像一个单刀双掷开关，故常称它为模拟开 关，电子模拟开关可以由场效应管或三极管构成。
模拟开关电路图
模拟开关等效电路
导通能力加强，使V4导通，将电阻网络接至运放的反相输入端。 当Di＝0时，Vl导通能力加强，使V3导通，与地端接通；此时由于V1的发射极 电压降低，相应的V2导通能力减弱，使V4截止，与运放的反相输入端断开，将电阻 网络接至地端。
2 ． 逐次逼 近 ADC 的 组成框 图
逐次逼近 ADC 由比较器、 D ／ A 转换器、数码寄存器、控制电路以及时钟 信号等几部分组成。
逐次逼近ADC组成框图
（1）转换开始先将数码寄存器清零。开始转换后，时钟信号将数码寄存 器的最高位置1，使输出数字为1000。这个数码被D／A转换器转换成相应的模 拟电压vF，送到比较器中与输入的模拟量vi比较。若vF＞vi，说明数字过大了，
DAC0832典型应用电路
第二节 模数转换
一 、 模 数 转 换原理
模 / 数转换器 ADC 的功能是把模拟信号转换为二进制数码 。
模拟电子技术第1章 数字电路基础
于其进位规则为“逢十六进一”，故称为十六进制，常用大写字母“H”表示。十六进制按
权展开式为：
n1
(N)16 =
ai 16i
im
式中，ai 为十六进制数的任意一个数码；n 表示整数部分数位，m 表示小数部分数位；下标
16（或 H）表示十六进制数。例如
(5D.6A)H =5×161+13×160+6×16-1+10×16-2
（2）二进制数与十六进制数的相互转换 由表 1-1 可知制数与十六进制数之间
进行转换时通常采用分组等值法。 具体操作以小数点为基准，向左或者向右将二进制数按 4 位一组进行分组（当不足 4 位时，
按整数部分从高位、小数部分从低位的原则予以补 0 处理），然后用对应十六进制数代替各组的 二进制数，即可得等值的十六进制数。反之，将十六进制数的每个数码用相应的 4 位二进制数代 替，并去除高、低位无效的 0，所得结果即为等值二进制数。
1.2.2 编码
利用二进制数表示图形、文字、符号和数字等信息的过程称为编码（Encode），编码的结果 称为代码（Code）。例如，发送邮件时收/发信人的 E-mail、因特网上计算机主机的 IP 地址等， 就是生活中常见的编码实例。
进制数。例如:
(110.01)B =1×22+1×21+0×20+0×2-1+1×2-2
【十六进制】十六进制（Hexadecimal System）是数字电路中另一种常用数制，包含 0～9、A、B、
C、D、E、F 十六个数码，其中 A、B、C、D、E、F 依次表示十进制数 10～15，所以基数为 16。由
（3）十进制数转换为二进制数 十进制数转换为二进制数需要将整数部分和小数部分分别进行转换。通常整数部分采用除 2 反序取余法进行转换，小数部分采用乘 2 顺序取整法进行转换。 具体操作：将给定的十进制整数部分依次除以 2，按反序的原则取余数即为等值二进制数； 十进制小数部分依次乘以 2，按顺序的原则取整数即为等值二进制数。当小数部分不能精确转换 为二进制小数时，可根据精度要求，保留几位小数。 此外，利用二进制数作桥梁，可以方便地将十进制数转换为十六进制数。
模拟量与数字量转换,电子技术
7 =7 V 6 =6 V 5 =5 V 4 =4 V 3 =3 V 2 =2 V 1 =1 V 0 =0 V
二进制数 输出 111
110
101 100 011 010 001 000
量化方法之二 只舍不入法
直接ADC 是将输入模拟电压直接转换成数字量，如并联比 较型ADC和逐次比较型ADC。
间接ADC 是先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后 再把这些中间量转换成数字量，如双积分型ADC。
量化方法之一 有舍有五入法
二进制数 输出 111
110
101 100 011 010 001 000
舍去小数量化法： 舍去小数直接取整，最大 量化误差为△。
完成量化编码工作的电路 是ADC。按工作原理不同，可 分为直接ADC和间接ADC。
模拟电压 vI/V 8 7 6 5 4 3 2 1 0
量化值
（3）转换误差 一般用最低有效位为1时输出电压的 1/2来表示。
失调误差
增益误差
非线性误差
二、 D/A转换器的构成
1．二进制权电阻网络 D/A 转换器
+VREF
IREF R
I3 2R
I2 4R
I1 8R
I0
S3
S2
S1
S0
i
iF RF
－
uo +
d3
d2
d1
d0
不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还
I'2 R
I'1 R
I'0
+VREF
2R
I3 2R
I2 2R
I1 2R
I0 2R
S3
S2
S1
S0
二进制数 输出 111
110
101 100 011 010 001 000
量化方法之二 只舍不入法
直接ADC 是将输入模拟电压直接转换成数字量，如并联比 较型ADC和逐次比较型ADC。
间接ADC 是先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后 再把这些中间量转换成数字量，如双积分型ADC。
量化方法之一 有舍有五入法
二进制数 输出 111
110
101 100 011 010 001 000
舍去小数量化法： 舍去小数直接取整，最大 量化误差为△。
完成量化编码工作的电路 是ADC。按工作原理不同，可 分为直接ADC和间接ADC。
模拟电压 vI/V 8 7 6 5 4 3 2 1 0
量化值
（3）转换误差 一般用最低有效位为1时输出电压的 1/2来表示。
失调误差
增益误差
非线性误差
二、 D/A转换器的构成
1．二进制权电阻网络 D/A 转换器
+VREF
IREF R
I3 2R
I2 4R
I1 8R
I0
S3
S2
S1
S0
i
iF RF
－
uo +
d3
d2
d1
d0
不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还
I'2 R
I'1 R
I'0
+VREF
2R
I3 2R
I2 2R
I1 2R
I0 2R
S3
S2
S1
S0
模拟量和数字量的转换
OE
CLK: 时钟输入端 A0 、A1 、A2 ：8路模拟开关 的3位地址选通输入端。 VCC : 主电源输入端
GND：接地端
CL K VCC VREGF N(+D)
B1
1
28
2
27
3
26
4
25
5
24
6
23
ADC
7
22
8 0809 21
9
20
1019Biblioteka 111812
17
13
16
14
15
IN2 IN1 IN0 A0 A1 A2
A/D转换其实就是对采样信号进行量化和编码， 并最终输出二进制数码的过程。
模拟量和数字量的 转换
（2）逐次逼近A/D转换器
工作原理
3.2V uI
8V D/A
比
较
器
10
转换开始前，
先将逐次逼近寄
存器清零
转换控制信号
MSB 1000 LSB
逐次渐近 寄存器
MSB
LSB
并行数字输出 1000
参考 电源
时钟 信号
模拟量和数字量的 转换
一、任务目标
➢掌握D/A和A/D转换电路的 原理 ➢了解常用集成A/D和D/A 芯片的使用及性能参 数
模拟量和数字量的 转换 二、相关知识 （一）D/A转换器 （1）D/A转换器的基本原理 功能：把数字量转换成与其成一定比例关系的模拟量
要求：输出的模拟量与输入的数字量成正比。
CS ：输入寄存器选择信号 D13
WR1 ：输入寄存器写选通
D12
信号
D11
XFER ：数据传送信号 D10 (LSB)
数字量和模拟量的相互转换
2）逐次比较型（如TLC0831、ADC0809）
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。
所以，电路的输出电压u0与输入的四位二进制代码 成正比：
K
U REF 24 R
依此类推，n位权电阻网络DAC的求和运算放大 器输入端电流、输出电压表达式分别为：
I 2UnR1ERF（2n1dn1 2n2 dn2 21 d1 20 d0）
u0 IRF U2nRERF（2n1dn1 2n2 dn2 21d1 20 d0）
A/D转换器主要方法
4）Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)调制型（如AD7705） Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤 波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换 成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字 值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做 到高分辨率。主要用于音频和测量。
AD转换器的主要技术指标
5）满刻度误差(Full Scale Error) 满度输出时对 应的输入信号与理想输入信号值之差。
6）线性度(Linearity) 实际转换器的转移函数与理 想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。
其他指标还有：绝对精度(Absolute Accuracy) ，相对精度(Relative Accuracy)，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distotortion缩写THD）和积分非线性。
逐次逼近法的工作原理
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。
所以，电路的输出电压u0与输入的四位二进制代码 成正比：
K
U REF 24 R
依此类推，n位权电阻网络DAC的求和运算放大 器输入端电流、输出电压表达式分别为：
I 2UnR1ERF（2n1dn1 2n2 dn2 21 d1 20 d0）
u0 IRF U2nRERF（2n1dn1 2n2 dn2 21d1 20 d0）
A/D转换器主要方法
4）Σ-Δ(Sigma?/FONT>delta)调制型（如AD7705） Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤 波器等组成。原理上近似于积分型，将输入电压转换 成时间(脉冲宽度)信号，用数字滤波器处理后得到数字 值。电路的数字部分基本上容易单片化，因此容易做 到高分辨率。主要用于音频和测量。
AD转换器的主要技术指标
5）满刻度误差(Full Scale Error) 满度输出时对 应的输入信号与理想输入信号值之差。
6）线性度(Linearity) 实际转换器的转移函数与理 想直线的最大偏移，不包括以上三种误差。
其他指标还有：绝对精度(Absolute Accuracy) ，相对精度(Relative Accuracy)，微分非线性，单调性和无错码，总谐波失真（Total Harmonic Distotortion缩写THD）和积分非线性。
逐次逼近法的工作原理
汽车电子电工技术-模拟量和数字量的转换
1. 电路
RF
(LSB) d0
d1
d2
d3 (MSB) IO2 IO1
+ +
0 1 0 1 01 01
S0
S1
S2
S3
模拟 开关
+
UO
-
2R 2R 2R 2R 2R
R
RR
IR
参考电压
A
B
C
D
+UR
由数个相同的电路环节构成，每个电路环节有
两个电阻和一个模拟开关。
12.1.1 倒T形电阻网络D/A转换器
III I vO =iRf =Rf ( 2 D3 + 4 D2 + 8 D1+ 16 D0 )
=
I 24
R（f 23 D3 +22 D2 +21 D1+20 D0）
I 24
Rf
3 i0
2i
Di
采用了恒流源 电路后，各支 路权电流的大 小均不受开关 导通电阻和压 降的影响，这 就降低了对开 关电路的要求， 提高了转换精 度。
12.1.3 D/A转换器的主要技术指标
（2）转换速率（SR）：用大信号工作状态下模拟 电压的变化率表示。一般集成D/A转换器在不包含 外接参考电压源和运算放大器时，转换速率比较 高。实际应用中，要实现快速D/A转换不仅要求 D/A转换器有较高的转换速率，而且还应选用转换 速率较高的集成运算放大器与之配合使用才行。
转换器可将模拟信号直接转换为数字信号，这类 A/D转换器具有较快的转换速度，其典型电路有 并行比较型A/D转换器、逐次比较型A/D转换器。 而间接A/D转换器则是先将模拟信号转换成某一
中间量（时间或频率），然后再将中间量转换为 数字量输出。此类A/D转换器的速度较慢，典型 电路是双积分型A/D转换器、电压频率转换型A/D 转换器。下面介绍并行比较型A/D转换器和逐次 比较型A/D转换器的电路结构及工作原理。
模拟量和数字量的相互转换
UO
Rf II
U R
R
f
16R
(D3
23
D2
22
D1 21
D0
20 )
上式表明
D/A转换器的输出电压（模拟量）与输入二进制数 字量D3D2D1D0成正比，具有D/A转换功能。
一、数模转换器（DAC）
3.数模转换器的主要技术指标
（1）转换精度 通常用分辨率和转换误差来描述。 分辨率体现于输入二进制数字量的位数，位数愈多， 分辨率愈高，通常用能分辨的最小（对应00…001） 输出电压与最大（对应11…111）输出电压之比表示， n位D/A转换器的分辨率可写作
1.电路的组成
（2）T形电阻网络
流入各2R电阻支路的电流分别为：
I I 1 UR 23( UR )
3 2 2R
24 R
I2
I3 2
1 UR 4R
22( UR ) 24 R
I1
I2 2
1UR 8R
21( U R ) 24 R
I0
I1 2
1 UR 16 R
20( UR ) 24 R
一、数模转换器（DAC）
二、模数转换器（ADC）
A/D转换器的转换精度也用分辨率和转换误差描述，n 位输出二进制数字量的转换器能区分输入电压的最小 值为满量程输入电压的 1 ；转换误差一般也以最低
2n
位的倍数表示。
例题
8位A/D转换器，输入电压位0～＋10V，求输 入模拟电压UX=5.9V时的转换结果。
解
转换的结果为
5.9 10
因栅极输入Di（高电位）而导通，T1管因栅极输入 D（i 低电位）
而截止，电阻网络第i位2R电阻支路经Si 接运算放大器的反向 输入端。
电工电子技术第十二章数模(DA)和模数(AD)转换
图12-5 取样保持电路
• 当CP=1时，采样开关S接通，u(t)信号被采样， 并送到电容C中暂存。
• 当CP=0时，采样开关S断开，前面采样得到的电 压信号在电容C上保持，直到下一个CP=1信号到 来，在对新的电压信号进行采样。
其过程如图12-6所示。图中Ui为模拟输入信号，CP为取样信号，U0为取样后输出信 号。由图分析可得取样定理：设取样信号S（t）的频率为fs，输入模拟信号ui(t)的最 高频率分量的频率为fimax,则fs与必须满足下面的关系式
• 转换时间是指D/A转换器从输入数字信号开 始到输出模拟电压或电流达到稳定值时所 用的时间。转换时间越小，工作速度就越 高。
12.2.3集成D/A的应用
D/A的集成器件有很多产品，现以D/A0832为例，讨论集成D/A的电路结构和应用方面的 一些问题。
D/A0832采用CMOS工艺，是具有20个引脚的双列直插式单片八位D/A转换器，其结构 如图12-3（a）所示。
若用精确度百分比表示，即
精确度
最大误差 输入模拟量满量程读数
一般A/D的精度为±0.02％，当输入模拟量满量程为10V时，其最大误差为10V的万 分之二，即2mV。
3.转换速度。转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换 控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。采用不同 的转换电路，其转换速度是不同的。
• 将数字量转换为模拟量的装置称为数／模转换器，简称 D/A或DAC；将模拟量转换成数字量的装置称为模/数转换 器，简称A/D或ADC。本章主要讨论数/模和模/数转换器 的原理及应用。
图12-1 Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换器在生产过程中的应用
12.2数/模转换器（D/A转换器）
• D/A转换器是用来将一组二进制代码转换成 相应电压值的装置。常用的D/A转换器有T 型电阻网络、倒T型电阻网络D/A转换器、 权电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换 器及权电容网络D/A转换器等几种类型。
• 当CP=1时，采样开关S接通，u(t)信号被采样， 并送到电容C中暂存。
• 当CP=0时，采样开关S断开，前面采样得到的电 压信号在电容C上保持，直到下一个CP=1信号到 来，在对新的电压信号进行采样。
其过程如图12-6所示。图中Ui为模拟输入信号，CP为取样信号，U0为取样后输出信 号。由图分析可得取样定理：设取样信号S（t）的频率为fs，输入模拟信号ui(t)的最 高频率分量的频率为fimax,则fs与必须满足下面的关系式
• 转换时间是指D/A转换器从输入数字信号开 始到输出模拟电压或电流达到稳定值时所 用的时间。转换时间越小，工作速度就越 高。
12.2.3集成D/A的应用
D/A的集成器件有很多产品，现以D/A0832为例，讨论集成D/A的电路结构和应用方面的 一些问题。
D/A0832采用CMOS工艺，是具有20个引脚的双列直插式单片八位D/A转换器，其结构 如图12-3（a）所示。
若用精确度百分比表示，即
精确度
最大误差 输入模拟量满量程读数
一般A/D的精度为±0.02％，当输入模拟量满量程为10V时，其最大误差为10V的万 分之二，即2mV。
3.转换速度。转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换 控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。采用不同 的转换电路，其转换速度是不同的。
• 将数字量转换为模拟量的装置称为数／模转换器，简称 D/A或DAC；将模拟量转换成数字量的装置称为模/数转换 器，简称A/D或ADC。本章主要讨论数/模和模/数转换器 的原理及应用。
图12-1 Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换器在生产过程中的应用
12.2数/模转换器（D/A转换器）
• D/A转换器是用来将一组二进制代码转换成 相应电压值的装置。常用的D/A转换器有T 型电阻网络、倒T型电阻网络D/A转换器、 权电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换 器及权电容网络D/A转换器等几种类型。
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８线－３线优先编码器：输入、输出均为高电平
逻辑状态关系表
输入u电i 压
7Us / 8 < ui < Us 6Us / 8 < ui < 7Us / 8 5Us / 8 < ui < 6Us / 8 4Us / 8 < ui < 5Us / 8 3Us / 8 < ui < 4Us / 8 2Us / 8 < ui < 3Us / 8 1Us / 8 < ui < 2Us / 8 0 < ui < 1Us / 8
对于权电阻DAC而言，n位二进制数转换 为模拟量：
Uo R2nfU1RR ni01Di2i
Rf
1R 2
U o
UR 2n
n1
Di 2i
i0
输出模拟电压的大小直接与输入 二进制 数的大小成正比，实现了数字量 到模拟量的 转换 。
2.倒 T 型电阻网络 D/A 转换器
A
B
C
D
IREF
I'3 R I'2 R I'1 R
i I0d0 I1d1 I2d2 I3d3 V8RREFd0 V4RREFd1 V2RREFd2 VRREFd3
V2R3ERF(d3 23 d2 22 d1 21 d0 20)
u o R F i F R 2 i V 2 R 4( d E 3 2 F 3 d 2 2 2 d 1 2 1 d 0 2 0 )
第8 章
模拟量与数字量 转换
概述
能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换 器，简称A/D转换器或ADC；能将数字量转换为 模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器 或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。
数 字 控 制 计 算 机
DAC
多 路 开 关
比较器输入 编码器输出 A B C D E F G D2 D1 D0 11 1 11 1 1 1 1 1 1 11 11 1 0 1 1 0 111110 0 1 0 1 11 1 100 0 1 0 0 1 11 00 0 0 0 1 1 1 1 0 00 0 0 0 1 0 100000 0 0 0 1 0 00 00 0 0 0 0 0
功率放大
…
执行机构
…
功率放大 执行机构
加热炉
…
加热炉
ADC
多 路 开 关
信号放大
…
信号放大
温度传感器
…
温度传感器
第1节 D/A转换器
一、 D/A转换器的基本原理
1 ． D / A 转 换 器 的 基 本 原 理 和 转 换 特 性
基 将输入的每一位二进制代码按其权的大小转 本 换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟 原 量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比， 理 这样便实现了从数字量到模拟量的转换。
-
+
+
G
-
+
+
F
-
+
+
E
编
-
+
+
D
码
-
+
+
C
-
+
+
B
器
-
+
+
A
D2
D1
D0 数字输出
三位并联比较由以下3部分组成：
比较器：由７个电压比较器组成，“＋”输入端 接输入电压ui，“－”输入端接一定值的比较电压uR， 若 ui > uR ，比较器输出为1，反之输出为0。
分压电阻链：由８个电阻组成，将基准电压进行 分压，获得７个比较器的比较电压uR。
量化方法之一 有舍有五入法
二进制数 输出 111
110
101 100 011 010 001 000
舍去小数量化法： 舍去小数直接取整，最大 量化误差为△。
完成量化编码工作的电路 是ADC。按工作原理不同，可 分为直接ADC和间接ADC。
模拟电压 vI/V 8 7 6 5 4 3 2 1 0
量化值
根据取样定理， 取样频率的选取一般 为：
fS 2.5 ~ 3 fImax
vI S (t)
vI
O t1 t2 t3 t4 S(t) tW TS
O t1 t2 t3 t4 vS
O t1 t2 t3 t4 vO
取样 时间 O t1
(tW)
t2
t3
t4
保持时间 (TS－tW)
取样、保持
vS (a) 取样电路 示意图
如果输入的是n位二进制数，则D/A转换器 的输出电压为：
u o V 2 R n( E d n 1 F 2 n 1 d n 2 2 n 2 d 1 2 1 d 0 2 0 )
第2节 A / D 转换器
A/D转换器的任务是将模拟量转换 成数字量,它是模拟信号和数字仪器 的接口。
一、 A/D转换器的基本原理
A
IREF
I'3
+VREF
B
C
R I'2 R I'1
D
R
I'0
I3
I2
I1
I0
2R
2R
2R
2R
2R
S3
S2
S1
S0
iF RF
－
i
uo
+
d3
d2
d1
d0
i I0d0 I1d1 I2d2 I3d3
(116d0 81d1 14d2 12d3)VRREF
V2R4ERF(d3 23 d2 22 d1 21 d0 20)
实际输入电压值与量化值 之间的偏差称为量化误差。
四舍五入量化法： 采用四舍五入的方法量化 取整。最大量化误差为Δ/2。
模拟电压 vI/V 7.5 6.5 7 5.5 6 5 4.5 4 3.5 3 2.5 1.5 2 1 0.5 0
量化值
7Δ =7 V 6Δ =6 V 5Δ =5 V 4Δ =4 V 3Δ =3 V 2Δ =2 V 1Δ =1 V 0Δ =0 V
是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不
变的。
I0 V 8 R R EF I1 V 4 R R EF I2 V 2 R R EF I3 V R R EF
+VREF
IREF R
I3 2R I2 4R I1 8R I0
S3
S2
S1
S0
i
设RF=R/2
iF RF
－ uo
+
d3
d2
d1
d0
2 ． D / A 转 换 器 的 主 要 技 术 指 标
（1）分辨率指分辨最小电压的能力。有时也用输入 数字量的有效位数来表示分辨率。
分辨满 率 最量 小程 输输 出 V 出 V电 R LSEB 电 F 压 2n1压 1
（2）输出电压( 电流 )的建立时间输入数字量为全0 到全1，输出电压达到稳定值所需要的时间。超高 速（<100nS);较高速(100nS~1 S)；高速(1 ~ 10 S)； 中速(10~100S）；低速（100S）。
2、逐次逼近式ADC
工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。 若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、 2、1克。设待秤重量Wx = 13.4克，可以用下表 步骤来秤量：
u o R F i F R F i V R 2 4 R R F E ( d 3 F 2 3 d 2 2 2 d 1 2 1 d 0 2 0 )
三、集成D/A转换器及其应用
CS
1
WR1
2
AGND
3
D3
4
D2
5
D1
6
D0
7
UR
8
Rfb
9
DGND 10
20
UCC
19
LCE
18
WR2
17
S(t) L
8
取样－保持电路
30k
S
＋－A2
300
vO 5
7
6 C
（外接）
(b)
（２）量化、编码
用数字量表示取样电压值时，要将取样电压化为某个最小 数量单位(1 LSB) 的整数倍，这一转换过程称为量化，所取的最 小单位称为量化单位，用Δ表示，Δ= 1 LSB。将量化的结果转 化为对应的代码，称为编码。
逐次逼近型A/D转换器 直接型A/D转换器并联比较源自A/D转换器间接型A/D转换器
双积分型ADC
1、并联比较型
Us
ui
R
7Us /8
优点是转换 6Us /8 R
速度快，缺
R
点 是所需比 5Us /8 R
较器数目多，4Us /8 R 位数越多矛 3Us /8
盾越突出。 2Us /8 R
R
Us /8
R
d0 输入 d1
…
D/A
uo或io 输出
dn－ 1
u o K u ( d n 1 2 n 1 d n 2 2 n 2 d 1 2 1 d 0 2 0 )
uo(V)
7
转 换
6 5 4
特
3
性
2
1
D
0
000 001 010 011 100 101 110 111
D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字 量之间的转换关系。图示是输入为3位二进制数时的D/A转 换器的转换特性。理想的D/A转换器的转换特性，应是输出
1 ． A / D 转 换 器 的 基 本 原 理
模数转换一般分为取样、保持和量化、编码两步进行。
时间上和量值上都连续
模拟信号
逻辑状态关系表
输入u电i 压
7Us / 8 < ui < Us 6Us / 8 < ui < 7Us / 8 5Us / 8 < ui < 6Us / 8 4Us / 8 < ui < 5Us / 8 3Us / 8 < ui < 4Us / 8 2Us / 8 < ui < 3Us / 8 1Us / 8 < ui < 2Us / 8 0 < ui < 1Us / 8
对于权电阻DAC而言，n位二进制数转换 为模拟量：
Uo R2nfU1RR ni01Di2i
Rf
1R 2
U o
UR 2n
n1
Di 2i
i0
输出模拟电压的大小直接与输入 二进制 数的大小成正比，实现了数字量 到模拟量的 转换 。
2.倒 T 型电阻网络 D/A 转换器
A
B
C
D
IREF
I'3 R I'2 R I'1 R
i I0d0 I1d1 I2d2 I3d3 V8RREFd0 V4RREFd1 V2RREFd2 VRREFd3
V2R3ERF(d3 23 d2 22 d1 21 d0 20)
u o R F i F R 2 i V 2 R 4( d E 3 2 F 3 d 2 2 2 d 1 2 1 d 0 2 0 )
第8 章
模拟量与数字量 转换
概述
能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换 器，简称A/D转换器或ADC；能将数字量转换为 模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器 或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。
数 字 控 制 计 算 机
DAC
多 路 开 关
比较器输入 编码器输出 A B C D E F G D2 D1 D0 11 1 11 1 1 1 1 1 1 11 11 1 0 1 1 0 111110 0 1 0 1 11 1 100 0 1 0 0 1 11 00 0 0 0 1 1 1 1 0 00 0 0 0 1 0 100000 0 0 0 1 0 00 00 0 0 0 0 0
功率放大
…
执行机构
…
功率放大 执行机构
加热炉
…
加热炉
ADC
多 路 开 关
信号放大
…
信号放大
温度传感器
…
温度传感器
第1节 D/A转换器
一、 D/A转换器的基本原理
1 ． D / A 转 换 器 的 基 本 原 理 和 转 换 特 性
基 将输入的每一位二进制代码按其权的大小转 本 换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟 原 量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比， 理 这样便实现了从数字量到模拟量的转换。
-
+
+
G
-
+
+
F
-
+
+
E
编
-
+
+
D
码
-
+
+
C
-
+
+
B
器
-
+
+
A
D2
D1
D0 数字输出
三位并联比较由以下3部分组成：
比较器：由７个电压比较器组成，“＋”输入端 接输入电压ui，“－”输入端接一定值的比较电压uR， 若 ui > uR ，比较器输出为1，反之输出为0。
分压电阻链：由８个电阻组成，将基准电压进行 分压，获得７个比较器的比较电压uR。
量化方法之一 有舍有五入法
二进制数 输出 111
110
101 100 011 010 001 000
舍去小数量化法： 舍去小数直接取整，最大 量化误差为△。
完成量化编码工作的电路 是ADC。按工作原理不同，可 分为直接ADC和间接ADC。
模拟电压 vI/V 8 7 6 5 4 3 2 1 0
量化值
根据取样定理， 取样频率的选取一般 为：
fS 2.5 ~ 3 fImax
vI S (t)
vI
O t1 t2 t3 t4 S(t) tW TS
O t1 t2 t3 t4 vS
O t1 t2 t3 t4 vO
取样 时间 O t1
(tW)
t2
t3
t4
保持时间 (TS－tW)
取样、保持
vS (a) 取样电路 示意图
如果输入的是n位二进制数，则D/A转换器 的输出电压为：
u o V 2 R n( E d n 1 F 2 n 1 d n 2 2 n 2 d 1 2 1 d 0 2 0 )
第2节 A / D 转换器
A/D转换器的任务是将模拟量转换 成数字量,它是模拟信号和数字仪器 的接口。
一、 A/D转换器的基本原理
A
IREF
I'3
+VREF
B
C
R I'2 R I'1
D
R
I'0
I3
I2
I1
I0
2R
2R
2R
2R
2R
S3
S2
S1
S0
iF RF
－
i
uo
+
d3
d2
d1
d0
i I0d0 I1d1 I2d2 I3d3
(116d0 81d1 14d2 12d3)VRREF
V2R4ERF(d3 23 d2 22 d1 21 d0 20)
实际输入电压值与量化值 之间的偏差称为量化误差。
四舍五入量化法： 采用四舍五入的方法量化 取整。最大量化误差为Δ/2。
模拟电压 vI/V 7.5 6.5 7 5.5 6 5 4.5 4 3.5 3 2.5 1.5 2 1 0.5 0
量化值
7Δ =7 V 6Δ =6 V 5Δ =5 V 4Δ =4 V 3Δ =3 V 2Δ =2 V 1Δ =1 V 0Δ =0 V
是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不
变的。
I0 V 8 R R EF I1 V 4 R R EF I2 V 2 R R EF I3 V R R EF
+VREF
IREF R
I3 2R I2 4R I1 8R I0
S3
S2
S1
S0
i
设RF=R/2
iF RF
－ uo
+
d3
d2
d1
d0
2 ． D / A 转 换 器 的 主 要 技 术 指 标
（1）分辨率指分辨最小电压的能力。有时也用输入 数字量的有效位数来表示分辨率。
分辨满 率 最量 小程 输输 出 V 出 V电 R LSEB 电 F 压 2n1压 1
（2）输出电压( 电流 )的建立时间输入数字量为全0 到全1，输出电压达到稳定值所需要的时间。超高 速（<100nS);较高速(100nS~1 S)；高速(1 ~ 10 S)； 中速(10~100S）；低速（100S）。
2、逐次逼近式ADC
工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。 若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、 2、1克。设待秤重量Wx = 13.4克，可以用下表 步骤来秤量：
u o R F i F R F i V R 2 4 R R F E ( d 3 F 2 3 d 2 2 2 d 1 2 1 d 0 2 0 )
三、集成D/A转换器及其应用
CS
1
WR1
2
AGND
3
D3
4
D2
5
D1
6
D0
7
UR
8
Rfb
9
DGND 10
20
UCC
19
LCE
18
WR2
17
S(t) L
8
取样－保持电路
30k
S
＋－A2
300
vO 5
7
6 C
（外接）
(b)
（２）量化、编码
用数字量表示取样电压值时，要将取样电压化为某个最小 数量单位(1 LSB) 的整数倍，这一转换过程称为量化，所取的最 小单位称为量化单位，用Δ表示，Δ= 1 LSB。将量化的结果转 化为对应的代码，称为编码。
逐次逼近型A/D转换器 直接型A/D转换器并联比较源自A/D转换器间接型A/D转换器
双积分型ADC
1、并联比较型
Us
ui
R
7Us /8
优点是转换 6Us /8 R
速度快，缺
R
点 是所需比 5Us /8 R
较器数目多，4Us /8 R 位数越多矛 3Us /8
盾越突出。 2Us /8 R
R
Us /8
R
d0 输入 d1
…
D/A
uo或io 输出
dn－ 1
u o K u ( d n 1 2 n 1 d n 2 2 n 2 d 1 2 1 d 0 2 0 )
uo(V)
7
转 换
6 5 4
特
3
性
2
1
D
0
000 001 010 011 100 101 110 111
D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字 量之间的转换关系。图示是输入为3位二进制数时的D/A转 换器的转换特性。理想的D/A转换器的转换特性，应是输出
1 ． A / D 转 换 器 的 基 本 原 理
模数转换一般分为取样、保持和量化、编码两步进行。
时间上和量值上都连续
模拟信号