电子设计创新训练(提高)第三章 常用AD与DA
AD、DA数字电路分析(完整电子教案)
AD 、DA 数字电路分析（完整电子教案）10.1 DA 转换器由于数字电子技术的迅速发展，尤其是计算机在控制、检测以及许多其他领域中的广泛应用，用数字电路处理模拟信号的情况非常普遍。
这就需要将模拟量转换为数字量，这种转换称为模数转换，用AD 表示（Analog to Digital ）；而将数字信号变换为模拟信号叫做数模转换，用DA 表示（Digital to Analog ）。
带有模数和数模转换电路的测控系统大致可用图10.2所示的框图表示。
传感器放大器功率放大器执行部件A/D 转换器D/A 转换器数 字电 路图10.2 一般测控系统框图图中模拟信号由传感器转换为电信号，经放大送入AD 转换器转换为数字量，由数字电路进行处理，再由DA 转换器还原为模拟量，去驱动执行部件。
图中将模拟量转换为数字量的装置称为AD 转换器，简写为ADC （Analog to Digital Converter ）；把实现数模转换的电路称为DA 转换器，简写为DAC （Digital to Analog Converter ）。
为了保证数据处理结果的准确性，AD 转换器和DA 转换器必须有足够的转换精度。
同时，为了适应快速过程的控制和检测的需要，AD 转换器和DA 转换器还必须有足够快的转换速度。
因此，转换精度和转换速度乃是衡量AD 转换器和DA 转换器性能优劣的主要标志。
【项目任务】测试电路如下所示，调试电路，分析该电路功能。
U11VDAC8D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7OutputVref+Vref-VCC 5VVCC5VVCC 5V U174LS161D QA 14QB 13QC 12QD 11RCO15A 3B 4C 5D 6ENP 7ENT 10~LOAD 9~CLR 1CLK2U274LS161DQA 14QB 13QC 12QD 11RCO15A 3B 4C 5D 6ENP 7ENT 10~LOAD 9~CLR 1CLK2模拟输出波形U O图10.3数模转换电路(multisim)【信息单】DA 转换器是利用电阻网络和模拟开关，将多位二进制数D 转换为与之成比例的模拟量的一种转换电路，因此，输入应是一个n 位的二进制数，它可以按二进制数转换为十进制数的通式展开为：00112n 2n 1n 1n n 2222⨯+⨯++⨯+⨯=----d d d d D而输出应当是与输入的数字量成比例的模拟量AA =KD n =K (00112n 2n 1n 1n 2222⨯+⨯++⨯+⨯----d d d d )式中的K 为转换系数。
《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和DA变换》课件
模拟信号采样
信号量化
连续的模拟信号通过采样器转换为离散的数字形式。
通过量化器将连续的信号转换为离散的数值，减小 信号的精度。
AD变换的应用
AD变换在许多领域中具有广泛的应用和重要的意义。
音频处理
AD转换用于音频设备中的声音 采集和处理，例如录音、音乐 制作和语音识别。
通信系统
AD转换用于将模拟信号转换为 数字信号，以便在通信系统中 传输和处理音频和视频数据。
Hale Waihona Puke 数字信号解码通过解码器将二进制信号解码为对应的数字数值。
信号重构
通过重构滤波器将数字信号转换为连续的模拟信号。
DA变换的应用
DA变换在各种设备和应用中发挥着至关重要的作用。
1
显示器
2
DA转换用于显示器中的数字信号解码和
模拟信号重建，以显示图像和视频。
3
音频设备
DA转换用于音频设备中的数字信号重建， 如扬声器和耳机。
关键的信号处理环节
AD变换将模拟信号转换为数字形式，DA变换将数字信号转换为模拟形式，促使数字设备和 模拟设备之间的互操作。
广泛的应用领域
AD和DA变换被广泛应用于音频设备、通信系统、数据采集、控制系统和测量仪器等领域。
AD变换的概念和原理
AD（模数转换）是将模拟信号转换为数字信号的过程。这涉及到信号采样、量化和编码。 • 信号采样：将连续的模拟信号在离散时间点上进行采样。 • 信号量化：将采样的信号转换为离散的数值。 • 信号编码：将量化的数值表示为二进制形式。
《AD和DA变换》PPT课件
本PPT课件介绍AD和DA变换的概念、原理、应用以及问题讨论，旨在向大家 分享我的专业知识和见解。
引言
AD转换与DA转换实验
XX学院实验报告实验名称姓名学号班级教师日期一、实验内容与要求1.1 实验内容本次实验包括A/D转换实验与D/A转换实验。
(1)A/D转换实验：编写实验程序，将ADC单元中提供的0V~5V信号源作为ADC0809的模拟输入量，进行A/D转换，转换结果通过变量进行显示；(2)D/A转换实验：设计实验电路图实验线路并编写程序，实现 D/A 转换，要求产生锯齿波、脉冲波，自行设计波形，并用示波器观察电压波形。
1.2 实验要求(1)A/D转换实验：将ADC单元中提供的0V~5V信号源作为ADC0809的模拟输入量，进行A/D转换，转换结果通过变量进行显示。
同时可以使用万用表对比判断结果是否正确；(2)D/A转换实验：实现 D/A 转换，通过编程，自行设计一个波形，在示波器上显示并观察波形。
二、实验原理与硬件连线2.1 实验原理ADC0809 包括一个 8 位的逐次逼近型的 ADC 部分，并提供一个 8 通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑。
用它可直接输入8个单端的模拟信号，分时进行A/D转换，在多点巡回检测、过程控制等应用领域中使用非常广泛。
ADC0809 的主要技术指标为：分辨率：8 位单电源：＋5V总的不可调误差：±1LSB转换时间：取决于时钟频率模拟输入范围：单极性 0～5V时钟频率范围：10KHz～1280KHzADC0809的外部管脚如图4-1所示，地址信号与选中通道的关系如表4-1 所示。
图4-1 ADC0809外部引脚图表4-1 地址信号与选中通道的关系模／数转换单元电路图如图4-2所示：AD +5VADJ +5V图4-2 模／数转换单元电路图D/A 转换器是一种将数字量转换成模拟量的器件，其特点是：接收、保持和转换的数字信息，不存在随温度、时间漂移的问题，其电路抗干扰性较好。
大多数的D/A 转换器接口设计主要围绕 D/A 集成芯片的使用及配置响应的外围电路。
DAC0832是8位芯片，采用CMOS 工艺和R-2RT 形电阻解码网络，转换结果为一对差动电流Iout1和Iout2输出，其主要性能参数如表4-2示，引脚如图4-3所示。
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。
数字电子技术AD、DA
双极性输出
VR
127 128
VR
1 128
VR
0 128
0
VR
1 128
VR
127 128
VR
128 128
单极性输出
VR
255 256
VR
129 256
VR
128 256
VR
127 256
VR
1 256
VR
0 256
①同样的二进制码输入， 偏移双极性输出平移半程， 即输入80H对应输出为0。
取Rf＝3R
倒T型电阻网络
VO
I RF
1 24
VR R
RF N B
取Rf＝R
VO
VR 24
NB
VO
VR 24
NB
VO
VR 24
NB
VO
VR 2n
NB
NB
n1
di
2i
dn12n1＋dn22n2＋ d121＋d020
i0
设在T型电阻网络中，输入二进制的位数n＝6，参考电压
VR=10V，当输入X＝110101时，求： 1、RF＝2R时，VO＝？ 2、RF＝3R时，VO＝？
时
VD
1 8
VR 3
同理，当d3d2d1d0＝0010
时
VD
1 4
VR 3
当d3d2d1d0＝0100
时
VD
1 2
VR 3
当d3d2d1d0＝1000
时
VD
VR 3
RF
2R A
RB
RC
R D 2R I∑ －
P
2R
2R
2R
2R
试验六AD转换实验和DA转换实验
试验六AD转换实验和DA转换实验实验目的：本实验旨在通过AD转换实验和DA转换实验，掌握模拟信号和数字信号之间的相互转换原理和步骤，进一步了解AD转换器和DA转换器的工作原理、应用场景以及实验方法。
实验器材：1. 信号发生器：用于产生待转换的模拟信号。
2. 数字存储示波器：用于观测和分析信号的变化情况。
3. AD转换器：用于将模拟信号转换为数字信号。
4. DA转换器：用于将数字信号转换为模拟信号。
实验步骤：AD转换实验：1. 将信号发生器输出的正弦波连接到AD转换器的输入端，调节信号发生器输出的频率和幅度，确保输入信号的稳定性和合适的幅度。
2. 连接数字存储示波器到AD转换器的输出端，观测和记录数字信号的波形。
3. 使用示波器的触发功能，调整触发电平和触发方式，确保观测到的波形满足要求。
4. 改变信号发生器输出的频率和幅度，重复步骤2和3，记录不同条件下的数字信号波形。
DA转换实验：1. 将数字存储示波器输出的数字信号连接到DA转换器的输入端，设置数字信号的幅值和频率。
2. 连接DA转换器的输出端到示波器的输入端，观测和记录模拟信号的波形。
3. 改变数字信号的幅值和频率，重复步骤2，记录不同条件下的模拟信号波形。
实验结果：根据实验步骤进行AD转换实验和DA转换实验后，记录所得的数字信号和模拟信号波形如下：（插入实验得到的数字信号和模拟信号波形图片）实验分析：通过实验结果可以观察到AD转换实验和DA转换实验的转换效果和特点。
在AD转换实验中，输入信号经过AD转换器转换为数字信号后，波形变得离散化，失去了模拟信号的连续性。
而在DA转换实验中，数字信号经过DA转换器转换为模拟信号后，波形逐渐恢复了连续性，与输入信号更加接近。
实验总结：通过本次AD转换实验和DA转换实验，我们深入了解了模拟信号和数字信号之间的相互转换原理和步骤，掌握了AD转换器和DA转换器的工作原理和应用场景。
同时，我们通过实验观察到了数字信号和模拟信号在转换过程中的特点和变化，对信号的采样和恢复有了更深入的认识。
射频信号的ad、da电路设计
射频信号的AD/DA电路设计一、概述射频（Radio Frequency，RF）技术在现代通信、雷达、无线电等领域中起着关键作用。
在RF系统中，模数转换（Analog-to-Digital，AD）和数模转换（Digital-to-Analog，DA）电路扮演着重要的角色，它们负责将模拟射频信号转换为数字信号或将数字信号转换为模拟射频信号。
由于射频信号的特殊性，AD/DA电路的设计面临着诸多挑战，本文将对此进行深入探讨。
二、射频信号的特点1. 高频率：射频信号通常工作在MHz至GHz的频率范围，远高于一般的信号频率。
2. 高频宽：射频信号的频率带宽通常较大，需要AD/DA电路能够满足宽频带的转换需求。
3. 高动态范围：射频信号的动态范围较大，通常要求AD/DA电路具有较高的分辨率和动态范围。
三、AD/DA电路设计的关键问题1. 信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）：射频信号的弱信号部分很容易受到噪声的影响，AD/DA电路需要具有较高的信噪比，以保证信号的准确性和可靠性。
2. 高速采样：由于射频信号的高频率特性，AD/DA电路需要具有较高的采样速度，以保证对信号的准确采样和重建。
3. 宽频带设计：AD/DA电路需要能够支持射频信号的宽频带特性，包括高频率下的线性度和带宽。
4. 功耗和集成度：射频系统通常对功耗和集成度有较高的要求，AD/DA电路需要在保证性能的同时尽可能降低功耗和提高集成度。
四、AD电路设计1. 高速ADC芯片选择：针对射频信号的高频率和高速采样要求，需要选择合适的高速ADC芯片，比如ADI的AD6676、ADI的AD9201等。
2. 时钟管理：射频信号的高频率要求AD电路具有较高的时钟稳定性和抖动抑制能力，需要对时钟进行精密设计和管理。
3. 输入阻抗匹配：射频信号的输入阻抗通常较低，需要进行良好的输入阻抗匹配，以保证信号的准确采样。
4. 前端放大器设计：针对射频信号的弱信号特性，通常需要在AD电路前端设计放大器进行前置放大。
中频信号的ad和da转换芯片
中频信号的ad和da转换芯片中频信号的AD和DA转换芯片一、引言中频信号的AD和DA转换芯片是现代电子技术领域中非常重要的器件之一。
AD转换芯片负责将模拟信号转换为数字信号，而DA转换芯片则将数字信号转换为模拟信号。
本文将对中频信号的AD和DA转换芯片进行详细介绍，包括其工作原理、应用领域以及相关的技术发展。
二、AD转换芯片1. 工作原理AD转换芯片是一种将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。
其工作原理是将模拟信号通过采样和量化的方式，将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
具体来说，AD转换芯片首先对模拟信号进行采样，即以一定的时间间隔对信号进行取样。
然后，通过量化将每个采样点的幅值转换为相应的数字数值。
最后，通过编码将数量化后的数字数值表示为二进制的形式。
2. 应用领域AD转换芯片在各个领域都有广泛的应用。
在通信领域，AD转换芯片被用于将模拟语音信号转换为数字信号，以实现电话通信的数字化。
在测量仪器领域，AD转换芯片则被用于对各种物理量进行测量，如温度、压力、湿度等。
此外，AD转换芯片还被广泛应用于音频设备、图像处理、医疗仪器等领域。
3. 技术发展随着科技的不断进步，AD转换芯片的性能也得到了大幅提升。
目前，高速、高精度的AD转换芯片已经成为市场的主流产品。
其中，采用Σ-Δ调制技术的AD转换芯片具有较高的分辨率和动态范围，适用于对信号精度要求较高的应用。
另外，随着物联网技术的兴起，低功耗、小尺寸的AD转换芯片也得到了广泛应用。
三、DA转换芯片1. 工作原理DA转换芯片是一种将数字信号转换为模拟信号的器件。
其工作原理是通过数字信号控制模拟电路，实现对模拟信号的重建。
具体来说，DA转换芯片首先将输入的数字信号进行解码，得到相应的数字数值。
然后，通过数模转换器将数字数值转换为模拟电压或电流输出。
最后，通过滤波器对输出信号进行滤波，以去除数字信号的残留成分，得到纯净的模拟信号输出。
2. 应用领域DA转换芯片在各个领域都有广泛的应用。
试验六AD转换实验和DA转换实验
试验六AD转换实验和DA转换实验在电子技术的领域中，AD 转换实验和 DA 转换实验是非常重要的基础性实验。
它们在信号处理、自动控制、通信等众多领域都有着广泛的应用。
接下来，让我们一起深入了解这两个有趣且实用的实验。
AD 转换，全称为模拟数字转换（AnalogtoDigital Conversion），其作用是将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
想象一下，我们生活中的声音、光线、温度等各种物理量都是模拟信号，它们的数值是连续变化的。
但计算机和数字电路只能处理数字信号，所以就需要 AD 转换器来完成这个转换过程。
在进行 AD 转换实验时，我们通常会使用专门的 AD 转换芯片。
比如说常见的 ADC0809 芯片，它具有 8 个模拟输入通道，可以将 0 5V 的模拟电压转换为 8 位的数字量。
实验开始前，我们要先搭建好电路。
将 ADC0809 芯片与单片机或者其他控制器连接起来，同时连接好模拟信号源，比如电位器，用来产生变化的模拟电压。
然后，通过编写控制程序，向 ADC0809 发送启动转换的信号。
转换完成后，读取转换得到的数字量。
这时候，我们就可以通过观察数字量的变化，来了解模拟信号的特性。
在实验中，我们还需要关注一些重要的参数，比如转换精度和转换速度。
转换精度决定了数字量与模拟量之间的逼近程度，精度越高，数字量就越能准确地反映模拟量的真实值。
而转换速度则影响着系统对快速变化的模拟信号的处理能力。
DA 转换，全称为数字模拟转换（DigitaltoAnalog Conversion），与AD 转换相反，它是将数字信号转换为模拟信号。
DA 转换在很多场景中都发挥着重要作用，比如音频播放、电机控制等。
以常见的 DAC0832 芯片为例，它可以将 8 位的数字量转换为模拟电压输出。
在实验中，同样要先搭建好电路，将 DAC0832 与控制器连接，并接上适当的负载，比如电阻和电容，以形成平滑的模拟输出。
编写控制程序，向 DAC0832 发送数字量，然后观察输出的模拟电压的变化。
专用集成电路设计(AD和DA转换器)演示教学
10 2020/6/15
2) 工作原理
由图可见，输出电压Uo为：Uo=-RF× Io 而Io视开关S1～SN的状态而定。S表示数字量控制 开关，当数字量为“0”时，开关接地，电流不流入运 放; 只有当数字量为“1”时，开关接到运算放大器的 虚地点，其电流才流入运放而产生输出。
各电流关系为： I1=2I2=22I3=…=2N-1IN
b1 b1 b2 b2
bN bN
Si
…
分相电路
Ⅰ
Ⅱ
Q
…
b1 b2
bN
b1 2选1电路 b1
图 6 – 19 D/A转换器的开关电路
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2. 权电容D电路由电容网络与一组开关组成，
并由两相不重叠时钟控制。
A
＋
Uo
＋ C ＋ C ＋ C ＋C
＋
－
2N－1
1LSB
Ured 2N
当输入数字量最低位变化时， 对应的模拟量 跳一个台阶，输出为阶梯波信号。
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2. D/A转换器的主要技术指标
1) 代表精度的指标——位数(bit数)——分辨率
阶梯波台阶电压：U1LSBU2rNed
2) 代表速度的指标——转换时间——时钟频率
即从数字信号输入D/A转换器到输出电压达到稳态 值所需要时间， 该时间决定了D/A转换器的转换速度。 实际上，D/A转换要按时钟节拍工作。 通常用最高时 钟频率来表达D/A转换器的工作速度。 3) 静态误差
所谓静态误差，是与时间无关，反映静态工作 时实际模拟输出接近理想模拟输出的程度。通常有 失调误差、 增益误差、 非线性误差等。
8 2020/6/15
6.3.2 D/A转换器电路
AD与DA转换练习题及答案
《A/D与D/A转换》练习题及答案[9.1]在图9.2.5所示的D/A转换电路中，给定V REF=5V，试计算（1）输入数字量的d9~d0每一位为1时在输出端产生的电压值。
（2）输入为全1、全0和全1000000000时对应的输出电压值。
[解]（1）根据)1,,1.0(22-=∑=nidVv iinREFO可知，d 9 ~ d 0每一位的1在输出端产生的电压分别-2.5V，-1.25V，-0.625V，-0.313V，-0.156V，-78.13mV，-39.06mV，-19.53mV，-9.77mV，-4.88mV。
（2）输入全1、全0和全1000000000时的输出电压分别为-4.995V,0V和-2.5V。
[9.2]图P9.2（a）所示电路是用CB7520和同步十六进制计数器74LS161组成的波形发生器电路。
己知CB7520的V REF= -10V，试画出输出电压υ0的波形，并标出波形图上各点电压的幅度。
CB7520的电路结构见图P9.2（b），74LS161的功能表与表5.3.4相同。
[解]当1ETEPLDRD====时，电路工作在计数状态，从0000状态开始连续输入16个计数脉冲时，电路将从1111返回0000状态，C端从高电平跳变至低电平。
当CP的上升沿到来的时候，υ0的值如表A9.2所示。
υ0的值由式iinREFOdVv22∑=可得。
输出电压υ0的波形如图A9.2所示。
表A9.2 输出电压υ0的值[9.3] 图P9.3所示电路是用CB7520组成的双极性输出D/A转换器。
CB7520的电路结构见图P9.2（b），其倒T形电阻网络中的电阻R=10 kΩ。
为了得到±5V的最大输出模拟电压，在选定R B=20 kΩ的条件下，V REF、V B应各取何值？CP Q3 /d9 Q2 /d8 Q1 /d7 Q0 /d6υ0（V）↑↑↑┇↑↑↑0000000 10010┇1110111 100005/8×15/8×2┇5/8×145/8×15[解]若d 0 ～d 9均为0时，υ0= +5V，d 0 ～d 9均为1时，υ0= -5V则RRVdVBBiiiREF--=∑=910)2(2υ(1)5+=⋅-RRVBB(2)5)12(21010-=---RRVVBBREF式（1）减式（2）得出102121010=-+REFV∴VVREF10+≈若取R B=20 kΩ，则V B= -10V。
AD与DA 小结
10.9 根据第4.4～4.5节正弦波、方波、三角波和 锯齿波发生器电路原理，试设计一个数控可编程 的正弦波、方波、三角波和锯齿波发生器电路。 10.10 根据第5.8节VFC（电压一频率变换）电路 原理，试设计一个试设计一个数控可编程的VFC（ 电压一频率变换）电路。
本章小结
在自动控制与信息处理技术中往往需要把模 拟量转换为数字量，或者将数字量转换为模拟量， 前者称为模 / 数转换电路（A / D)转换器，简称 ADC），后者称为数/ 模转换电路（D/ A)转换器， 简称DAC）。本章主要内容有：
（1）Multism的A/D和D/A转换器电路。A/D转 换电路将输入的模拟信号转换成8位的数字信号 输出。Multism的D/A转换器电路有IDAC和VDAC两 种，将输入的8位数字信号转换成模拟信号输出。
（2）可改变电路输出增益的数控可变增益放大 器电路。 （3）可改变输出波形的可编程任意波形发生器 （4）可改变电路输出电压的数控电压源电路 （5）由DAC和运算放大器组成的数控电压/电流 变换器 （6）由DAC和运算放大器组成的数控恒流源电路 。
本章的重点是掌握A/D和D/A转换器电路组成 的应用电路的仿真设计与分析方法。DAC与一些 运算放大器应用电路结合，通过按键开关或者微 控制器编程改变D/A转换器的D0～D7的状态，可 以构成各种各样的可编程数控电路。
思考题与习题 10.1 根据第3.2节积分与微分电路原理，试设计 一个数控可编程的积分与微分电路。 10.2 根据第3.3节一阶有源低通滤波器电路原理 ，试设计一个数控可编程的一阶有源低通滤波器 。
10.3 根据第3.4节二阶有源低通滤波器电路原 理，试设计一个数控可编程的二阶有源低通滤 波器。 10.4 根据第3.5节二阶有源高通滤波器电路原 理，试设计一个数控可编程的二阶有源高通滤 波器。
常用的AD和DA芯片汇总
常⽤的AD和DA芯⽚汇总1. AD公司 AD/DA 器件AD公司⽣产的各种模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）（统称数据转换器）⼀直保持市场领导地位，包括⾼速、⾼精度数据转换器和⽬前流⾏的微转换器系统（microConvertersTM ）。
01带信号调理、1mW 功耗、双通道 16 位 AD 转换器：AD7705AD7705 是 AD 公司出品的适⽤于低频测量仪器的 AD 转换器。
它能将从传感器接收到的很弱的输⼊信号直接转换成串⾏数字信号输出，⽽⽆需外部仪表放⼤器。
采⽤Σ-Δ的 ADC，实现 16 位⽆误码的良好性能，⽚内可编程放⼤器可设置输⼊信号增益。
通过⽚内控制寄存器调整内部数字滤波器的关闭时间和更新速率，可设置数字滤波器的第⼀个凹⼝。
在 3V 电源和 1MHz 主时钟时， AD7705 功耗仅是 1mW。
AD7705 是基于微控制器（MCU）、数字信号处理器（DSP）系统的理想电路，能够进⼀步节省成本、缩⼩体积、减⼩系统的复杂性。
应⽤于微处理器（MCU）、数字信号处理（DSP）系统，⼿持式仪器，分布式数据采集系统。
023V/5V CMOS 信号调节 AD 转换器：AD7714AD7714 是⼀个完整的⽤于低频测量应⽤场合的模拟前端，⽤于直接从传感器接收⼩信号并输出串⾏数字量。
它使⽤Σ-Δ转换技术实现⾼达 24 位精度的代码⽽不会丢失。
输⼊信号加⾄位于模拟调制器前端的专⽤可编程增益放⼤器。
调制器的输出经⽚内数字滤波器进⾏处理。
数字滤波器的第⼀次陷波通过⽚内控制寄存器来编程，此寄存器可以调节滤波的截⽌时间和建⽴时间。
AD7714 有 3 个差分模拟输⼊（也可以是 5 个伪差分模拟输⼊）和⼀个差分基准输⼊。
单电源⼯作（ 3V 或 5V）。
因此，AD7714 能够为含有多达 5 个通道的系统进⾏所有的信号调节和转换。
AD7714 很适合于灵敏的基于微控制器或 DSP 的系统，它的串⾏接⼝可进⾏ 3 线操作，通过串⾏端⼝可⽤软件设置增益、信号极性和通道选择。
AD与DA转换实验详解
PwmOut(i);
j=100;
while(--j);
}
}
}
void Delay(uint16 ms)
{int i,j;
for(i=0;i<ms;i++)
for(j=0;j<100;j++);
}
仿真波形如右图所示：
2、设计程序，利用STC12C5A60S2单片机内部PCA模块产生PWM信号，经低通滤波后输出正弦波。
此外，CCAP1H（字节地址为FBH）和CCAP1L（字节地址为EBH）分别是PCA模块1捕捉/比较寄存器的高8位和低8位。在8位PWM模式下，当PCA计数器低8位（CL）的值小于CCAP1L时，PWM1引脚输出为低，大于或等于CCAP1L时，PWM1引脚输出为高；另外，当CL的值由FFH加到00H（溢出）时，CCAP1H的当前值自动加载到CCAP1L中，因此，程序只需对CCAP1H进行设定，即可在PWM1引脚稳定输出相应占空比的PWM信号。
void PwmInit()
{CMOD=0x08;
CCAPM1=0x42;
CR=1;
}
void PwmOut(uint8 Duty)
{CCAP1H=255-Duty;
}
void main()
{
int i,j;
PwmInit();
/*while(1)
{PwmOut(30);
Delay(800);
PwmOut(120);
ADC_CONTR&=~0x10;
return ADC_RES;
}
void UartInit()
{
TMOD=0x20;
TH1=TL1=0xFD;
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此程序仅为一个采样示例, 主函数实际没有使用意义.
(二)8路8位分辨率ADC0809及与MCU的直接I/O接口 1,简介
ADC0809芯片有28条引脚,采用双列直 插式封装,如图3-13所示.下面说明各引脚功 能.IN0～IN7:8路模拟量输入端.2-1～2-8: 8位数字量输出端.ADDA,ADDB,ADDC:3 位地址输入线,用于选通8路模拟输入中的一路. ALE:地址锁存允许信号,输入,高电平有效. START: A/D转换启动信号,输入,高电平 有效. EOC: A/D转换结束信号,输出, 当A/D转换结束时,此端输出一个高电平(转 换期间一直为低电平). OE:数据输出允许 信号,输入,高电平有效.当A/D转换结束时, 此端输入一个高电平,才能打开输出三态门, 输出数字量.CLK:时钟脉冲输入端.要求时 钟频率不高于640KHZ(典型500KHZ,转换时 间小于100s). REF(+),REF(-):基 准电压. Vcc:电源,单一+5V.GND:地. 图3-13 ADC0809引脚图
三,常用ADC芯片接口方法 (一) AD574A及其与微处理器的接口
AD574是美国AD公司生产的12位高速逐次逼近 型模/数变换器,图3-8所示.片内自备时钟基准源, 变换时间快(25s),数字量输出具有三态缓冲器, 可直接与微机的总线接El,又可直接采用双极性模 拟信号输入,有着广泛的应用场合,供电电源为 ±1 5 V,逻辑电源为+5 V.引脚: CS :片选,低有效; CE :片允许,高有效. R/C :读/变换,高为读A/D变换结果,低为启 动A/D变换; 12/8 :数据格式,高为12位并行输出,低为8位 (或4位)并行输出;
③偏移误差. ADC的偏移误差定义为使ADC的输出最低位为1,施加到 ADC模拟输入端的实际电压与理论值1/2(Vr/2n)(即0.5LSB所对 应的电压值)之差(又称为偏移电压). ④增益误差 增益误差是指ADC输出达到满量程时,实际模拟输入与理想 模拟输入之间的差值,以模拟输入满量程的百分数表示. ⑤线性度误差 ADC的线性度误差包括积分线性度误差和微分线性度误差两 种. a.积分线性度误差 积分线性度误差定义为偏移误差和增益误差均已调零后的实 际传输特性与通过零点和满量程点的直线之间的最大偏离值,有 时也称为线性度误差. b.微分线性度误差 积分线性度误差是从总体上来看ADC的数字输出,表明其误 差最大值.但是,在很多情况下往往对相邻状态间的变化更感兴 趣.微分线性度误差就是说明这种问题的技术参数,它定义为
常用的串行接口有移位寄存器,SPI,I2C,1线接口等. 特点是读写控制速度相对较慢,需要一定的控制软件开销; 优点是仅使用了少量的I/O,最少只需要1根I/O;芯片尺寸校, 线路板布线简单. 2,转换原理分类 从转换原理分类,分为比较型与积分型. (一) 比较型ADC 比较型ADC可分为反馈比较型及非反馈(直接)比较型两 种.比较型ADC优点是速度快,缺点是很难做到高的位数. 高速的并行比较型ADC是非反馈的,N位2进制A/D转换器 就需要2(N-1)个比较器.制作工艺困难,价格比较高,仅用 于视频等告诉信号处理场合.(简单介绍4个比较器工程3位2 进制ADC的原理) 智能仪器中常用到的中速中精度的逐次逼近型ADC是反馈 型.仅使用一个比较器,采用类似与对分搜索的方法工作.
DBII～DB0:12位数据总线. 10VIN :; 20VIN :单极性0～20 V模拟量输入;双极性0～ ±10 V模拟量输入; AGND :模拟地.
图3-9 ADC574A单极性和双极性输入接法
表3.10 AD574的控制状态表及8位数据输出数据格式
图3-14 ADC0809内部逻辑图与通道选择表
如图3-15,是一 个典型的0809总 线方式接口电路. 需要使用相当多 的额外门电路配 合,同时占用了 MCU的I/O数个接 口,在有时这样 做是得不偿失的. 大多数情况下, 可以使用图3-16 的I/O模拟总线接 口方法.
图3-15 典型总线方式的ADC0809接口
ADC传输特性台阶的宽度(实际的量子值)与理想量子值之间 的误差,也就是两个相邻码间的模拟输入量的差值对于Vr/2n的 偏离值.
图3-5 ADC的积分线性度误差
图3-6 ADC的微分线性度误差
与微分线性度误差直接关 联的一个ADC的常用术语是失 码(Missing Cord)或跳码 (Skipped Cord),也叫做非单 调性. 这个特性决定了ADC的分辨率 高并不一定代表它的先进性度 高或者微分非线性小. 图3-7 ADC的失码现象 ⑥温度对误差的影响 环境温度的改变会造成偏移,增益和线性度误差的变化. 一般来讲,目前的芯片制造技术能够对温度漂移进行较好的控 制.
(1)并口 此类接口为计算机硬件典型接口.需要含有:电源,数据 总线(一般8位),地址总线(宽度依据器件存储器数量而 定),控制总线(读,写,片选,时钟,中断,复位等). 此类芯片能够与典型的系统外部总线直接无缝接口(如同 8255芯片一样).如果嵌入式系统没有扩展外部总线,亦可以 使用I/O口来模拟总线进行接口. 特点是读写控制速度快,控制软件简单;缺点是占用总线, 使用了大量的I/O,芯片尺寸大,线路板布线复杂. (2)串口 考虑到大部分外设都不需要很高的速度,同时也为节省 MCU的I/O,目前多种外设:EEPROM,数字传感器芯片, A/D及D/A芯片,显示模块等都采用串行接口.
图3-11 AD574A启动转换和读数据时序
对芯片的使用要点:必须清晰读懂时序才能编程控制! 对芯片的使用要点:必须清晰读懂时序才能编程控制!
图3-12 AD574A与8031的接口
如图3-12是8051单片机与AD574A的接口电路,其中还使用了 三态锁存器74LS373和74LS00与非门电路,逻辑控制信号由(,和 A0)有8051的数据口P0发出,并由三态锁存器74LS373锁存到输出 端Q0,Q1和Q2上,用于控制AD574A的工作过程.AD转换器的数 据输出也通过P0数据总线连至8051,由于我们只使用了8位数据口, 12位数据分两次读进8051,所以接地.当8051的P3.0查询到STS 端转换结束信号后,先将转换后的12位A/D数据的高8位读进8051, 然后再将低4位读进8051.其实这里也可以直接采用延时25s后立 即采样的方法读取数据.这里不管AD574A是处在启动,转换和输 出结果,使能端CE都必须为1,因此将8051的写控制线和读控制线 通过与非门74LS00与AD574A的使能端CE相连.实际操作的时候, 也可以直接连接到+5V电源. 扩展空间为外部RAM8位寻址.启动一次12位ADC转换时,写 命令地址:XXXXX000H;读出高8位数据地址:XXXXX010H;读 出低8位数据地址为XXXXX011H.因为只扩展了一个器件,不需要 考虑重叠地址问题,此处X可以取任意值,一般取0.
图3-1 逐次逼近式转换器原理
(二) 积分型型ADC 常用双积分,V/F,∑-等类型,以双积分型为例.
图3-2 双积分ADC
双积分式ADC的优点: 对R,C及时钟脉冲Tc的长期稳定性无过高要求 即可获得很高的转换精度. 微分线性度极好,不会有非单调性.因为积分输 出是连续的,因此,计数必然是依次进行的,即从本 质上说,不会发生丢码现象. 积分电路为抑制噪声提供了有利条件.双积分式 ADC是测量输入电压在定时积分时间T1内的平均值, 对干扰有很强的抑制作用,尤其对正负波形对称的干 扰信号抑制效果更好,典型的是抗工频干扰.
二,ADC特性参数 1,量化特性与量化误差
数字量化 最小分辨率=1; 一般最小量化 误差=1/2.
图3-3 量化特性及量化误差
图3-4 理想ADC的传输特性和量化误差
2,常用性能衡量指标 A/D转换器常用以下几项技术指标来评价其质量水平. (1) 分辨率 ADC的分辨率定义为ADC所能分辨的输入模拟量的最小变 化量. (2) 转换时间 A/D转换器完成一次转换所需的时间定义为A/D转换时间. (3) 精度 ①绝对精度 绝对精度定义为:对应于产生一个给定的输出数字码,理 想模拟输入电压与实际模拟输入电压的差值. 绝对精度由增益误差,偏移误差,非线性误差以及噪声等 组成. ②相对精度 相对精度定义为在整个转换范围内,任一数字输出码所对 应的模拟输入实际值与理想值之差与模拟满量程值之比.
第三章 常用A/D,D/A转换器应用介绍
作为智能设备,经常需要处理模拟量的前向通道与后向通 道(即输入与输出),这两个环节需要使用模/数与数/模转换器.
常用A/D转换器 §3-1 常用 转换器
一,分类 从接口类型分类,分为并口,串口方式及非标准接口;从 转换原理分类,又分为比较型与积分型. 1,接口方式简介 常用的嵌入式系统外围芯片,包括A/D及D/A芯片,大体上 使用三类接口规范:并口,串口方式及非标准接口.
编程举例:采用延时取样,读取AD574结果.条件:图3-12, 默认MCU为12MHz时钟.
#include <reg51.h> #include <intrins.h> unsigned int get_ad574() { unsigned char pdata * data p; unsigned int x; unsigned char i; *p=0x00; i=25; While(i>0) //延时25微秒 { _nop_(); i=i-1; } p=0x02; x=(*p)*256; //读高位 p=0x03; x=x+*p; //并入低位 return x>>4; } void main() { unsigned int y; y=get_ad574; while(1) { } } //清除低四位0返回
图3-16 I/O模拟总线方式的ADC0809接口电路 如图3-16,采用延时100微秒读取结果的采样方法,使用10 条I/O模拟总线与0809接口.四分频器将MCU的2MHz的ALE信 号分频为500KHz,采用计数器或者74LS74分频.