模拟量和数字量的转换
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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
模拟量和数字量的转换-经典
(23-7)
例：一个八位倒 T 型电阻网络数 / 模转换器，
当输入数字量为 00000001 时，输出电压值 为-0.02V， 若输入二进制数为 11010101时， 输出电压为多少？
解： ∵ 输入数字量为： 00000001 时，
输出电压值为：uo= -0.02V
（ 11010101）2 = 27+26+24+22+20 = （213）10
(23-13)
逐次逼近型 A/D转换器
其工作原理可用天平秤重作比喻。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克，可以用下表 步骤来秤量：
砝码重 第一次 结 论 暂时结果 8 克 12 克
8 克 砝码总重 < 待测重量Wx ，故保留 砝码总重 > 待测重量Wx ，故撤除
(23-9)
三、精度
指输出模拟电压的实际值与理想值之 差。即最大静态转换误差。 四、线性度
通常用非线性误差的大小表示。 五、电源抑制比 指输出电压的变化与相对应的电源电 压（模拟开关、运放电源）的变化之比。
(23-10)
目前，D/A转换器集成电路芯片种
类很多。按输入二进制数的位数分类有
八位、十位、十二位、十六位等，使用 者可根据任务要求进行选择。
1 0 0
1
1 0 0
0 1
0 1
0 0 0 1 0 1 1
0 0 1 1
0 0 1 1000 1： 1100 2： 1010 3： 1011 4： 1011 5：
(23-16)
0 1
0 1
0 1
1 0
1 0
转换过程 UR= -8V，UI = 5.52V
例：一个八位倒 T 型电阻网络数 / 模转换器，
当输入数字量为 00000001 时，输出电压值 为-0.02V， 若输入二进制数为 11010101时， 输出电压为多少？
解： ∵ 输入数字量为： 00000001 时，
输出电压值为：uo= -0.02V
（ 11010101）2 = 27+26+24+22+20 = （213）10
(23-13)
逐次逼近型 A/D转换器
其工作原理可用天平秤重作比喻。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克，可以用下表 步骤来秤量：
砝码重 第一次 结 论 暂时结果 8 克 12 克
8 克 砝码总重 < 待测重量Wx ，故保留 砝码总重 > 待测重量Wx ，故撤除
(23-9)
三、精度
指输出模拟电压的实际值与理想值之 差。即最大静态转换误差。 四、线性度
通常用非线性误差的大小表示。 五、电源抑制比 指输出电压的变化与相对应的电源电 压（模拟开关、运放电源）的变化之比。
(23-10)
目前，D/A转换器集成电路芯片种
类很多。按输入二进制数的位数分类有
八位、十位、十二位、十六位等，使用 者可根据任务要求进行选择。
1 0 0
1
1 0 0
0 1
0 1
0 0 0 1 0 1 1
0 0 1 1
0 0 1 1000 1： 1100 2： 1010 3： 1011 4： 1011 5：
(23-16)
0 1
0 1
0 1
1 0
1 0
转换过程 UR= -8V，UI = 5.52V
第十章 模拟量和数字量的转换.ppt
顺 序 d3 d2 d1 d0 1 1 000 2 1 100 3 101 0 4 101 1
UA(V) 比较判断 “1”留否
4
UA < Ui 留
6
UA > Ui 去
5
UA < Ui 留
5. 5 UA Ui 留
返回
逐次逼近转换过程
UA / V
5.52
6 5
4 3
2
1
0
清 10 1 1
零
t
返回
三、ADC的主要技术指标
AD574A AD7541A
12位A/D转换器 12位乘法型A/D转换器
AD375
12位高速A/D转换器
ADC71 16位高分辨率A/D转换器
返回
1. 分辨率 以输出二进制数的位数表示分辨率。 位数越多，误差越小，转换精度越高。
2. 相对精度 实际转换值和理想特性之间的最大误差。
3. 转换速度 完成一次转换所需要的时间，即从接到
转换控制信号起，到输出端得到稳定的数 字量输出所需要的时间。
返回
常用A／D转换器
ADC0809 8位逐次比较型A /D转换器
10位COMS D/A转换器 12位乘法型D/A转换器
DAC63 12位超高速D/A转换器
DAC729 18位超高分辨率D/A转换器
返回
第二节 模拟－数字转换器
并联比较型ADC 逐次逼近型ADC ADC的主要技术指标
返回
模拟－数字转换的过程包括取样、保持、 量化、编码四个步骤。
一般取样、保持用一个取样保持电路完 成，量化与编码用ADC完成。
输出数字量d
输入电压Ui
基准UR
逐次逼近 寄存器
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 。
第14章模拟量和数字量的转换
图14-10 逐次逼近型 A/D转换器的结构框图
4. A/D转换器的主要技术指标 （1）分辨率 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。 （2）相对精度 在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。相对精 度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。
（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。
图14-4 二进制权电阻网络 D/A转换器
各支路电流分别为
I0 = VREF V V V , I1 = REF , I2 = REF , I3 = REF 8R 4R 2R R
则电路中电流i的大小取决于电路中开关（数字信号）的状 态，其合成电流为
i = I0d0 + I1d1 + I2d2 + I3d3 = = VREF V V V d0 + REF d1 + REF d2 + REF d3 8R 4R 2R R
二、ADC0808、ADC0809
1.ADC0808、ADC0809的组成及工作原理 如图14-11所示，ADC0808、ADC0 809由两部分组成， 第一部分为八通道多路模拟开关以及相应的地址锁存与译 码电路，可以实现八路模拟信号的分时采集 。 第二部分为一个逐位逼近式 A/D转换器，它由比较器、 控制逻辑、三态输出锁存缓冲器、逐位逼近寄存器、树状 开关和256 R梯型电阻网络组成。
图14-6 DAC0832的结构框图
DAC0832由三大部分组成:一个八位输入寄存器、一个 八位DAC寄存器和一个八位 D/A转换器。
它的工作原理简述如下: 在图14-6中，为寄命令。当= 1时，寄存器的输出随输 入变化;当= 0时，数据锁存在寄存器中，不随输入数据的 变化而变化，其逻辑表达式为
10模拟量和数字量的转换.
2018-10-06
第10章 模拟量和数字量的转换
图10.6 ADC0809符号图
20பைடு நூலகம்8-10-06
第10章 模拟量和数字量的转换
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。 量化误差则是由于 A/D 转换器分辨率有限而引起的 误差，其大小通常规定为±（1/2）LSB。该量反映了A/ D转换器所能辨认的最小输入量，因而量化误差与分辨 率是统一的，提高分辨率可减小量化误差。LSB是指最 低一位数字量变化所带来的幅度变化。
2018-10-06
第10章 模拟量和数字量的转换
图10.4 逐次逼近比较式A/D转换原理框图
2018-10-06
第10章 模拟量和数字量的转换
10.1.3 集成ADC0809简介 ADC0809是一种采用 CMOS 工艺制成的 8 路模拟输 入的8位逐次逼近型ADC，它由单一+5V供电，片内带 有锁存功能的8路模拟开关，可对8路0～5V的输入模拟 电压分时进行转换，完成一次转换约需100s，其原理 框图如图10.5所示。
2018-10-06
第10章 模拟量和数字量的转换
显然，其工作过程可与天平称重物类比，并得到 解释。图中的电压比较器相当于天平，被测模拟电压 输入 ui 相当于重物，基准电压 Vref 相当于电压砝码，且 电压砝码具有按8421编码递进的各种规格。根据ui＜Vr ef或ui＞Vref，比较器有不同的高低电平输出，从而输出 由大到小的基准电压砝码，与被测模拟输入电压ui比较， 并逐次减小其差值，使之逼近平衡。当ui=Vref，比较器 输出为零，相当于天平平衡，最后以数字显示的平衡 值即为被测电压值。
模拟量与数字量的转换
1.T型电阻网络数模转换器
如图12.1所示为4位T型电阻网络数模转换器电路，由T型电阻网络、模拟电子开关、运算放大器和基准电压等部分组成。T型电阻网络可应用戴维南定理和叠加定理逐步化简，从而求得输出电压为：
RU
"o"■"(d电'd212"d尸・d0R)
如果输入的是n位二进制数，且R■3R,贝上f
u■■UR(d*n・■d*nw■…■d■Ri■d■RO)
解数模转换器的输出电压uo为：°
uHIUR(d0■d*2■d*1■d*0)
o243210
式中d■Q，d■Q，d■Q，UBIEV，随着计数脉冲C的变化，输出电压332211R
uo的值如表12.1所示。由表12.1可知输出电压uo的最大值为4.6875V，输出电压uo随计数脉冲C变化的波形如图12.7所示。°
第
12.1
（1）理解数模与模数转换的基本原理。
（2）了解常用数模与模数转换集成芯片的使用方法。
12.2
本章重点：
（1）数模转换器的工作原理。
（2）模数转换器的工作原理。
பைடு நூலகம்本章难点：
（1）逐次逼近型模数转换器的构成。
（2）逐次逼近型模数转换器的工作原理。
本章考点：
（1）T型电阻网络数模转换器的分析。
（2）数模转换器输出电压的计算。
12.2.2
模数转换器是将输入的模拟信号转换成一组多位的二进制数字输出的电路，结构类型很多。常用的逐次逼近型模数转换器的分辨率较高、转换误差较低、转换速度较快，一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数模转换器和电压比较器等几部分组成，如图12.3所示。
图12.3逐次逼近型模数转换器的原理框图
逐次逼近型模数转换器的工作原理类似于用天平称量物体的质量。转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为100…0。这个数码被数模转换器转换成相应的模拟电压u,送到比较器中与u.
如图12.1所示为4位T型电阻网络数模转换器电路，由T型电阻网络、模拟电子开关、运算放大器和基准电压等部分组成。T型电阻网络可应用戴维南定理和叠加定理逐步化简，从而求得输出电压为：
RU
"o"■"(d电'd212"d尸・d0R)
如果输入的是n位二进制数，且R■3R,贝上f
u■■UR(d*n・■d*nw■…■d■Ri■d■RO)
解数模转换器的输出电压uo为：°
uHIUR(d0■d*2■d*1■d*0)
o243210
式中d■Q，d■Q，d■Q，UBIEV，随着计数脉冲C的变化，输出电压332211R
uo的值如表12.1所示。由表12.1可知输出电压uo的最大值为4.6875V，输出电压uo随计数脉冲C变化的波形如图12.7所示。°
第
12.1
（1）理解数模与模数转换的基本原理。
（2）了解常用数模与模数转换集成芯片的使用方法。
12.2
本章重点：
（1）数模转换器的工作原理。
（2）模数转换器的工作原理。
பைடு நூலகம்本章难点：
（1）逐次逼近型模数转换器的构成。
（2）逐次逼近型模数转换器的工作原理。
本章考点：
（1）T型电阻网络数模转换器的分析。
（2）数模转换器输出电压的计算。
12.2.2
模数转换器是将输入的模拟信号转换成一组多位的二进制数字输出的电路，结构类型很多。常用的逐次逼近型模数转换器的分辨率较高、转换误差较低、转换速度较快，一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数模转换器和电压比较器等几部分组成，如图12.3所示。
图12.3逐次逼近型模数转换器的原理框图
逐次逼近型模数转换器的工作原理类似于用天平称量物体的质量。转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为100…0。这个数码被数模转换器转换成相应的模拟电压u,送到比较器中与u.
数字量与模拟量的定义与转换原理是什么
数字量与模拟量的定义与转换原理是什么 模拟量是指变量在⼀定范围连续变化的量;也就是在⼀定范围(定义域)内可以取任意值(在值域内)。
数字量是分⽴量，⽽不是连续变化量，只能取⼏个分⽴值，如⼆进制数字变量只能取两个值。
那么数字量与模拟量的定义与转换原理是什么呢?下⾯跟⼩编⼀起来了解⼀下吧! 数字量与模拟量的定义与转换原理是什么 ⼀、数字量 在时间上和数量上都是离散的物理量称为数字量。
把表⽰数字量的信号叫数字信号。
把⼯作在数字信号下的电⼦电路叫数字电路。
例如： ⽤电⼦电路记录从⾃动⽣产线上输出的零件数⽬时，每送出⼀个零件便给电⼦电路⼀个信号，使之记1，⽽平时没有零件送出时加给电⼦电路的信号是0，所在为记数。
可见，零件数⽬这个信号⽆论在时间上还是在数量上都是不连续的，因此他是⼀个数字信号。
最⼩的数量单位就是1个。
⼆、模拟量 在时间上或数值上都是连续的物理量称为模拟量。
把表⽰模拟量的信号叫模拟信号。
把⼯作在模拟信号下的电⼦电路叫模拟电路。
例如： 热电偶在⼯作时输出的电压信号就属于模拟信号，因为在任何情况下被测温度都不可能发⽣突跳，所以测得的电压信号⽆论在时间上还是在数量上都是连续的。
⽽且，这个电压信号在连续变化过程中的任何⼀个取值都是具体的物理意义，即表⽰⼀个相应的温度。
三、数字量与模拟量的转换原理 1、数模转换器是将数字信号转换为模拟信号的系统，⼀般⽤低通滤波即可以实现。
数字信号先进⾏解码，即把数字码转换成与之对应的电平，形成阶梯状信号，然后进⾏低通滤波。
根据信号与系统的理论，数字阶梯状信号可以看作理想冲激采样信号和矩形脉冲信号的卷积，那么由卷积定理，数字信号的频谱就是冲激采样信号的频谱与矩形脉冲频谱(即Sa函数)的乘积。
这样，⽤Sa函数的倒数作为频谱特性补偿，由数字信号便可恢复为采样信号。
由采样定理，采样信号的频谱经理想低通滤波便得到原来模拟信号的频谱。
⼀般实现时，不是直接依据这些原理，因为尖锐的采样信号很难获得，因此，这两次滤波(Sa函数和理想低通)可以合并(级联)，并且由于这各系统的滤波特性是物理不可实现的，所以在真实的系统中只能近似完成。
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
第12章模拟量和数字量的转换
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线性度是指转换器的非线性误差，产生非线性误差的 原因一般是由各模拟通路的偏差和压降不同造成的。
3.输入数字电平和输出电平
输入数字电平是指输入的数字信号分别为0和 1时所对应的输入高、低电平的值，不同的转换器 该值略有区别。输出电平是指输出电压的最大值， 不同型号的转换器该值的相差较大，其中高压输 出型的可达30V，电流输出型的可达3A。
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，而后根据电流
分流公式得出各支路的电流：
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由此可得出电阻网络的输出电流
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如果输入的是n位二进制数，则
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当取RF＝R时，则上式为
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与T形电阻网络的输出电压相同。
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12.1.2数—模转换器的主要技术指标
1.分辨率 分辨率是指转换器的最小输出电压与最大输出电压之比。
当输入的数字量为1时（仅最低位为1，其余各位 全部为0），输出最小，当输入的数字量各位全部为1 时，输出最大，此二者之比即为分辨率，例如10位 DAC转换器的分辨率为：
1/（210-1）≈0.001 有时也用输入信号的有效位数来表示分辨率，有 效位数越多分辨率就越高。显然分辨率越高，转换的 精度就越高。但分辨率越高其转换电路就越复杂。
4.工作温度范围 温度的高低将直接影响到转换器的精度指标，
好的产品工作温度可在-40 ℃ ~150℃之间。
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12.1.3 数—模转换器的主要产品介绍
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如果输入的是n位二进制数，则
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当取RF＝3R时，则上式为
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线性度是指转换器的非线性误差，产生非线性误差的 原因一般是由各模拟通路的偏差和压降不同造成的。
3.输入数字电平和输出电平
输入数字电平是指输入的数字信号分别为0和 1时所对应的输入高、低电平的值，不同的转换器 该值略有区别。输出电平是指输出电压的最大值， 不同型号的转换器该值的相差较大，其中高压输 出型的可达30V，电流输出型的可达3A。
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，而后根据电流
分流公式得出各支路的电流：
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由此可得出电阻网络的输出电流
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如果输入的是n位二进制数，则
No Image
当取RF＝R时，则上式为
No Image
与T形电阻网络的输出电压相同。
No Image
12.1.2数—模转换器的主要技术指标
1.分辨率 分辨率是指转换器的最小输出电压与最大输出电压之比。
当输入的数字量为1时（仅最低位为1，其余各位 全部为0），输出最小，当输入的数字量各位全部为1 时，输出最大，此二者之比即为分辨率，例如10位 DAC转换器的分辨率为：
1/（210-1）≈0.001 有时也用输入信号的有效位数来表示分辨率，有 效位数越多分辨率就越高。显然分辨率越高，转换的 精度就越高。但分辨率越高其转换电路就越复杂。
4.工作温度范围 温度的高低将直接影响到转换器的精度指标，
好的产品工作温度可在-40 ℃ ~150℃之间。
No Image
12.1.3 数—模转换器的主要产品介绍
Image
如果输入的是n位二进制数，则
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No Image
当取RF＝3R时，则上式为
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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。
模拟量和数字量的转换知识考点笔记
模拟量和数字量的转换知识考点笔记一、基本概念。
1. 模拟量。
- 定义：在时间和数值上都是连续变化的物理量。
例如温度、压力、声音等。
这些物理量可以取任意的实数值，并且在一定范围内是连续可变的。
- 表示：通常用传感器来获取模拟量信号，如热电偶测量温度时输出的电压信号就是模拟量，它的电压值会随着温度的连续变化而连续变化。
2. 数字量。
- 定义：在时间和数值上都是离散的物理量。
它只能取有限个离散的值，通常用二进制数表示。
例如计算机中的数据，只有0和1两种状态的组合。
- 表示：在数字电路中，数字量以高电平（通常表示为1）和低电平（通常表示为0）的形式存在。
二、模拟量转换为数字量（A/D转换）1. A/D转换原理。
- 采样：- 定义：按照一定的时间间隔对模拟量进行取值的过程。
- 采样定理（奈奎斯特定理）：为了能够从采样后的离散信号中无失真地恢复出原始的模拟信号，采样频率必须大于等于模拟信号最高频率的两倍。
例如，如果模拟信号的最高频率是1kHz，那么采样频率至少要2kHz。
- 量化：- 定义：将采样得到的模拟量的幅值按照一定的量化单位转换为离散的数字量的过程。
- 量化误差：由于量化过程中是将连续的模拟量近似为离散的数字量，必然会产生误差。
例如，将0 - 5V的模拟电压范围按照0.1V的量化单位进行量化，当模拟电压为0.05V时，会被量化为0V，这里就产生了0.05V的量化误差。
- 编码：- 定义：将量化后的数字量用二进制代码表示的过程。
常用的编码方式有自然二进制编码、格雷码等。
例如，将量化后的数字量10转换为二进制编码就是1010（自然二进制编码）。
2. A/D转换器的主要性能指标。
- 分辨率：- 定义：A/D转换器能够分辨的最小模拟量变化。
通常用数字量的位数来表示，例如8位A/D转换器，它可以分辨的最小模拟量变化为满量程值除以2^8。
如果满量程值为5V，那么分辨率为5V/256≈0.0195V。
- 转换精度：- 定义：指A/D转换器实际输出的数字量与理想输出数字量之间的误差。
《数字电子技术(第二版)》 第9章 模拟量与数字量的转换
9.1.1 D/A转换器的基本原理
基 本 原 理
将输入的每一位二进制代码按其权的大小转 换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟 量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比， 这样便实现了从数字量到模拟量的转换。
d0 输入 d1
…
dn －1
D/A
uo 或 io 输出
转 换 特 性
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，应是输出模拟量 与输入数字量成正比。即：输出模拟电压 uo=Ku×D或输出模 拟电流io=Ki×D。其中Ku或Ki为电压或电流转换比例系数，D 为输入二进制数所代表的十进制数。如果输入为 n 位二进制 数dn-1dn-2…d1d0，则输出模拟电压为：
9.1.2 T型电阻网络数模转换器
数码di=1（i=0、1、2、3），即为高电平时，则由其控制的 模拟电子开关Si自动接通左边触点，即接到基准电压UR上； 而当di=0，即为低电平时，则由其控制的模拟电子开关Si自 动接通右边触点，即接到地。
d3d2d1d0=0001时的电路：
用戴维南定理从 左至右逐级对各 虚线处进行等效。
由图可得输出电Байду номын сангаас为：
由于d0=1、 d3=d2=d1=0，所以上式又可写为：
同理，当d3d2d1d0=0010时的输出电压为： 当d3d2d1d0=0100时的输出电压为： 当d3d2d1d0=1000时的输出电压为：
应用叠加原理将上面4个电压分量叠加，即得T形电阻网络数 模转换器的输出电压为：
4位逐次逼近型A/D转换器
工作原理 为了分析方便，设D/A转换器的参考电压为UR=8V，输入的模拟 电压为ui=4.52V。 转换开始前，先将逐次逼近寄存器的4个触发器FA～FD清0，并 把环形计数器的状态置为Q1Q2Q3Q4Q5=00001。 第1个时钟脉冲C的上升沿到来时，环形计数器右移一位，其 状态变为10000。由于Q1=1，Q2、Q3、Q4、Q5均为0，于是触 发器FA被置1，FB、FC和FD被置0。所以，这时加到D/A转换器 输入端的代码为d3d2d1d0=1000 ，D/A转换器的输出电压为：
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24.2 模–数转换器
模–数(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。根据其 性能不同，类型也比较多。
下面介绍逐次逼近式A/D转换电路的原理和一 种常用的集成电路组件。最后举例说明其应用。
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24.2.1 逐次逼近式A/D转换器
其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克，可以用下表步骤来秤 量：
顺序
1 2 3 4
砝码重
8g 8g+4 g 8g+4g+2g 8g+4g+1g
比 较 判 断 暂时结果
8g < 13g ， 保留 8 g 12g < 13g ， 保留 12 g 14g > 13g， 撤去 12 g 13g ＝13g， 保留 13g
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2. 转换原理
T型网络开路时的输出电压UA，即等效电源电压UE 。
UA
UE
UR 21
d3
UR 22
d2
UR 23
d1
UR 24
d0
UR 24
(d3
23
d2
22
d1
21
d0
20 )
等效电阻为 R
A
等效电路如右图
R
UE
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2. 转换原理
UDD
GND
UR(-)
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ADC 0809管脚分布图
IN3
1
IN4
2
IN5
3
IN6
4
IN7
5
START 6
EOC 7
D3
8
EOUT 9
CLOCK 10
UDD
11
UR (+) 12
GND 13
D1
14
28
IN2
27
IN1
26
IN0
25
A
24 B
23 C 22 ALE
21
度。把偏离理想的输入－输出特性的偏差与满刻度 输出之比的百分数定义为非线性误差。
3.输出电压( 电流 )的建立时间
从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值所需时间
通常D/A转换器的建立时间不大于1S
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24.1.3 DAC0832 D/A转换器。
DAC0832是八位的D/A转换器,即在对其输入 八位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获 得相应的模拟电压值。
模拟地端
D0 ~ D7
数字量输入
参考电压 输入端
CS
1
WR1
2
AGND
3
D3
4
D2
5
D1
6
D0
7
UREF
8
RF
9
DGND
10
20
UCC
19
ILE
18
WR2
17
XFER
16
D4
15
D5
14
D6
13
D7
12
Iout1
11
Iout2
DAC 0832 管脚分布图
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反馈电阻 外接端
对应二进制数为0001
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2. 转换原理
对应二进制数为0001时，等效电路如右下图
0 R 1 R 2 R 3A
A
2R
2R 2R 2R 2R
UR
R
UR 24
d0
0
R
1
2 R
R
3A
R
2R 2R 2R
开路电压
UA
UR 24
d0
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2. 转换原理
对应二进制数为0001时， 等效电路如下
A
R
UR 24
d0
开路电压
UA
UR 24
d0
同理：对应二进制数 为0100时，有
开路电压
UA
UR 22
d2
同理：对应二进制数 为0010时，有
A
R
开路电压
UR 23
d1
UA
UR 23
d1
同理：对应二进制数 为1000时，有
开路电压
UA
UR 21
d3
+UR IR D R C R B R A 2R
R3
R2
R1 R0
2R 2R 2R 2R
RF
S3
S2
S1
S0
0 I3
0 I2
1
1 I1
I0 I01
-
A+
+
uo
d3
d2
d1
d0
I01 I3 I2 I1 I0
UR 2R
d3
UR 4R
d2
UR 8R
d1
UR 16R
d0
UR 16R
(8d3
4d2
2d1
D7
20
D6
19
D5
18
D4
17
D0
16
UR(-)
15
D2
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1. 分辨率 以输出二进制数的位数表示分辨率。 位数越多，误差越小，转换精度越高。
2. 转换速度 完成一次A/D转换所需要的时间，即从它 接到转换控制信号起，到输出端得到稳定 的数字量输出所需要的时间。
3. 相对精度 实际转换值和理想特性之间的最大偏差。
4.其它 功率、电源电压、电压范围等。
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2. 转换过程
例：UR= 8V，UI = 5.52V
顺 序 d3 d2 d1 d0 UA(V) 比 较 判 断 “1”留否
1
1000
4V
UA < UI
留
2
1100
6V
UA > UI
去
3
1010
5V
UA < UI
留
4
1011
5. 5V UA UI
留
D/A转换器输出UA为正值
UA
8 24
(d3 23
模拟量和数字量的转换
24.1 数—模转换器 24.2 模―数转换器
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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
数
拟 ADC 字
数字计算机
模拟控制
信
信
号 DAC 号
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)；
2) 芯片管脚
CS
1
WR1
2
AGND
3
D3
4
D2
5
D1
6
D0
7
UREF
8
RF
9
DGND
10
20
UCC
19
ILE
18
WR2
17
XFБайду номын сангаасR
16
D4
15
D5
14
D6
13
D7
12
Iout1
11
Iout2
DAC 0832 管脚分布图 总目录 章目录 返回 上一页 下一页
片选信号， 低电平有效
写入控制， 低电平有效
Q0
四位逐次逼近型模-数转换器的原理电路
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1. 转换原理 (待转换的模拟电压) UI 试探电压 UA
D/A转换器
＋
＋
u0
－
砝码是 否保存
放哪一 个砝码
清0、置数
控
数码寄存器 “1”状态是否保
留 控制端
制
清0、置数
逻
顺序脉冲发生器 CP(移位命令) 辑
时钟
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d0
d1
d2
d3
T型网络开路时的输出电压UA即是反相比例运算电 路的输入电压。
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2. 转换原理
用戴维宁定理和叠加定理计算UA R R RA
2R
2R 2R 2R 2R
S0
S1
S2
S3
1 0 1 01 0 1 0
+UR
最低位 d0
d1
d2
d3 最高位
(LSB) 1
0
0 0 (MSB)
WR1
2
AGND
3
D3
4
D2
5
D1
6
D0
7
UREF
8
RF
9
DGND
10
20
UCC
19
ILE
18
WR2
17
XFER
16
D4
15
D5
14
D6
13
D7
12
Iout1
11
Iout2
DAC 0832 管脚分布图
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
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1) 内部简化电路框图
D...... 7