计算机原理第十章模数和数模转换
合集下载
数模转换与模数转换
数模转换与模数转换数模转换（Digital-to-Analog Conversion，简称DAC）和模数转换（Analog-to-Digital Conversion，简称ADC）是数字信号处理中常用的两种信号转换方法。
数模转换将数字信号转换为模拟信号，而模数转换则将模拟信号转换为数字信号。
本文将就数模转换和模数转换的原理、应用以及未来发展进行探讨。
一、数模转换（DAC）数模转换是将数字信号转换为模拟信号的过程。
在数字系统中，所有信号都以离散的形式存在，如二进制码。
为了能够将数字信号用于模拟系统中，需要将其转换为模拟信号，从而使得数字系统与模拟系统能够进行有效的接口连接。
数模转换的原理是根据数字信号的离散性质，在模拟信号上建立相似的离散形式。
常用的数模转换方法有脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation，简称PAM），脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）和脉冲位置调制（Pulse Position Modulation，简称PPM）等。
这些方法根据传输信号的不同特点，在转换过程中产生连续的模拟信号。
数模转换在很多领域有广泛应用。
例如，在音频领域，将数字音频信号转换为模拟音频信号，使得数字音频可以通过扬声器播放出来。
另外，在电信领域，将数字信号转换为模拟信号后，可以用于传输、调制解调、功率放大等过程。
二、模数转换（ADC）模数转换是将模拟信号转换为数字信号的过程。
模拟信号具有连续的特点，而数字系统只能处理离散的信号。
因此，当需要将模拟信号用于数字系统时，就需要将其转换为数字形式。
模数转换的原理是通过采样和量化来实现。
采样是将模拟信号在时间上进行离散化，而量化是将采样信号在幅度上进行离散化。
通过这两个过程，可以将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
模数转换在很多领域都有应用。
例如，在音频领域，将模拟音频信号转换为数字音频信号，使得音频信号可以被数字设备处理和存储。
数模模数转换ppt课件
AD7520的主要性能参数如下：
分辨率：10位 线性误差：±(1/2)LSB〔LSB表示输入数字量最低位〕，假设 用输出电压满刻度范围FSR的百分数表示那么为0.05%FSR。 转换速度：500ns 温度系数：0.001%/℃
D0～D9：数据输入端 IOUT1：电流输出端1 IOUT2：电流输出端2 Rf：10KΩ反响电阻引出端Vcc：电源输入端 UREF：基准电压输入端 GND：地。
10.1.2 倒T形电阻网络DAC
2. 任务原理
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经过控 制电子开关Si来决议。故流入运算放大器的总电流为：
III I I D 3D 2D 1 D 0
2 4 8 16
10.1.2 倒T形电阻网络DAC
10.1.3 DAC的主要技术参数
1.分辨率 分辨率是指输出电压的最小变化量与满量程输出电压之比。
输出电压的最小变化量就是对应于输入数字量最低位为1，其他 各位均为0时的输出电压。满量程输出电压就是对应于输入数字 量全部为1时的输出电压。
对于n位D/A转换器，分辨率可表示为：
1 分辨率 ＝ 2 n 1 2. 转换速度
任务过程：
③ 比较阶段：在t=t1时辰，S1接通B点，-UREF加到积分器的 输入端，积分器开场反向积分，uO开场从Up点以固定的斜率 上升，假设以t1算作0时辰，此时有
u O U P R 10 tC ( U RE )d F t 2 R n T C U C I U R RE tC F
当t＝t2时，uO正好过零， uC翻转为0，G1封锁， 计数器停顿计数。在T2 期间计数器所累计的CP 脉冲的个数为N，且有 T2＝NTC。
数模和模数转换
通过模数转换，将模拟信号转换为数字信号， 实现过程控制和反馈控制。
自动控制系统
通过模数转换，实现模拟信号与数字信号之 间的转换，构建自动控制系统。
05
数模和模数转换的挑战与未 来发展
精度和分辨率的提高
总结词
随着技术的发展，对数模和模数转换 的精度和分辨率的要求越来越高。
详细描述
为了满足高精度和分辨率的需求，需 要采用先进的工艺、算法和校准技术， 以提高转换器的性能。这涉及到对噪 声抑制、非线性校正等方面的深入研 究和技术创新。
重要性
实现数字信号和模拟信号之间的相互转换，使得数字系统和模拟系统能够进行有效 的信息交互。
在信号处理中，数模和模数转换是实现信号滤波、放大、调制解调等操作的基础。
在通信中，数模和模数转换是实现信号传输、编解码、调制解调等操作的关键环节。
历史背景
早期的数模和模数转换器主要依 赖于机械和电子元件，精度和稳
于长距离传输和低功耗应用。
Σ-Δ DAC
03
Σ-Δ DAC采用过采样和噪声整形技术，具有高分辨率和低噪声
的特点，适用于音频和其他高精度应用。
DAC的应用
音频处理
DAC可将数字音频信号转换为模拟音频信号，用 于音频播放和处理。
仪器仪表
DAC可用于将数字信号转换为模拟信号，实现各 种物理量的测量和输出。
测量仪器
ADC在测量仪器中应用广泛，如电压表、电 流表、温度计等。
控制系统
ADC在控制系统中用于实时监测和调节系统 参数，如工业控制、汽车电子等。
音频处理
ADC在音频处理中用于将模拟音频信号转换 为数字信号，便于存储、传输和处理。
04
数模和模数转换的应用场景
音频处理
自动控制系统
通过模数转换，实现模拟信号与数字信号之 间的转换，构建自动控制系统。
05
数模和模数转换的挑战与未 来发展
精度和分辨率的提高
总结词
随着技术的发展，对数模和模数转换 的精度和分辨率的要求越来越高。
详细描述
为了满足高精度和分辨率的需求，需 要采用先进的工艺、算法和校准技术， 以提高转换器的性能。这涉及到对噪 声抑制、非线性校正等方面的深入研 究和技术创新。
重要性
实现数字信号和模拟信号之间的相互转换，使得数字系统和模拟系统能够进行有效 的信息交互。
在信号处理中，数模和模数转换是实现信号滤波、放大、调制解调等操作的基础。
在通信中，数模和模数转换是实现信号传输、编解码、调制解调等操作的关键环节。
历史背景
早期的数模和模数转换器主要依 赖于机械和电子元件，精度和稳
于长距离传输和低功耗应用。
Σ-Δ DAC
03
Σ-Δ DAC采用过采样和噪声整形技术，具有高分辨率和低噪声
的特点，适用于音频和其他高精度应用。
DAC的应用
音频处理
DAC可将数字音频信号转换为模拟音频信号，用 于音频播放和处理。
仪器仪表
DAC可用于将数字信号转换为模拟信号，实现各 种物理量的测量和输出。
测量仪器
ADC在测量仪器中应用广泛，如电压表、电 流表、温度计等。
控制系统
ADC在控制系统中用于实时监测和调节系统 参数，如工业控制、汽车电子等。
音频处理
ADC在音频处理中用于将模拟音频信号转换 为数字信号，便于存储、传输和处理。
04
数模和模数转换的应用场景
音频处理
计算机原理第十章模数和数模转换.ppt
A/D接口电路设计
各管脚功能
✓IN0～IN7 输入，8路模拟输入; ✓DB0～DB7 三态输出，A/D转换数据输出线; ✓ADDA，ADDB，ADDC 输入，模拟通道选择线; ✓ALE 输入，地址锁存允许，上升沿将ADDA、ADDB、ADDC三位地址信号 锁 存，译码选通对应模拟通道; ✓REF(+)/REF(-) 输入，基准电压输入端，且要求1/2[VREF(+)+VREF(-)]=1/2Vc ✓START 输入，转换开始。在模拟通道选通地址锁存之后，向START端加一 正脉冲启动转换过程，脉冲上升使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开 始。 ✓EOC 输出，转结束信号。在转换进行过程中EOC为低电平；当转换结束， 数据已锁存在输出锁存器之后，EOC变为高电平。EOC作为被查询的状态信 号，也可用来申请中断; ✓OE(Output Enable)输入，输出允许。此端加一高电平时，可打开ADC0809 的输出三态缓冲器，使数据放到数据总线上，以供CPU读入; ✓CLK 输入，时钟; ✓Vcc输入，电源，+5V; ✓GND 地。
（3）保持电压的衰减率：在保持状态下，由于保持电容器
的漏电和其他杂散漏电流引起的保持电压衰减。
ADS5547片内集成SHA
ADS5547片内集成SHA
MAX108的片内SHA
MAX108 : 1.5Gsps 8bitADC with 2.2GHz SHA
数据采集系统的组成
对于高速多通道数据采集系统，以及需要 各通道同时采集数据的系统，通常是让每个 通道各自具有采样保持器与A/D变换器。
✓ VCC ：电源电压，+5～+15V; ✓ AGND、DGND：分别为模拟地和数字地。
数模和模数转换
分辨率= 0.1 1 450 4500
1
1
12位ADC的分辨率= 212 4096
故需选用13位A/D转换器。
转换时间= 1 62.5ms 16
3、 转换时间
指 ADC 完成一次转换所需要得时间,即从转换开 始到输出端出现稳定得数字信号所需要得时间。
转换时间越小,转换速度越高。
转换速度比较：并联比较型 > 逐次逼近型 > 双积分型
利用DAC可实现任意波形(如锯齿波、三角波、 正弦波等)得输出,如输出锯齿波、三角波得程序 段如下:
TRG: MOV DX,234H MOV AL,0H
TN1: OUT DX,AL INC AL JNZ TN1 MOV AL,0FFH
TN2: OUT DX,AL DEC AL JNZ TN2
JMP TN1
0
AL全“1”输 出 产生
13、2 模数转换
• A/D转换得原理很多,常见得有双积分式、 逐次逼近式、计数式等。
• 输出码制有二进制、BCD码等。 • 输出数据宽度有8位、12位、16位、20位、
24位等(二进制)。
A /D 转换得基本原理和一般步骤
基本原理
模拟输 入信号
uI
ADC
…
Dn-1 Dn-2
11、1、3 DAC0832得接口设计---单缓冲方式
设D/A转换端口号为PORTA,设需转换得数据放在 1000H单元,则D/A转换程序为:
MOV BX,1000H MOV AL,[BX] MOV DX, PORTA OUT DX,AL
DAC0832得应用举例:
注:在DAC实际连接中,要注意区分“模拟地” 和“数字地”得连接,为了避免信号串扰, 数字量部分只能连接到数字地,而模所量 部分只能连接到模拟地。
什么是数模转换和模数转换
什么是数模转换和模数转换1. 引言在现代科技和通信领域中，数模转换（Digital-to-Analog Conversion）和模数转换（Analog-to-Digital Conversion）是非常重要的概念。
它们在各种应用中起着至关重要的作用，如音频处理、图像处理、数据转换等。
本文将介绍数模转换和模数转换的定义、原理和应用。
2. 数模转换数模转换是将数字信号转换为模拟信号的过程。
数字信号是以离散的二进制形式表示的信号，而模拟信号是连续变化的信号。
通过数模转换，我们可以将数字信号转换为模拟信号，以便于在模拟领域进行进一步的处理和分析。
数模转换的原理是通过采样和保持、量化和编码三个步骤实现的。
首先，采样和保持将连续的模拟信号转换为离散的采样信号。
然后，量化将采样信号的幅度离散化为一系列的取值。
最后，编码将离散化后的采样信号转换为二进制代码，以便进行数字信号处理。
数模转换广泛应用于音频和视频领域。
例如，在音频播放器中，数模转换器将数字音频信号转换为模拟信号，使得我们可以聆听到高质量的音乐。
同时，在数字电视中，数模转换器将数字视频信号转换为模拟视频信号，使得我们可以观看高清晰度的电视节目。
3. 模数转换模数转换是将模拟信号转换为数字信号的过程。
模拟信号是连续变化的信号，而数字信号是以离散的二进制形式表示的信号。
通过模数转换，我们可以将模拟信号转换为数字信号，以便于在数字领域进行处理和存储。
模数转换的原理是通过采样和量化两个步骤实现的。
首先，采样将连续的模拟信号转换为离散的采样信号。
然后，量化将采样信号的幅度离散化为一系列的取值。
最终，将离散化后的采样信号转换为二进制代码，以表示数字信号。
模数转换在通信领域和数据存储领域得到广泛应用。
例如，在手机通信中，模数转换器将人的声音转换为数字信号，以便于在网络中传输。
同样地，在数字存储设备中，模数转换器将模拟数据（如声音、图像等）转换为数字数据，以便于存储和处理。
数-模与模-数转换
4）转换时间。完成一次A/D所需的时间称为转换时间。各类A/D转换 器的转换时间有很大差别，取决于A/D转换的类型和转换位数。速度 最快的达到ns级，慢的约几百ms。
直接A/D型快，间接A/D型慢。并联比较型A/D最快，约几十ns；逐次 渐近式A/D其次，约几十μs；双积分型A/D最慢，约几十ms～几百ms 。
模拟电子开关的导通压降、导通电阻和电阻网络中电阻的误差等因素 有关。
2021/8/13
5
3）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，称压变化的值。
4）建立时间。完成一次D/A转换所需时间。一般小于1μs 。
功能。当采样脉冲us到来后，采样管VT导通，输入的模拟 信号uA经过VT管向电容C充电。在采样脉冲结束后，采样 管VT截止，若电容和场效应管的漏电都很小，运算放大器
的输入阻抗又很高，那么两次采样之间的时间内，电容没
有泄漏电荷，其电压基本保持不变。
2021/8/13
10
3）量化与编码。所谓量化就是将采样/保持后得到的样本值在幅值上以一定的 级数离散化，用最小量化单位的倍数来表示采样保持阶梯波离散电平的过程。
例如，对于一个8位D/A转换器，其分辨率为：1/(281)=1/255≈0.00392=0.392%
2）转换精度。转换精度是指输出模拟电压实际值与理论值之差，即最 大静态误差。
转换精度与D/A转换器的分辨率、非线性转换误差、比例系数误差和温
度系数等参数有关。这些参数与基准电压UREF的稳定、运放的零漂、
电子技术基础与技能
数/模与模/数转换
2021/8/13
1. 数模转换和模数转换基本概念 数字电路和计算机只能处理数字信号，不能处理模拟信号。若
数模和模数转换
详细ห้องสมุดไป่ตู้述
按位数分类，数模转换器可分为二进制数模转换器和十进制 数模转换器。按工作方式分类，数模转换器可分为静态数模 转换器和动态数模转换器。按输入/输出接口分类，数模转换 器可分为独立式和并联式数模转换器等。
02
模数转换器（ADC）
定义
模数转换器（ADC）是一种将模拟信 号转换为数字信号的电子设备。它通 过一系列的电子和逻辑电路，将连续 的模拟信号转换为离散的数字信号。
04
数模和模数转换的挑战与解 决方案
量化误差
要点一
总结词
量化误差是由于数模转换器（DAC） 或模数转换器（ADC）的有限分辨率 和动态范围引起的误差。
要点二
详细描述
量化误差是由于数模转换器或模数转 换器的有限分辨率和动态范围引起的 误差。在数模转换中，量化误差表现 为输出模拟信号的不连续性，而在模 数转换中，量化误差表现为输入模拟 信号的失真。
像。
图像识别与处理
02
通过数模转换将图像从模拟信号转换为数字信号，进行图像识
别、分析和处理。
图像压缩与传输
03
利用数模转换技术对图像数据进行压缩和传输，提高传输效率
和降低存储成本。
通信系统
01
02
03
数字信号传输
数模转换将数字信号转换 为模拟信号，用于调制解 调器进行数据传输。
频分复用
通过模数转换将不同频率 的模拟信号转换为数字信 号，实现频分复用，提高 通信容量。
逐次逼近型ADC
逐次逼近型ADC采用一个比较器和逐位逼近的方法，通过 逐步调整参考电压来逼近输入电压，最终得到数字输出。 它的分辨率较高，但转换速率相对较慢。
积分型ADC
积分型ADC通过测量输入电压引起的电容充电时间来得到 数字输出。它的分辨率较高，但受限于积分器的线性度和 稳定性。
按位数分类，数模转换器可分为二进制数模转换器和十进制 数模转换器。按工作方式分类，数模转换器可分为静态数模 转换器和动态数模转换器。按输入/输出接口分类，数模转换 器可分为独立式和并联式数模转换器等。
02
模数转换器（ADC）
定义
模数转换器（ADC）是一种将模拟信 号转换为数字信号的电子设备。它通 过一系列的电子和逻辑电路，将连续 的模拟信号转换为离散的数字信号。
04
数模和模数转换的挑战与解 决方案
量化误差
要点一
总结词
量化误差是由于数模转换器（DAC） 或模数转换器（ADC）的有限分辨率 和动态范围引起的误差。
要点二
详细描述
量化误差是由于数模转换器或模数转 换器的有限分辨率和动态范围引起的 误差。在数模转换中，量化误差表现 为输出模拟信号的不连续性，而在模 数转换中，量化误差表现为输入模拟 信号的失真。
像。
图像识别与处理
02
通过数模转换将图像从模拟信号转换为数字信号，进行图像识
别、分析和处理。
图像压缩与传输
03
利用数模转换技术对图像数据进行压缩和传输，提高传输效率
和降低存储成本。
通信系统
01
02
03
数字信号传输
数模转换将数字信号转换 为模拟信号，用于调制解 调器进行数据传输。
频分复用
通过模数转换将不同频率 的模拟信号转换为数字信 号，实现频分复用，提高 通信容量。
逐次逼近型ADC
逐次逼近型ADC采用一个比较器和逐位逼近的方法，通过 逐步调整参考电压来逼近输入电压，最终得到数字输出。 它的分辨率较高，但转换速率相对较慢。
积分型ADC
积分型ADC通过测量输入电压引起的电容充电时间来得到 数字输出。它的分辨率较高，但受限于积分器的线性度和 稳定性。
《模数数模转换》课件
详细描述
随着便携式设备和物联网设备的普及，低功耗的模数数模转换器成为研究的重点 。同时，低成本也是推动模数数模转换器广泛应用的关键因素之一。
集成化和智能化
总结词
集成化和智能化是模数数模转换器的未 来发展趋势，将为其带来更多的应用场 景。
VS
详细描述
集成化能够减小模数数模转换器的体积和 重量，便于集成到各种设备中。智能化则 能够提高模数数模转换器的自适应能力和 智能化水平，使其更好地适应各种复杂的 应用场景。
减小量化误差的方法包括增加量化级别和使用更 小的步长。
量化误差可以通过采用适当的量化方法和技术来 减小，例如使用非均匀量化或噪声成形技术。
分辨率和精度
01
分辨率是指数模转换器能够分辨的最小电压变化量，通常以位 数表示。
02
精度是指数模转换器的实际输出电压与理想输出电压之间的最
大偏差。
提高分辨率和精度的方法包括使用高精度的元件和电路设计，
流水线型ADC
将模拟信号转换为数字信号的过程中 ，采用多级流水线的方式进行，具有 高分辨率和高速的特性。
插值型ADC
通过插值算法提高转换精度，适用于 高精度的应用场景。
ADC的工作原理
采样
编码
将模拟信号转换为时间离散的信号。
将幅度离散的信号转换为数字信号。
量化
将时间离散的信号转换为幅度离散的 信号。
电流输出型
输出电流与数字输入量呈线性关系，适用于需要电流输出的场合。
电阻输出型
输出电阻与数字输入量呈线性关系，适用于需要电阻输出
权电阻型
通过改变权电阻的阻值来 模拟数字输入量的大小。
权电流型
通过改变权电流源的电流 值来模拟数字输入量的大 小。
随着便携式设备和物联网设备的普及，低功耗的模数数模转换器成为研究的重点 。同时，低成本也是推动模数数模转换器广泛应用的关键因素之一。
集成化和智能化
总结词
集成化和智能化是模数数模转换器的未 来发展趋势，将为其带来更多的应用场 景。
VS
详细描述
集成化能够减小模数数模转换器的体积和 重量，便于集成到各种设备中。智能化则 能够提高模数数模转换器的自适应能力和 智能化水平，使其更好地适应各种复杂的 应用场景。
减小量化误差的方法包括增加量化级别和使用更 小的步长。
量化误差可以通过采用适当的量化方法和技术来 减小，例如使用非均匀量化或噪声成形技术。
分辨率和精度
01
分辨率是指数模转换器能够分辨的最小电压变化量，通常以位 数表示。
02
精度是指数模转换器的实际输出电压与理想输出电压之间的最
大偏差。
提高分辨率和精度的方法包括使用高精度的元件和电路设计，
流水线型ADC
将模拟信号转换为数字信号的过程中 ，采用多级流水线的方式进行，具有 高分辨率和高速的特性。
插值型ADC
通过插值算法提高转换精度，适用于 高精度的应用场景。
ADC的工作原理
采样
编码
将模拟信号转换为时间离散的信号。
将幅度离散的信号转换为数字信号。
量化
将时间离散的信号转换为幅度离散的 信号。
电流输出型
输出电流与数字输入量呈线性关系，适用于需要电流输出的场合。
电阻输出型
输出电阻与数字输入量呈线性关系，适用于需要电阻输出
权电阻型
通过改变权电阻的阻值来 模拟数字输入量的大小。
权电流型
通过改变权电流源的电流 值来模拟数字输入量的大 小。
计算机原理第十章模数和数模转换
2020/9/23
数据采集系统的组成
3 信号调理器（SIGNAL CONDITIONING ）
作用： （1） 完成信号的电平、极性等转换，以便与A/D变换器所需的电 平极性匹配，充分利用A/D精度。从传感器得到的输出信号小至毫 伏级、微伏级，必须放大到足够的电平，才能精确测量。有的信号 是双极性，需要进行极性转换变成单极性。信号调理器还应起阻抗 变换作用，隔离后面的负载对传感器的影响。
第十章 模/数和数/模转换
10.1 数据采集基本概念 10.2 A/D接口电路设计 10.3 D/A接口电路设计
2020/9/23
10.1 数据采集基本概念
通常从传感器或其它方式得到的模拟信号，经 过必要的处理后转换成数字信号，以供存储、传 输、处理和显示之用。我们把从模拟域到数字域 之间的接口，称为数据采集系统。
称采样保持电路。A/D转换中，采样保持电路对系统的 精度起着决定性的影响。 • 一般采样保持电路有两种运行模式，即采样和保持 模式，它由数字控制输入端来选择。在采样模式中输 出随输入变化，通常增益为1；在保持模式中，采样保 持电路的输出将保持命令发出时的输出值，直到数字 控制输入端输入了下一个采样命令为止。
2020/9/23
数据采集系统的组成
1 . 传感器
把各种物理量如温度、压力等转换成电信号的器件称为传感器。 如测量温度的传感器有热电偶、热敏电阻；测量机械力的有压力传 感器、应变片等；测量机械位移的有感应式位移传感器等。
2. 多路模拟开关
如果有多个独立的或相关的模拟信号源，需要转换成数字形式， 为使采样保持器、A/D等后续电路可以公用，这可通过多路模拟开 关按序切换来实现。
数据采集系统的组成
多通道共用采样保持与A/D变换器
数据采集系统的组成
3 信号调理器（SIGNAL CONDITIONING ）
作用： （1） 完成信号的电平、极性等转换，以便与A/D变换器所需的电 平极性匹配，充分利用A/D精度。从传感器得到的输出信号小至毫 伏级、微伏级，必须放大到足够的电平，才能精确测量。有的信号 是双极性，需要进行极性转换变成单极性。信号调理器还应起阻抗 变换作用，隔离后面的负载对传感器的影响。
第十章 模/数和数/模转换
10.1 数据采集基本概念 10.2 A/D接口电路设计 10.3 D/A接口电路设计
2020/9/23
10.1 数据采集基本概念
通常从传感器或其它方式得到的模拟信号，经 过必要的处理后转换成数字信号，以供存储、传 输、处理和显示之用。我们把从模拟域到数字域 之间的接口，称为数据采集系统。
称采样保持电路。A/D转换中，采样保持电路对系统的 精度起着决定性的影响。 • 一般采样保持电路有两种运行模式，即采样和保持 模式，它由数字控制输入端来选择。在采样模式中输 出随输入变化，通常增益为1；在保持模式中，采样保 持电路的输出将保持命令发出时的输出值，直到数字 控制输入端输入了下一个采样命令为止。
2020/9/23
数据采集系统的组成
1 . 传感器
把各种物理量如温度、压力等转换成电信号的器件称为传感器。 如测量温度的传感器有热电偶、热敏电阻；测量机械力的有压力传 感器、应变片等；测量机械位移的有感应式位移传感器等。
2. 多路模拟开关
如果有多个独立的或相关的模拟信号源，需要转换成数字形式， 为使采样保持器、A/D等后续电路可以公用，这可通过多路模拟开 关按序切换来实现。
数据采集系统的组成
多通道共用采样保持与A/D变换器
微型计算机原理及其应用第10章模数和数模转换
20
3. D/A转换器的转换速率和建立时间
转换速率 ：模拟输出电压的变化速度，单位为 V s 建立时间tset ：从输入的数字量发生突变开始，直到输出电压 进入与稳态值相差±1/2LSB范围内的时间称为建立时间。
输入信号由全0变为全1所需时间最长。
不包含运放的DAC中， tset可达0.1us 包含运放的DAC中， tset可达1.5us
实现：①符号位经非门反相后再输入。 ②在反相端加偏移电压VB
VREF RV 3 Dn B 2 RB V RV 2 B 令 REF 2 0 3 2 R B 可确定VB、RB取值
17
VB、RB的取值： 使补码输入d2d1d0=000时，输出vO=0即可。
10.2.2 D/A转换器的指标
vO
REF
通常用分辨率和转换精度来描述。 V
以四位DAC为例画出转换特性曲线
可以看出输出电压在幅值上是不连 续的，一个级差为 1LSB VREF 24
15/16 13/16
11/16
9/16 7/16
5/16
3/16 1/16 0000 0011 0110 1001 1100 1111
18
1、分辨率
23R 22R 2R I0 I1 R I2
RF(R/2)
V- A V+ + I3
vO
S0 S1 S2 S3
此式即表明模拟输出 V 3 2 1 0 REF （ d 2 d 2 d 2 d 2 3 2 1 0 ）与数字输入成正比。 4 2
7
推广到一般情况：
V V n 1 n 2 0 R E F R E F v （ d 2 d 2 d 2 ） D O 1 n 2 0 n n n n 2 2
3. D/A转换器的转换速率和建立时间
转换速率 ：模拟输出电压的变化速度，单位为 V s 建立时间tset ：从输入的数字量发生突变开始，直到输出电压 进入与稳态值相差±1/2LSB范围内的时间称为建立时间。
输入信号由全0变为全1所需时间最长。
不包含运放的DAC中， tset可达0.1us 包含运放的DAC中， tset可达1.5us
实现：①符号位经非门反相后再输入。 ②在反相端加偏移电压VB
VREF RV 3 Dn B 2 RB V RV 2 B 令 REF 2 0 3 2 R B 可确定VB、RB取值
17
VB、RB的取值： 使补码输入d2d1d0=000时，输出vO=0即可。
10.2.2 D/A转换器的指标
vO
REF
通常用分辨率和转换精度来描述。 V
以四位DAC为例画出转换特性曲线
可以看出输出电压在幅值上是不连 续的，一个级差为 1LSB VREF 24
15/16 13/16
11/16
9/16 7/16
5/16
3/16 1/16 0000 0011 0110 1001 1100 1111
18
1、分辨率
23R 22R 2R I0 I1 R I2
RF(R/2)
V- A V+ + I3
vO
S0 S1 S2 S3
此式即表明模拟输出 V 3 2 1 0 REF （ d 2 d 2 d 2 d 2 3 2 1 0 ）与数字输入成正比。 4 2
7
推广到一般情况：
V V n 1 n 2 0 R E F R E F v （ d 2 d 2 d 2 ） D O 1 n 2 0 n n n n 2 2
数模和模数转换演示文稿
DI7~DI0
ILE
8位 输入 寄存器
LE
&
8位 DAC 寄存器
LE
8位 D/A 转换器
RFB
CS
&
WR1
XFER
&
WR2
当前第17页\共有40页\编于星期四\18点
UREF IOUT2 IOUT1
Rfb
AGND
VCC
DGND
7.2 数模转换器
2.DAC0832引脚功能
DI7～DI0：8位输入数据信号。
当前第18页\共有40页\编于星期四\18点
7.2 数模转换器
UREF：参考电压输入。一般此端外接一个精确、稳定的电压基 准源。UREF可在-10V至+10V范围内选择。 UCC：电源输入端（一般取+5V～+15V）。 DGND：数字地，是控制电路中各种数字电路的零电位。 AGND：模拟地，是放大器、A/D和D/A转换器中模拟电路的零电位。
IOUT2：DAC输出电流2。它作为运算放大器的另一个差分输入信号 （一般接地）。满足 IOUT1+IOUT2 ＝
Rfb：反馈电阻（内已含一个反馈电阻）接线端。DAC0832中无运放，且为 电流输出，使用时须外接运放。芯片中已设置了Rfb，只要将此引脚接
到运放的输出端即可。若运放增益不够，还须外加反馈电阻。
数模和模数转换演示文稿
20244//11//2288
1
当前第1页\共有40页\编于星期四\18点
数模和模数转换
20244//11//2288
2
当前第2页\共有40页\编于星期四\18点
7.1 概述
ADC和DAC的应用：
传感器
《数模和模数转换》课件
量化
将采样得到的样值进行量 化处理，将连续的模拟量 转化为离散的数字量。
编码
将量化后的数字量转换成 二进制或多进制的数字代 码。
ADC的分类
逐次逼近型ADC
逐次逼近型ADC采用逐次比较的 方法，将输入模拟信号与内部参 考电压进行比较，逐步逼近输入 信号的电压值。
并行比较型ADC
并行比较型ADC采用多个比较器 ，将输入模拟信号与多个参考电 压进行比较，以得到输入信号的 数字代码。
此外，新型封装技术的采用也将有助于减小转换器的尺寸。例如 ，采用球栅阵列封装(BGA)和晶片级封装(WLP)等新型封装技术 ，可以减小封装体积并提高集成度。
PART 05
总结
数模和模数转换的重要性和应用领域
01
重要性和应用领域
数模和模数转换是数字信号处理中的关键技术，广泛应用于通信、雷达
、音频处理、图像处理等领域。通过数模和模数转换，可以实现信号的
2023-2026
END
THANKS
感谢观看
KEEP VIEW
REPORTING
2023-2026
ONE
KEEP VIEW
《数模和模数转换》 PPT课件
REPORTING
CATALOGUE
目 录
• 数模转换器（DAC） • 模数转换器（ADC） • 数模和模数转换的应用 • 数模和模数转换的未来发展 • 总结
PART 01
数模转换器（DAC）
DAC工作原理
数字信号输入
将数字信号输入到DAC中。
PART 03
数模和模数转换的应用
音频处理
数字音频播放
将模拟音频信号转换为数字信号，通 过数字音频播放器进行播放，可以实 现更高质量的音频输出。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
数据采集系统的组成
4. 采样保持电路 在A/D进行转换时间内，保持输入信号不变的电路 称采样保持电路。A/D转换中，采样保持电路对系统 的精度起着决定性的影响。 一般采样保持电路有两种运行模式，即采样和保持 模式，它由数字控制输入端来选择。在采样模式中输 出随输入变化，通常增益为1；在保持模式中，采样保 持电路的输出将保持命令发出时的输出值，直到数字 控制输入端输入了下一个采样命令为止。
START: MOV OUT WAIT1: IN MOV RCR JC IN AND MOV IN AL,01 ;使PC0=1, 启动转换，PORTC为8255C端口地址 启动转换， 使 为 端口地址 PORTC,AL AL,PORTH ;读取转换结束信号，PORTH为高位 地址 读取转换结束信号， 为高位244地址 读取转换结束信号 为高位 CL,5 ;右移 次，状态信号进入 右移5次 状态信号进入CF AL,CL 右移 WAIT1 ;判断如为高电平，等待 判断如为高电平， 判断如为高电平 AL,PORTH ;转换结束，读取高位数据 转换结束， 转换结束 AL,0FH ;屏蔽高 位 屏蔽高4位 屏蔽高 AH,AL ;转存至 转存至AH 转存至 AL,PORTL ;读取低 位 读取低4位 读取低
查询方式读取ADC转换结果，P307图10.14
1，由于AD570三态数据输出外部不可控，用8255作为接口芯片； 2，8255PA口接收数据，PB0状态输入，PC0转换控制；
READAD:MOV OUT MOV OUT MOV OUT W: IN RCR JC MOV OUT IN AL,92H PORTCT,AL AL,01H PORTC,AL AL,00H PORTC,AL AL,PORTB AL,01 W AL,01 PORTC,AL AL,PORTA ; 8255方式字，A、B口输入，C口输出 方式字， 、 口输入 口输入， 口输出 方式字 ; PORTCT为8255控制端口地址 为 控制端口地址 ; 使PC0=1, PORTC为8255C端口地址 为 端口地址 ; 使PC0=0, 启动 转换 启动AD转换 ; 读PB0状态，若为 ，则查询等待 状态， 状态 若为1，
; 使PC0=1, 撤销启动信号 ;读取转换数据 读取转换数据
A/D接口电路设计 A/D接口电路设计
等待方式读取ADC转换结果，P307图10.15
1，由于AD570三态数据输出外部不可控，用8255作为接口芯片； 2，8255PA口接收数据，PC0转换控制； 3，用DR#和B/C#的逻辑组合作为CPU总线的READY信号；
A/D接口电路设计 A/D接口电路设计
各管脚功能
IN0～IN7 输入，8路模拟输入; ～ DB0～DB7 三态输出，A/D转换数据输出线; ～ ADDA，ADDB，ADDC 输入，模拟通道选择线; ， ， ALE 输入，地址锁存允许，上升沿将ADDA、ADDB、ADDC三位地址信号 锁 存，译码选通对应模拟通道; REF(+)/REF(-) 输入，基准电压输入端，且要求1/2[VREF(+)+VREF(-)]=1/2Vc START 输入，转换开始。在模拟通道选通地址锁存之后，向START端加一 正脉冲启动转换过程，脉冲上升使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开 始。 EOC 输出，转结束信号。在转换进行过程中EOC为低电平；当转换结束， 数据已锁存在输出锁存器之后，EOC变为高电平。EOC作为被查询的状态信 号，也可用来申请中断; OE(Output Enable)输入，输出允许。此端加一高电平时，可打开ADC0809 的输出三态缓冲器，使数据放到数据总线上，以供CPU读入; CLK 输入，时钟; Vcc输入，电源，+5V; GND 地。
数据采集系统的组成
1 . 传感器
把各种物理量如温度、压力等转换成电信号的器件称为传感器。 如测量温度的传感器有热电偶、热敏电阻；测量机械力的有压力传 感器、应变片等；测量机械位移的有感应式位移传感器等。
2. 多路模拟开关
如果有多个独立的或相关的模拟信号源，需要转换成数字形式， 为使采样保持器、A/D等后续电路可以公用，这可通过多路模拟开 关按序切换来实现。
DAC0832及其应用 DAC0832及其应用
DAC0832工作原理及接口电路
DAC0832是8位数模转换芯片，片中有R-2R梯形电阻，用以对参考电 流进行分流完成数模转换。转换结果以一组差动电流IOUT1和IOUT2输出。
DAC0832及其应用 DAC0832及其应用
VREF：参考电压，+10V～-10V，此电压愈稳定模拟输出精度越高; IOUT1、IOUT2：模拟电流输出端，与运放输入端相接; Rfb ：反馈电阻接出端,用于连接运算放大器的输出端(反馈电阻固化在片内); VCC ：电源电压，+5～+15V; AGND、DGND：分别为模拟地和数字地。 CS#：片选端，低电平有效。 ILE：数据允许锁存信号，高电平有效。 WR1#：写信号1端，低电平有效。用于将输入数据锁存到输入寄存器中， 必须与ILE、 CS# 同时有效。 WR2#：写信号2端，低电平有效。只有当 WR2#和XFER#同时有效时，输入 寄存器中的数据才能通过DAC寄存器进行D/A转换 XFER#：传送控制信号，低电平有效。用于控制 WR2# 。 DI0～DI7：8位数据输入线。
第十章 模/数和数/模转换 数和数/
10.1 数据采集基本概念 10. 10.2 A/D接口电路设计 10. A/D接口电路设计 10.3 D/A接口电路设计 10. D/A接口电路设计
10.1 数据采集基本概念
通常从传感器或其它方式得到的模拟信号，经 过必要的处理后转换成数字信号，以供存储、传 输、处理和显示之用。我们把从模拟域到数字域 之间的接口，称为数据采集系统。
ADC芯片选择原则 ADC芯片选择原则
10.2 A/D接口电路设计 10. A/D接口电路设计
保证正常工作条件下，提高性能： 减小数字部分对模拟信号的干扰； 模拟信号的调理； 数字接口； 采样时钟处理； 电源、地的连接； 参考电压基准；
A/D接口电路设计 A/D接口电路设计
1，ADC0809工作原理及接口 ， 工作原理及接口
数据采集系统的组成
对于高速多通道数据采集系统，以及需要 各通道同时采集数据的系统，通常是让每个 通道各自具有采样保持器与A/D变换器。
数据采集系统的组成
多通道共用A/D变换器
数据采集系统的组成
多通道共用采样保持与A/D变换器
AD转换器参数 AD转换器参数
量程： 量程：输入模拟信号幅度范围，如1V，2V，5V； 带宽： 带宽：输入模拟信号频率范围，如100MHz，1GHz； 转换速率： 转换速率：每秒能进行的转换次数，KHz，MHz； 分辨率： 分辨率：能够分辨最小信号的能力，用ADC位数或每位对 应的电压表示，能引起输出数字值发生一位变化的最小模拟 输入变化。 例：位数8位，满量程5V，则其分辨率为8位，或 5V/(28-1)=19.6mV
信息源：语言信号、生物医学信号、工业现场信号、雷达回波信号等。
数据采集基本概念
模/数(A/D)转换：在现实世界中被控对象或测量对象的有关 参数如温度、压力、流量、速度等往往都是一些连续的模 拟量。人们要认识它、使用它，需要把各种物理量转换成 电的模拟信号，然后进行处理。随着数据信号处理的广泛 应用，如语音信号处理、图象信号处理、生物信号处理、 雷达信号处理等，都必须将这些模拟量转换成数字量，然 后利用计算机实现各种信息处理。 数/模(D/A)转换：将计算机加工处理的数字量转换成模拟量， 以便对被控对象进行控制。
ADC0809是采用逐次逼近技术进行A/D转换的CMOS集成芯片， 它转换时间是100µs，分辨率为8位，单5V供电，输入模拟电压 范围为0—5V，内部集成了可以锁存控制的8路多路开关，并且 还集成了可以锁存的三态缓冲器。
ADC0809内部功能框图包括： 8路模拟开关； 地址锁存与译码； 8位A/D转换； 三态输出锁存器。
采样保持器的主要性能参数是： （1）孔径时间 AP：从保持命令发出到开关全部断开所需要 孔径时间T 孔径时间
ADS5547片内集成SHA ADS5547片内集成SHA
ADS5547片内集成SHA ADS5547片内集成SHA
MAX108的片内SHA MAX108的片内SHA
MAX108 : 1.5Gsps 8bitADC with 2.2GHz SHA
0809工作时序 0809工作时序
ADC 0809与8088接口电路 0809与8088接口电路
例：设8路信号模拟输入 地址L 在中断程序中读转换结 果的命令为： IN AL, 72H
A/D接口电路设计 A/D接口电路设计
2，AD570A工作原理及接口电路
AD转换器参数 AD转换器参数
转换精度： 转换精度：转换器实际值接近理想值的精确程度，用数字量 的最低有效位LSB对应的模拟量△表示。
受分辨率限制，理想转换器输入在±0.5 △范围内变化时，输出对应同一 个值，其转换精度为±0LSB。
其他参数： 其他参数：
积分非线性、差分非线性、丢码、供电方式、功耗、时钟、输出数据格 式。。。
10.3 D/A转换器及其应用 D/A转换器及其应用
D/A转换器接收数字信息，输出一个与数字值成比例 的电流或电压信号。 D/A转换器用途： 数字函数发生器 信号源 音频、视频系统 业控制系统
DAC的指标 DAC的指标
分辨率：DAC能够辨别的最小电压增量，用最低有效位对应的模拟量表示， 反应了DAC的灵敏度。满量程VFS ，N位的DAC，分辨率＝ VFS /(2N-1)； 转换精度：表示输出电压接近理想值的程度 相对对转换精度：用数字量最低有效位LSB的一半来表示， ±0.5LSB ＝ ±0.5*(1/2N)＝ ± (1/2N+1) ； 绝对转换精度：相对转换精度对应的电压值表示，即± VFS/ (1/2N+1) ； 转换速率和建立时间 转换速率：模拟输出电压的变化速度，V/uS； 建立时间：从输入数字量开始到DA转换完成的时间； 线性误差：在整个量程上，转换输出偏离理想转换特性的最大值，与转换 精度有关。