微机原理及应用第十章数模转换和模数转换
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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。
《微机原理及应用》第10章 模数和数模转换技术
由于D/A转换器需要一定的转换时间，在转换期间，输入待转 换的数字量应该保持不变，而计算机输出至数据总线上的稳定时 间很短，且D/A转换器部分通常是组合电路结构，所以，数/模转 换应该具有锁存数据总线上数据的功能。
10.2 数/模（D/A）转换器
10.2.1 D/A转换器的基本结构
1．D/A转换器的原理 D/A转换器的作用是将二进制的数字量按比例转换为相应的模
第10章 模/数和数/模转换技术
模/数（Analog to Digit，A/D）和数/模（Digit to Analog，D/A）转换技术是微型计算机与监测设备、控制对象之 间的一种重要的接口技术，也是实现信号监测、过程控制的两个 重要组成部分。
10.1 模拟量输入与输出通道的组成
10.2 数/模（D/A）转换器
配，要进行电压调整。 第二种，传感器输出信号与A/D转换器输入电信号极性不匹
配。
3．多路转换开关
在运用系统中，往往要 监测或控制的模拟量不单是 一个，一个数据采集系统往 往要采集多路模拟信号，如 果被采集的物理量是缓慢变 化的，则可以只用一片A/D转 换芯片，轮流选择输入信号 进行采集，可以简化系统设 计。
10.2.3 D/A转换芯片DAC0832
1．DAC0832的内部结构 8位D/A转换器由R-2R结构的T型电阻网络组成，对参考电压
提供的两条回路分别产生两个输出电流IOUT1和IOUT2，而IOUT1 和IOUT2是一组差动电流。
❖ DAC0832主要引脚功能定义如下： ❖ DI7～DI0，8位输入数据线。 ❖ CS ，选片信号，低电平有效。 ❖ ILE，输入寄存器选通信号，高电平有效。 ❖ WR1 ，写8位输入寄存器信号，低电平有效。 ❖ WR2 ，写8位DAC寄存器信号，低电平有效。 ❖ XFER，允许8位DAC寄存器数据送到8位D/A转换器。 ❖ IOUT1，DAC输出电流1，当8位DAC寄存器为全“1”时，此时输出电流最大，
10.2 数/模（D/A）转换器
10.2.1 D/A转换器的基本结构
1．D/A转换器的原理 D/A转换器的作用是将二进制的数字量按比例转换为相应的模
第10章 模/数和数/模转换技术
模/数（Analog to Digit，A/D）和数/模（Digit to Analog，D/A）转换技术是微型计算机与监测设备、控制对象之 间的一种重要的接口技术，也是实现信号监测、过程控制的两个 重要组成部分。
10.1 模拟量输入与输出通道的组成
10.2 数/模（D/A）转换器
配，要进行电压调整。 第二种，传感器输出信号与A/D转换器输入电信号极性不匹
配。
3．多路转换开关
在运用系统中，往往要 监测或控制的模拟量不单是 一个，一个数据采集系统往 往要采集多路模拟信号，如 果被采集的物理量是缓慢变 化的，则可以只用一片A/D转 换芯片，轮流选择输入信号 进行采集，可以简化系统设 计。
10.2.3 D/A转换芯片DAC0832
1．DAC0832的内部结构 8位D/A转换器由R-2R结构的T型电阻网络组成，对参考电压
提供的两条回路分别产生两个输出电流IOUT1和IOUT2，而IOUT1 和IOUT2是一组差动电流。
❖ DAC0832主要引脚功能定义如下： ❖ DI7～DI0，8位输入数据线。 ❖ CS ，选片信号，低电平有效。 ❖ ILE，输入寄存器选通信号，高电平有效。 ❖ WR1 ，写8位输入寄存器信号，低电平有效。 ❖ WR2 ，写8位DAC寄存器信号，低电平有效。 ❖ XFER，允许8位DAC寄存器数据送到8位D/A转换器。 ❖ IOUT1，DAC输出电流1，当8位DAC寄存器为全“1”时，此时输出电流最大，
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。
数模转换和模数转换
电流应表示为
Ii 2nU 1 RiR2U n1RR2iDi
运算放大器总的输入电流为
In i 0 1Iin i 0 12 U n 1 R RD i2i2 U n 1 R Rn i 0 1D i2i
运算放大器的输出电压为
URfI2 Rnf U 1R Rn i 01Di2i
若Rf=1/2R，代入ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ式后则得
在目前常见的D/A转换器中，有权电阻网络D/A转换 器，倒梯形电阻网络D/A转换器等。A/D转换器的类型也 有多种，可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大 类。在直接A/D转换器中，输入的模拟信号直接被转换成 相应的数字信号；而在间接A/D转换器中，输入的模拟信 号先被转换成某种中间变量（如时间、 频率等），然后 再将中间变量转换为最后的数字量。
它由一个八位输入寄存器、一个八位DAC寄存器和一 个八位D/A转换器三大部分组成，D/A转换器采用了倒T 型R-2R电阻网络。由于DAC0832有两个可以分别控制的 数据寄存器，所以，在使用时有较大的灵活性， 可根据 需要接成不同的工作方式。DAC0832中无运算放大器， 且是电流输出，使用时须外接运算放大器。芯片中已设 置了Rfb，只要将 9 脚接到运算放大器的输出端即可。若 运算放大器增益不够， 还须外加反馈电阻。
图 10-5 漂移误差
3.
从数字信号输入DAC起，到输出电流（或电压）
达到稳态值所需的时间为建立时间。 建立时间的大小
决定了转换速度。目前 10~12
D/A 转换
器（不包括运算放大器）的建立时间可以在 1 微秒以
内。
10.2.4 八位集成DAC0832
图 10-6 集成DAC0832框图与引脚图
10.2.3 D/A转换器的主要技术指标
Ii 2nU 1 RiR2U n1RR2iDi
运算放大器总的输入电流为
In i 0 1Iin i 0 12 U n 1 R RD i2i2 U n 1 R Rn i 0 1D i2i
运算放大器的输出电压为
URfI2 Rnf U 1R Rn i 01Di2i
若Rf=1/2R，代入ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ式后则得
在目前常见的D/A转换器中，有权电阻网络D/A转换 器，倒梯形电阻网络D/A转换器等。A/D转换器的类型也 有多种，可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大 类。在直接A/D转换器中，输入的模拟信号直接被转换成 相应的数字信号；而在间接A/D转换器中，输入的模拟信 号先被转换成某种中间变量（如时间、 频率等），然后 再将中间变量转换为最后的数字量。
它由一个八位输入寄存器、一个八位DAC寄存器和一 个八位D/A转换器三大部分组成，D/A转换器采用了倒T 型R-2R电阻网络。由于DAC0832有两个可以分别控制的 数据寄存器，所以，在使用时有较大的灵活性， 可根据 需要接成不同的工作方式。DAC0832中无运算放大器， 且是电流输出，使用时须外接运算放大器。芯片中已设 置了Rfb，只要将 9 脚接到运算放大器的输出端即可。若 运算放大器增益不够， 还须外加反馈电阻。
图 10-5 漂移误差
3.
从数字信号输入DAC起，到输出电流（或电压）
达到稳态值所需的时间为建立时间。 建立时间的大小
决定了转换速度。目前 10~12
D/A 转换
器（不包括运算放大器）的建立时间可以在 1 微秒以
内。
10.2.4 八位集成DAC0832
图 10-6 集成DAC0832框图与引脚图
10.2.3 D/A转换器的主要技术指标
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
第十章十一章数模及模数转换
5
③精度
指D/A转换器实际输出电压与理论值之间的误 差。有绝对误差和相对误差两种。 前者一般采用数字量的最低有效位作为衡量单 位。后者则用：输出量绝对误差/满量程×100％。 例如，一个数模转换器精度为±1/2LSB，表示该 转换器的实际输出值与其理想输出值间最大偏差 为最低有效位所对应的模拟输出值的一半。 再如，某分辨率为8位的D/A转换器。其精度为 ±1/2LSB。如果用相对误差表示其精度，则它的 精度是： (±1/2LSB×△)/(△×28)=(±1/2LSB)/28=(±1/2)/28 =±1/512。
20
对要求多片DAC0832同时进行转换的系统， 各芯片的选片信号不同，这样可由选片信号CS与 WR1将数据分别输入到每片的输入寄存器中。各片 的XFER与WR2分别接在一起，公用一组信号，在 XFER与WR2同时为低电平时，数据将在同一时刻由 8位输入寄存器传送到对应的8位DAC寄存器，并 靠WR2或XFER的上升沿将信号锁存在DAC寄存器中， 与此同时，多个DAC0832芯片开始转换，其时间 关系如图所示。
两个8位输入寄存器可以分别选通，从而使 DAC0832实现双缓冲工作方式，即可把从CPU 送来的数据先打入输入寄存器，在需要进行转 换时．再选通DAC寄存器，实现D/A转换，这种 工作方式称为双缓冲工作方式。
17
各引脚功能说明如下： ILE：输入锁存允许信号，输入，高电平有效。 CS：片选信号，输入、低电平有效，与ILE共同 决定WR1是否起作用。
19
IOUT2：DAC电流输出2， RFB：片内反馈电阻引脚，与外接运算放大器 配合构成I/V转换器。 VREF：参考电源或叫基准电源输入端，此端 可接一个正电压或一个负电压，范围为： +10V~ -10V，由于它是转换的基准，要求电压 准确、稳定性好。 VCC：芯片供电电压端．范围为+5V~+15V， 最佳值为+15V。 AGND：模拟地，即芯片模拟电路接地点，所 有的模拟地要连在一起。 DGND：数字地，即芯片数字电路接地点。所 有的数字电路地连地一起。使用时，再将模拟地 和数字地连到一个公共接地点，以提高系统的抗 干扰能力。
微机原理及应用第十章数模转换和模数转换
第二节 A/D接口芯片
模拟量
模拟/数字转换器 ADC
数字量
一、ADC0809芯片
具有A/D转换的基本功能 ❖CMOS工艺制作 ❖8位逐次逼近式ADC ❖转换时间为100 s
包含扩展部件 ➢多路开关 ➢三态锁存缓冲器
ADC0809的内部结构图
CLOCK
START
IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
➢ [把转换后的数据以10进制的形式在数码管上 显示，范围0.0～5.0V。]
程序清单
DATA SEGMENT
LED DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H
DB 7FH，6FH，77H，7CH，39H，5EH，79H，71H
DATA ENDS
CODE SEGMENT
ASSUME CS：CODE，DS：DATA
连接图2
程序清单（续3）
MOV AX，SI；将转换结果从SI恢复到AL
MOV BX ，OFFSET LED；BX指向段码表的首地址
AND AL ， 0FH；保留低四位
XLAT；求出对应的段码
MOV DX ，288H
OUT DX ，AL；从8255的A口输出
MOV AL ， 01H
MOV DX ， 28AH
① 查询方式——把结束信号作为状态信号 ② 中断方式——把结束信号作为中断请求信号 ③ 延时方式——不使用转换结束信号 ④ DMA方式——把结束信号作为DMA请求信号
四、ADC芯片的应用
编程启动、转换结 束中断处理
编程启动、转换结 束查询处理
中断方式
D0～D7
IOR
220h
A0～A9
译码
第10章数模变换器和模数变换器PPT课件
当1101输入后，输出电压：u o
U REF 24
(1 20
1 21
0 22
1 23)
11 UREF 16
二、 权电阻D/A变换器
1、电路组成
23R 22R
2R
R
I0
I1
I2
I3
S0
S1
S2
S3
UREF
R/2
－
A
uO
+
u o
U REF 2n
n 1
di 2i
i0
d0
d1
d2
d3
2、工作原理 3、说明
和权电阻网络相比，T形解码网络中电阻的类型少，
只有R、2R两种，电路构成比较方便。
2、工作原理
（1）T型电阻网络的简化
三、T型电阻网络D/A转换器
1、电路组成
3R －
R R R 2R
A
uO
2R 2R 2R 2R 2R I/16 +
S0
S1
S2
S3
UREF
2、工作原理
d0
d1
（1）T型电阻网络的简化
n 1
di
i0
2i
输出的模拟电压正比于输入的数字量，因而实现了从数字 量到模拟量的变换。
二、 权电阻D/A变换器
1、电路组成
23R 22R
2R
R
I0
I1
I2
I3
S0
S1
S2
S3
UREF
R/2
－
A
uO
+
u o
U REF 2n
n 1
di 2i
i0
d0
d1
《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
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REPORTING
2023-2026
ONE
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《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。
第10章微机原理数模转换课件(共24张PPT)
DGND
－5V － ＋
－5V － ＋
示波器
Y
X
10.2.4 D/A转换器与微处理器的接口
相应程序如下：
MOV DX， 0DFFFH ;指向DFFFH地址
1．权电阻网络MDO/AV转换法 AL，
单电源：+5～＋15V；
Xdata
;X坐标值
UILPE：接高电平，OWOUURTT1、WR2D均0FX接EH，C，PU的IOAAWLL，CS、XFER接地址译码;信IXN号C坐。标值A写L 入1＃DAC0832
〔2〕一级锁存方式
WR
D7
CPU
·· ·
D0
锁存器
G
WR1 Rfb
WR2
译码器
XFER
DAC0832
FEH WR1
IOUT1
－
DB7
·· · DB0
IOUT2
+
VREF VOUT
10.2.4 D/A转换器与微处理器的接口
例10-1 DAC0832用作波特率发生器。试根据图10.6接线，分别
写出产生锯齿波、三角波和方波的程序。
HLT
INC
JNZ UP
JMP HLT
DOWN
0A33LH， 0 A0AFLLEH，AL AA0LFLEH
LAPL
0FEH
AL AL
10.2.4 D/A转换器与微处理器的接口
〔3〕二级锁存方式 在二级锁存方式下，每个DAC0832应为CPU提供两个I/O端口。8086和 DAC0832在二级锁存方式下的接线如以下图 。
10.2.3 典型D/A转换器芯片
D/A转换器有两大类：一类在电子电路中使用，
不带使能端和控制端，只有数字量输入和模拟量输
－5V － ＋
－5V － ＋
示波器
Y
X
10.2.4 D/A转换器与微处理器的接口
相应程序如下：
MOV DX， 0DFFFH ;指向DFFFH地址
1．权电阻网络MDO/AV转换法 AL，
单电源：+5～＋15V；
Xdata
;X坐标值
UILPE：接高电平，OWOUURTT1、WR2D均0FX接EH，C，PU的IOAAWLL，CS、XFER接地址译码;信IXN号C坐。标值A写L 入1＃DAC0832
〔2〕一级锁存方式
WR
D7
CPU
·· ·
D0
锁存器
G
WR1 Rfb
WR2
译码器
XFER
DAC0832
FEH WR1
IOUT1
－
DB7
·· · DB0
IOUT2
+
VREF VOUT
10.2.4 D/A转换器与微处理器的接口
例10-1 DAC0832用作波特率发生器。试根据图10.6接线，分别
写出产生锯齿波、三角波和方波的程序。
HLT
INC
JNZ UP
JMP HLT
DOWN
0A33LH， 0 A0AFLLEH，AL AA0LFLEH
LAPL
0FEH
AL AL
10.2.4 D/A转换器与微处理器的接口
〔3〕二级锁存方式 在二级锁存方式下，每个DAC0832应为CPU提供两个I/O端口。8086和 DAC0832在二级锁存方式下的接线如以下图 。
10.2.3 典型D/A转换器芯片
D/A转换器有两大类：一类在电子电路中使用，
不带使能端和控制端，只有数字量输入和模拟量输
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DAC芯片相当于一个“输出设备”，至 少需要一级锁存器作为接口电路。
考虑到有些DAC芯片的数据位数大于主 机数据总线宽度，所以分成两种情况： 1.主机位数等于或大于DAC芯片位数
2.主机位数小于DAC芯片位数
1. 主机位数大于或等于DAC芯片的连接
D0～D7 IOW
LS273 CS
AB 译码
DAC
_
A
+
Vout
mov al,buf mov dx,portd out dx,al
2. 主机位数小于DAC芯片的连接
数字数据需要多次输出
接口电路也需要多个（级）锁存器保存 多次输出的数据
需要同时将完整的数字量提供给DAC转 换器
CPU
8位 12位
DAC
两级锁存电路
D0～D7
4位 锁存器
8位 锁存器
连接图1
连接图2
流程图
DI0～DI7
输入
DAC
D/A
寄
寄
转
存
存
换
器
器
器
Iout1
LE1
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
DI0～DI7
输入
DAC
D/A
寄
寄
转
存
存
换
器
器
器
Iout1
LE1
LE2 DAC0832
二、DAC芯片与主机的连接
➢ [把转换后的数据以10进制的形式在数码管上 显示，范围0.0～5.0V。]
程序清单
DATA SEGMENT
LED DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H
DB 7FH，6FH，77H，7CH，39H，5EH，79H，71H
DATA ENDS
CODE SEGMENT
ASSUME CS：CODE，DS：DATA
第十章 数模转换(D/A)和模数转换(A/D)
概述 D/A接口芯片 A/D接口芯片 数据采集实验
概述
模拟量——连续变化的物理量
DAC 数字/模拟转换器
模拟/数字转换器 ADC
数字量——时间和数值上都离散的量
概述（续）
现场信号
1
传感器
现场信号
2
传感器
…
现场信号
n
传感器
放大器 放大器 放大器
① 查询方式——把结束信号作为状态信号 ② 中断方式——把结束信号作为中断请求信号 ③ 延时方式——不使用转换结束信号 ④ DMA方式——把结束信号作为DMA请求信号
四、ADC芯片的应用
编程启动、转换结 束中断处理
编程启动、转换结 束查询处理
中断方式
D0～D7
IOR
220h
A0～A9
译码
IOW IRQ2
OUT DX ， AL；显示低四位
MOV CX ， 10000；延时 LOP2: LOOP LOP2
连接图2
程序清单（续4）
MOV AH ， 1；是否有键按下 INT 16H JE BEG；没键按下，则重复 MOV DX ， 28AH；C口 MOV AL ， 0 OUT DX ， AL；关掉数码显示 MOV AH ， 4CH；返回DOS INT 21H CODE ENDS END START
START: MOV AX ，DATA
MOV DS ，AX MOV DX ，28BH；控制端口
连接图2
MOV AL ，88H；设置8255为A口输出；C口高4位输入，低4位输出
OUT DX ， AL
程序清单（续1）
BEG: MOV DX ，280H OUT DX ，AL；启动转换 MOV DX ，28AH；C口地址
4位 锁存器
8位 锁存器
12位 DAC 模拟输出
第1级高4位锁存控制 第1级低8位锁存控制
第2级12位锁存控制
关键的一级锁存 由同一个信号控制
简化的两级锁存电路
D0～D7
8位 锁存器
第1级低8位锁存控制 第2级12位锁存控制
4m位ov dx,port1 锁存m器ov al,b12l位
8o位ut dx,aDlAC 模拟输出 锁存m器ov dx,port2
out dx,al ;启动A/D转换
……
;其他工作
程序清单（续1） 中断服务程序
adint
proc sti push ax push dx push ds mov ax, data mov ds,ax mov dx,220h in al,dx mov adtemp,al
;开中断 ;保护寄存器
;设置数据段DS
连接图2
程序清单（续3）
MOV AX，SI；将转换结果从SI恢复到AL
MOV BX ，OFFSET LED；BX指向段码表的首地址
AND AL ， 0FH；保留低四位
XLAT；求出对应的段码
MOV DX ，288H
OUT DX ，AL；从8255的A口输出
MOV AL ， 01H
MOV DX ， 28AH
;查询是否转换结束 ;读入状态信息 ;D7＝1，转换结束否? ;没有结束，继续查询 ;转换结束 ;读取数据 ;存入缓冲区
;转向下一பைடு நூலகம்模拟通道
数据采集实验
实验内容
流程图
参考程序
实验内容
连接图1
连接图2
按虚线连接电路。要求如下：
➢ 编程采集IN0输入的电压，并把转换后的数 据以16进制的形式在数码管上显示 ，范围 00～FFH。
寄
寄
转
存
存
换
器
器
器
Iout1
LE1
LE2 DAC0832
DAC0832的工作方式：直通方式
LE1＝LE2＝1 输入的数字数据直接进入D/A转换器
DI0～DI7
输入
DAC
D/A
寄
寄
转
存
存
换
器
器
器
Iout1
LE1
LE2 DAC0832
DAC0832的工作方式：单缓冲方式
LE1＝1，或者LE2＝1 两个寄存器之一始终处于直通状态 另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）
CS WR1 WR2 XFER
输入
DAC
D/A
寄
寄
转
存
存
换
器
器
器
LE1
LE2
DAC0832
VREF Rfb Iout1 Iout2 AGND
Vcc DGND
直通锁存器的工作方式
两级缓冲寄存器都是直通锁存器
LE＝1，直通（输出等于输入） LE＝0，锁存（输出保持不变）
DI0～DI7
输入
DAC
D/A
+5V
Vcc VREF(+) D0～D7
IN0
OE CLOCK
START ADDA ADDB
EOC ADDC ALE
GND VREF(-)
模拟输入 （0～5V）
500KHz
程序清单
主程序
;数据段
adtemp db 0
;给定一个临时变量
;代码段
……
;设置中断向量等工作
sti
;开中断
mov dx,220h
+5V
Vcc VREF(+)
D0～D7 EOC
IN0
IN1
IN2
IN3
OE
IN4
IN5
START ALE
IN6
ADDA
IN7 CLOCK
ADDB
ADGDNCD VREF(-)
8通道 模拟输入 （0～5V）
500KHz
程序清单
启动转换
;数据段
counter equ 8
buf
db counter dup(0) ;数据缓冲区
;读A/D转换的数字量 ;送入缓冲区
程序清单（续2） 中断服务程序
adint
mov al,20h out 20h,al pop ds pop dx pop ax iret endp
;发送EOI命令 ;恢复寄存器
;中断返回
查询方式
D0～D7 D7
238h～23fh
IOR A3～A9
译码
IOW 220h～227h A0 A1 A2
转换结束信号
ADDA/B/C
EOC
OE
D0～D7
200ns (最小)
2s+8T (最大)
100s
DATA
三、ADC芯片与主机的连接
ADC芯片相当于“输入设备”，需要接口 电路提供数据缓冲器。
主机需要控制转换的启动。 主机还需要及时获知转换是否结束，并进
行数据输入等处理。
1. 数据输出线的连接
LOP: IN AL ，DX；从PC口读转换结束标志EOC TEST AL ，80H JZ LOP；判断转换是否结束（PC7即EOC） MOV DX ，280H IN AL ，DX；转换结束，读取数据
连接图1 连接图2
程序清单（续2）
MOV SI，AX；将转换结果保存到SI寄存器 MOV CL，4 SHR AL，CL；将AL右移四位 MOV BX，OFFSET LED；BX指向段码表的首地址 XLAT；求出对应的段码 MOV DX ，288H；从8255的A口输出 OUT DX ，AL MOV AL ，02H MOV DX ，28AH；显示高四位 OUT DX ，AL；输出位码 MOV CX ，10000；延时 LOP1: LOOP LOP1
考虑到有些DAC芯片的数据位数大于主 机数据总线宽度，所以分成两种情况： 1.主机位数等于或大于DAC芯片位数
2.主机位数小于DAC芯片位数
1. 主机位数大于或等于DAC芯片的连接
D0～D7 IOW
LS273 CS
AB 译码
DAC
_
A
+
Vout
mov al,buf mov dx,portd out dx,al
2. 主机位数小于DAC芯片的连接
数字数据需要多次输出
接口电路也需要多个（级）锁存器保存 多次输出的数据
需要同时将完整的数字量提供给DAC转 换器
CPU
8位 12位
DAC
两级锁存电路
D0～D7
4位 锁存器
8位 锁存器
连接图1
连接图2
流程图
DI0～DI7
输入
DAC
D/A
寄
寄
转
存
存
换
器
器
器
Iout1
LE1
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
DI0～DI7
输入
DAC
D/A
寄
寄
转
存
存
换
器
器
器
Iout1
LE1
LE2 DAC0832
二、DAC芯片与主机的连接
➢ [把转换后的数据以10进制的形式在数码管上 显示，范围0.0～5.0V。]
程序清单
DATA SEGMENT
LED DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H
DB 7FH，6FH，77H，7CH，39H，5EH，79H，71H
DATA ENDS
CODE SEGMENT
ASSUME CS：CODE，DS：DATA
第十章 数模转换(D/A)和模数转换(A/D)
概述 D/A接口芯片 A/D接口芯片 数据采集实验
概述
模拟量——连续变化的物理量
DAC 数字/模拟转换器
模拟/数字转换器 ADC
数字量——时间和数值上都离散的量
概述（续）
现场信号
1
传感器
现场信号
2
传感器
…
现场信号
n
传感器
放大器 放大器 放大器
① 查询方式——把结束信号作为状态信号 ② 中断方式——把结束信号作为中断请求信号 ③ 延时方式——不使用转换结束信号 ④ DMA方式——把结束信号作为DMA请求信号
四、ADC芯片的应用
编程启动、转换结 束中断处理
编程启动、转换结 束查询处理
中断方式
D0～D7
IOR
220h
A0～A9
译码
IOW IRQ2
OUT DX ， AL；显示低四位
MOV CX ， 10000；延时 LOP2: LOOP LOP2
连接图2
程序清单（续4）
MOV AH ， 1；是否有键按下 INT 16H JE BEG；没键按下，则重复 MOV DX ， 28AH；C口 MOV AL ， 0 OUT DX ， AL；关掉数码显示 MOV AH ， 4CH；返回DOS INT 21H CODE ENDS END START
START: MOV AX ，DATA
MOV DS ，AX MOV DX ，28BH；控制端口
连接图2
MOV AL ，88H；设置8255为A口输出；C口高4位输入，低4位输出
OUT DX ， AL
程序清单（续1）
BEG: MOV DX ，280H OUT DX ，AL；启动转换 MOV DX ，28AH；C口地址
4位 锁存器
8位 锁存器
12位 DAC 模拟输出
第1级高4位锁存控制 第1级低8位锁存控制
第2级12位锁存控制
关键的一级锁存 由同一个信号控制
简化的两级锁存电路
D0～D7
8位 锁存器
第1级低8位锁存控制 第2级12位锁存控制
4m位ov dx,port1 锁存m器ov al,b12l位
8o位ut dx,aDlAC 模拟输出 锁存m器ov dx,port2
out dx,al ;启动A/D转换
……
;其他工作
程序清单（续1） 中断服务程序
adint
proc sti push ax push dx push ds mov ax, data mov ds,ax mov dx,220h in al,dx mov adtemp,al
;开中断 ;保护寄存器
;设置数据段DS
连接图2
程序清单（续3）
MOV AX，SI；将转换结果从SI恢复到AL
MOV BX ，OFFSET LED；BX指向段码表的首地址
AND AL ， 0FH；保留低四位
XLAT；求出对应的段码
MOV DX ，288H
OUT DX ，AL；从8255的A口输出
MOV AL ， 01H
MOV DX ， 28AH
;查询是否转换结束 ;读入状态信息 ;D7＝1，转换结束否? ;没有结束，继续查询 ;转换结束 ;读取数据 ;存入缓冲区
;转向下一பைடு நூலகம்模拟通道
数据采集实验
实验内容
流程图
参考程序
实验内容
连接图1
连接图2
按虚线连接电路。要求如下：
➢ 编程采集IN0输入的电压，并把转换后的数 据以16进制的形式在数码管上显示 ，范围 00～FFH。
寄
寄
转
存
存
换
器
器
器
Iout1
LE1
LE2 DAC0832
DAC0832的工作方式：直通方式
LE1＝LE2＝1 输入的数字数据直接进入D/A转换器
DI0～DI7
输入
DAC
D/A
寄
寄
转
存
存
换
器
器
器
Iout1
LE1
LE2 DAC0832
DAC0832的工作方式：单缓冲方式
LE1＝1，或者LE2＝1 两个寄存器之一始终处于直通状态 另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）
CS WR1 WR2 XFER
输入
DAC
D/A
寄
寄
转
存
存
换
器
器
器
LE1
LE2
DAC0832
VREF Rfb Iout1 Iout2 AGND
Vcc DGND
直通锁存器的工作方式
两级缓冲寄存器都是直通锁存器
LE＝1，直通（输出等于输入） LE＝0，锁存（输出保持不变）
DI0～DI7
输入
DAC
D/A
+5V
Vcc VREF(+) D0～D7
IN0
OE CLOCK
START ADDA ADDB
EOC ADDC ALE
GND VREF(-)
模拟输入 （0～5V）
500KHz
程序清单
主程序
;数据段
adtemp db 0
;给定一个临时变量
;代码段
……
;设置中断向量等工作
sti
;开中断
mov dx,220h
+5V
Vcc VREF(+)
D0～D7 EOC
IN0
IN1
IN2
IN3
OE
IN4
IN5
START ALE
IN6
ADDA
IN7 CLOCK
ADDB
ADGDNCD VREF(-)
8通道 模拟输入 （0～5V）
500KHz
程序清单
启动转换
;数据段
counter equ 8
buf
db counter dup(0) ;数据缓冲区
;读A/D转换的数字量 ;送入缓冲区
程序清单（续2） 中断服务程序
adint
mov al,20h out 20h,al pop ds pop dx pop ax iret endp
;发送EOI命令 ;恢复寄存器
;中断返回
查询方式
D0～D7 D7
238h～23fh
IOR A3～A9
译码
IOW 220h～227h A0 A1 A2
转换结束信号
ADDA/B/C
EOC
OE
D0～D7
200ns (最小)
2s+8T (最大)
100s
DATA
三、ADC芯片与主机的连接
ADC芯片相当于“输入设备”，需要接口 电路提供数据缓冲器。
主机需要控制转换的启动。 主机还需要及时获知转换是否结束，并进
行数据输入等处理。
1. 数据输出线的连接
LOP: IN AL ，DX；从PC口读转换结束标志EOC TEST AL ，80H JZ LOP；判断转换是否结束（PC7即EOC） MOV DX ，280H IN AL ，DX；转换结束，读取数据
连接图1 连接图2
程序清单（续2）
MOV SI，AX；将转换结果保存到SI寄存器 MOV CL，4 SHR AL，CL；将AL右移四位 MOV BX，OFFSET LED；BX指向段码表的首地址 XLAT；求出对应的段码 MOV DX ，288H；从8255的A口输出 OUT DX ，AL MOV AL ，02H MOV DX ，28AH；显示高四位 OUT DX ，AL；输出位码 MOV CX ，10000；延时 LOP1: LOOP LOP1