微机原理第十一章 模数和数模转换
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数模和模数转换PPT学习教案
9.2 D/A转换器
D/A转 换 器 原 理 及 构架：
D/A转换器的输入是数字量，输出是模拟量，输出模拟量与输 入数字量之间应有这样的关系：数字量大，输出的模拟量也大， 数字量小，输出的模拟量也小，即模拟量和输出量之间应满足 如下关系：A=KD
第1页/共75页
那么怎样才能实现这一关系呢？ 我们把二进制数D按位权展开即： D=dn-1Χ2 n-1+d n-2 Χ 2 n-2+……+d1 Χ 21+d 0 Χ 2 0 A=K（dn-1 Χ 2 n-1+d n-2 Χ 2 n-2+……+d1 Χ 21+d 0 Χ 2 0） 这就是D/A转换器的转换特性表达式。 从转换特性表达式可看出，实现D/A转换的组成部分如下： 1）求和运算放大器：实现求和。通常接成反相比例求和。 2）模拟开关：控制d=0或d=1时，求和电路的项数。 3）译码网络：用来实现2 n-1…..20。 4）基准电源：保证系数K的一致性，要求精度高。
第30页/共75页
1）线性误差一般用最低有效位LSB的倍数表示。
2）也可用输出电压的满刻度FSR的百分数表示输出电压误差 绝对值的大小。例：若线性误差为1%FSR：表示输出模拟电压 与理论值之间的绝对误差小于、等于当输入为11…11时的输出 电压的1%（即1%FSB）。
书中471页，例9.2.1 在图9.2.5的倒T形电阻网络D/A转换器中， 外接参考电压VREF=-10V。为保证VREF偏离标准值所引起的误 差小于1/2LSB，试计算VREF的相对稳定度应取多少？
数模和模数转换
A / D转换器的分类
A/D转换器的种类很多，但从转换过程看可以分为两大类： 直接型：输入的模拟信号直接被转换成相应的数字信号。 间接型：输入的模拟信号首先被转换成某种中间变量（例频率、 时间等），然后再将这个中间变量转换为输出的数字信号。 根据数字信号输出方式的不同：并行输出A/D、串行输出A/D。
D/A转 换 器 原 理 及 构架：
D/A转换器的输入是数字量，输出是模拟量，输出模拟量与输 入数字量之间应有这样的关系：数字量大，输出的模拟量也大， 数字量小，输出的模拟量也小，即模拟量和输出量之间应满足 如下关系：A=KD
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那么怎样才能实现这一关系呢？ 我们把二进制数D按位权展开即： D=dn-1Χ2 n-1+d n-2 Χ 2 n-2+……+d1 Χ 21+d 0 Χ 2 0 A=K（dn-1 Χ 2 n-1+d n-2 Χ 2 n-2+……+d1 Χ 21+d 0 Χ 2 0） 这就是D/A转换器的转换特性表达式。 从转换特性表达式可看出，实现D/A转换的组成部分如下： 1）求和运算放大器：实现求和。通常接成反相比例求和。 2）模拟开关：控制d=0或d=1时，求和电路的项数。 3）译码网络：用来实现2 n-1…..20。 4）基准电源：保证系数K的一致性，要求精度高。
第30页/共75页
1）线性误差一般用最低有效位LSB的倍数表示。
2）也可用输出电压的满刻度FSR的百分数表示输出电压误差 绝对值的大小。例：若线性误差为1%FSR：表示输出模拟电压 与理论值之间的绝对误差小于、等于当输入为11…11时的输出 电压的1%（即1%FSB）。
书中471页，例9.2.1 在图9.2.5的倒T形电阻网络D/A转换器中， 外接参考电压VREF=-10V。为保证VREF偏离标准值所引起的误 差小于1/2LSB，试计算VREF的相对稳定度应取多少？
数模和模数转换
A / D转换器的分类
A/D转换器的种类很多，但从转换过程看可以分为两大类： 直接型：输入的模拟信号直接被转换成相应的数字信号。 间接型：输入的模拟信号首先被转换成某种中间变量（例频率、 时间等），然后再将这个中间变量转换为输出的数字信号。 根据数字信号输出方式的不同：并行输出A/D、串行输出A/D。
微机原理与接口技术第11章_模数和数模转换
VREF IOUT2
12
R1b 9 LE
11 I OUT1 RFB
3 A GND 20
Vcc
WR2 18 17 XFER
10 D GND DAC0832的内部结构与引脚图
双缓冲方式（单DAC）
输出电路 数 单极性输出 字
量 输 入
0832
i
R
+
VOUT
VOUT = - iR
数 字 量 输 入
i
0832
②单缓冲方式：
• ILE接高电平；CS、 WR1、WR2、 XFER接控制输出 端（连接方式有多 种形式）； • 当对DAC0832进行 写操作时（执行 OUT指令），数字 量直接被转换成模 拟量。
地址总线
地址 译码
Vcc WR2 WR1 CS IOUT1 XFER IOUT2
＋5V
WR IO/M D7-D0
典型的DA转换器
AD7524 DAC0832 DAC1210
AD7524
数 据 总 线
地 址 总 线
利用AD7524产生锯齿波、三角波、 方波和正弦波
编程实现输出从0到4.98V线形增长的周期性锯齿波 编程实现输出0.5V到2.5V的三角波 如何输出方波？ 如何输出正弦波？
DAC0832
主要参数 引脚图 工作方式
DA转换的基本原理 DA转换器的性能指标 典型的DA转换器
DA转换的基本原理
利用权电阻网络和运算放大器实现
输出电流Io的计算
I o d1 I1 d 2 I 2 d 3 I 3 d 4 I 4 VR VR VR VR d1 d2 d3 d4 R 2R 4R 8R 2VR 1 2 3 4 (d1 2 d 2 2 d 3 2 d 4 2 ) R
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
《数字电子技术基础》第11章_数模与模数转换讲解
如果Di=0，TN1截止，TN2导通，固定端A与P(与运放的同 相端)相连。
由于MOS管的导通电阻不相等，导致电阻网络不是准确的 R-2R网络，出现误差。
2．单片集成DAC
单片集成倒T形电阻网络DAC芯片有AD7520(10位DAC) 、 DAC1210H(12位DAC) 和AK7546(16位DAC)等。
根据变换网络的结构，DAC分为倒T形电阻网络DAC、权
电流型DAC、T形电阻网络DAC、权电阻网络DAC、权电容网
络DAC和开关树型DAC。 本节介绍倒T形电阻网络DAC和权电流型DAC。
11.2数模转换器(DAC)
11.2.1 倒T形电阻网络DAC 11.2.2 权电流型DAC *11.2.3 DAC的双极性输出 11.2.4 DAC的主要技术指标
第11章 数模与模数转换器
将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器 （DAC—Digital to Analog Converter），而将模拟 信号转换为数字信号的电路则称为模数转换器(ADC-Analog to Digital Converter)。
DAC和ADC是数字电路和模拟电路之间的接口电 路。
生产过程中 的物理量
数字执 行机构 工业控制计算（IPC）、单片机、数字信号处理器 和可编逻辑控制器，甚至可以扩展到计算机网络。 执行机构
各种物理量的测量和显示、手动控制和报警等功能
数模转换器、模数转换器是模拟系统与数字系统的桥梁，称为 接口电路。它们是用数字系统处理模拟信号所必须的电子电路。
11.2 数模转换器(DAC)
推广到一般情况，n位权电流型DAC的输出电压为
21 D1 20 D0 )
I 24
41
2i Di
i0
由于MOS管的导通电阻不相等，导致电阻网络不是准确的 R-2R网络，出现误差。
2．单片集成DAC
单片集成倒T形电阻网络DAC芯片有AD7520(10位DAC) 、 DAC1210H(12位DAC) 和AK7546(16位DAC)等。
根据变换网络的结构，DAC分为倒T形电阻网络DAC、权
电流型DAC、T形电阻网络DAC、权电阻网络DAC、权电容网
络DAC和开关树型DAC。 本节介绍倒T形电阻网络DAC和权电流型DAC。
11.2数模转换器(DAC)
11.2.1 倒T形电阻网络DAC 11.2.2 权电流型DAC *11.2.3 DAC的双极性输出 11.2.4 DAC的主要技术指标
第11章 数模与模数转换器
将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器 （DAC—Digital to Analog Converter），而将模拟 信号转换为数字信号的电路则称为模数转换器(ADC-Analog to Digital Converter)。
DAC和ADC是数字电路和模拟电路之间的接口电 路。
生产过程中 的物理量
数字执 行机构 工业控制计算（IPC）、单片机、数字信号处理器 和可编逻辑控制器，甚至可以扩展到计算机网络。 执行机构
各种物理量的测量和显示、手动控制和报警等功能
数模转换器、模数转换器是模拟系统与数字系统的桥梁，称为 接口电路。它们是用数字系统处理模拟信号所必须的电子电路。
11.2 数模转换器(DAC)
推广到一般情况，n位权电流型DAC的输出电压为
21 D1 20 D0 )
I 24
41
2i Di
i0
11 数模和模数转换
START CLOCK 启动 时钟 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 8位A/D转换器 逻辑控制 和定时电路 8路 模拟量 选通 开关 逐次逼近寄存器 SAR 三态 输出 数据 锁存器
8 路 模 拟 信 号 输 入
转换结束 EOC D0 (LSB) D1 D2 8位 D3 数据 D4 输出 D5 D6 D7 (MSB) 输出有效控制 OE
Байду номын сангаас
例如±（1/2）LSB。如果分辨率为8位，则它的精 度是： ±（1/2）（1/256）＝±1/512 ④线性误差 当数字量变化时,D/A转换器输出的模拟量按比例关 系变化的程度。 2. D/A和微机接口技术的关键 D/A转换器可视为微机的一种外围设备，实现D/A转 换器和微机接口技术的关键是数据锁存问题。 有些D/A芯片本身不带数据锁存器，而CPU向 D/A芯片输出一个数据只在DB上持续很短时间，所 以必须用外部芯片，如用74LS273或8255A作为D/A 转换的数据锁存器。
CALL L2：DEC OUT OUT CALL CMP JNZ OUT OUT CALL ┇
DELAY2 AL ；产生梯形波下降部分波形 80H，AL 88H，AL DELAY1 AL 00H L2 80H，AL 88H，AL DELAY3；产生梯形波下降部分波形
例：转换8位，若电压满量程为5V，则能分 辨的最小电压为：5V/256≈20mV； 转换10位，若电压满量程为5V，则能分辨 的最小电压为：5V/1024≈5Mv。 ② 转换时间： 指数字量输入到转换输出稳定为止所需的时 间； ③精度： 指D/A实际输出与理论值之间的误差，一般 采用数字量的最低有效位（LSB）作为衡量 单位；
《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。
数电第十一章数模和模数转换详解演示文稿
数电第十一章数模和模数转换 详解演示文稿
第1页，共128页。
（优选）数电第十一章数模和 模数转换
第2页，共128页。
1.用途：
11.1 概述
一个计算机控制系统的框图如图11.1.1所示。
控制 对象
非电量
传感器
模拟量
模/数 转换器
数字量
计算机
数字量
数/模 转换器
执行 机构
模拟量
图11.1.1 计算机控制系统框图
第10页，共128页。
1.组成：
图11.2.2是4位权电阻网络D/A转换器的原理图，它是 由权电阻网络、4个电子模拟开关和1个求和放大器组成。
权电阻网络
模拟开关
求和放大器
图11.2.2
第11页，共128页。
（1）S3~S0:为电子开关， 其状态受输入数码d3~d0 的取值控制。当di＝1时 开关接到参考电压
值，可以将VREF取负值。
2. 此电路的优点是电路结构简单，所用的电阻元件少。缺点 是各个电阻的阻值相差较大，输入数字量的位数越多，差别 就越大，故很难保证电阻的精确度。
第16页，共128页。
为了克服这个缺点，在输入数字量较多时可采用图 11.2.3所示的电路。
Rs=8R
23 R 22 R 21 R 20 R
第5页，共128页。
2.A/D转换器：
将模拟信号转换成数字信号的过程称为模/数转换 （Analog to Digital），实现的电路称为A/D转换器，简 写为ADC（Analog－Digital Converter）。
A/D转换器的类型可分成直接A/D转换器和间接A/D转换 器。在直接A/D转换器中，输入的模拟电压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，输入的模拟信号首先被 转换成某种中间变量（如时间、频率等），然后再将这个中间 量转换成输出的数字量。
第1页，共128页。
（优选）数电第十一章数模和 模数转换
第2页，共128页。
1.用途：
11.1 概述
一个计算机控制系统的框图如图11.1.1所示。
控制 对象
非电量
传感器
模拟量
模/数 转换器
数字量
计算机
数字量
数/模 转换器
执行 机构
模拟量
图11.1.1 计算机控制系统框图
第10页，共128页。
1.组成：
图11.2.2是4位权电阻网络D/A转换器的原理图，它是 由权电阻网络、4个电子模拟开关和1个求和放大器组成。
权电阻网络
模拟开关
求和放大器
图11.2.2
第11页，共128页。
（1）S3~S0:为电子开关， 其状态受输入数码d3~d0 的取值控制。当di＝1时 开关接到参考电压
值，可以将VREF取负值。
2. 此电路的优点是电路结构简单，所用的电阻元件少。缺点 是各个电阻的阻值相差较大，输入数字量的位数越多，差别 就越大，故很难保证电阻的精确度。
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为了克服这个缺点，在输入数字量较多时可采用图 11.2.3所示的电路。
Rs=8R
23 R 22 R 21 R 20 R
第5页，共128页。
2.A/D转换器：
将模拟信号转换成数字信号的过程称为模/数转换 （Analog to Digital），实现的电路称为A/D转换器，简 写为ADC（Analog－Digital Converter）。
A/D转换器的类型可分成直接A/D转换器和间接A/D转换 器。在直接A/D转换器中，输入的模拟电压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，输入的模拟信号首先被 转换成某种中间变量（如时间、频率等），然后再将这个中间 量转换成输出的数字量。
数模和模数转换PPT课件
第29页/共64页
2、量化和编码 由于输入电压的幅值是连续变化的，它的幅值不一定是其量化单位的整倍
数，所以量化过程会引入误差，这种误差叫量化误差。
量化后的信号只是一个幅值离散的信号，为了对量化后的信号进行处理， 还应该把量化的结果用二进制代码或其它形式表示出来，这个过程就叫做编码。
量化的方法一般有两种：只舍不入法和有舍有入法。
把模拟量转化为数字量的过程称为模-数转换，把相应的转换器件称为模-数转 换器（Analog-Digital Converter，简称A/D转换器或ADC ）。
把数字量转化为模拟量的过程称为数-模转换， 把相应的转换器件称为数-模转 换器（Digital-Analog Converter，简称D/A转换器或DAC ）
克，秤量步骤：
顺序 1 2 3 4
砝码重 8g 8g+4 g 8g+4g+2g 8g+4g+1g
比较判断 8g < 13g
保留
12g < 13g
保留
14g > 13g 撤去
13g ＝13g
保留
第38页/共64页
逐次渐近型A/D转换器的基本工作原理是： a. 控制电路首先把寄存器的最高位置1， 其它各位置0。
第25页/共64页
(2) 转换误差 偏移误差：数字输入代码全为0时， D/A转换器的输出电压与理想输出电 压0V之差。
增益误差： 为数字输入代码由全0变 全1时，输出电压变化量与理想输出 电压变化量之差。
第26页/共64页
非线性误差：为D/A转换器实际输出电 压值与理想输出电压值之间偏差的最大 值。
第30页/共64页
0~0.7V的模拟信号转化为3位二进制数码的量化过程
2、量化和编码 由于输入电压的幅值是连续变化的，它的幅值不一定是其量化单位的整倍
数，所以量化过程会引入误差，这种误差叫量化误差。
量化后的信号只是一个幅值离散的信号，为了对量化后的信号进行处理， 还应该把量化的结果用二进制代码或其它形式表示出来，这个过程就叫做编码。
量化的方法一般有两种：只舍不入法和有舍有入法。
把模拟量转化为数字量的过程称为模-数转换，把相应的转换器件称为模-数转 换器（Analog-Digital Converter，简称A/D转换器或ADC ）。
把数字量转化为模拟量的过程称为数-模转换， 把相应的转换器件称为数-模转 换器（Digital-Analog Converter，简称D/A转换器或DAC ）
克，秤量步骤：
顺序 1 2 3 4
砝码重 8g 8g+4 g 8g+4g+2g 8g+4g+1g
比较判断 8g < 13g
保留
12g < 13g
保留
14g > 13g 撤去
13g ＝13g
保留
第38页/共64页
逐次渐近型A/D转换器的基本工作原理是： a. 控制电路首先把寄存器的最高位置1， 其它各位置0。
第25页/共64页
(2) 转换误差 偏移误差：数字输入代码全为0时， D/A转换器的输出电压与理想输出电 压0V之差。
增益误差： 为数字输入代码由全0变 全1时，输出电压变化量与理想输出 电压变化量之差。
第26页/共64页
非线性误差：为D/A转换器实际输出电 压值与理想输出电压值之间偏差的最大 值。
第30页/共64页
0~0.7V的模拟信号转化为3位二进制数码的量化过程
数字电子数电11数-模和模-数转换PPT课件
02 数-模转换器（DAC）
DAC工作原理
数字信号输入
将二进制数字信号输入到DAC中。
权重电压选择
根据数字信号的每一位，选择相应 的权重电压。
模拟信号输出
将权重电压相加，输出模拟信号。
DAC的分类
01
02
03
并行DAC
具有多个模拟开关，能够 同时输出多个权重电压， 转换速度快，但电路复杂。
串行DAC
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
控制系统
在控制系统中，ADC用于将 模拟传感器信号转换为数字信 号，便于控制系统分析和控制
。
04 数-模和模-数转换器的比 较
性能比较
精度
数-模转换器的精度通常高于模-数转换器，因为模-数转换器在将 模拟信号转换为数字信号时可能会引入量化误差。
速度
模-数转换器的转换速度通常更快，适用于需要高速数据采集和处 理的场景。
逐位输出模拟信号，电路 简单，但转换速度较慢。
权电阻DAC
通过改变权电阻的阻值来 实现模拟信号输出，精度 高，但温度稳定性较差。
DAC的应用
音频信号处理
用于将数字音频信号转换 为模拟音频信号，实现音 频播放。
控制系统
用于将数字控制信号转换 为模拟控制信号，实现模 拟控制。
仪器仪表
用于将数字测量数据转换 为模拟信号，实现模拟显 示。
功耗
数-模转换器的功耗相对较高，因为它们需要更多的计算和比较操 作。
应用场景比较
数-模转换器
适用于需要将数字信号转换为模 拟信号的场景，如音频播放、视 频显示等。
模-数转换器
适用于需要将模拟信号转换为数 字信号的场景，如数据采集、信 号处理、控制系统等。
数模与模数转换器PPT课件
I
＜
10
16VREF
190//1166VVRREEFF
vI
vO
D0
3． 逻辑电路
D/A 转换器
D1
D2
01 vC
0
R Q0
C1 S
FF0
01
10
0
01
Q1
R 1D
10
C1
S
FF1
10
R
Q 2 1D 10
C1 S
FF2
0
Q3
R 1D
10
C1
S
FF3
VREF D3
D3（ MSB）
1
D2
D1
D0 （ LSB）
（2）转换速率（SR）——在大信号工作状态下模拟电压的变化率。 3. 温度系数——在输入一定时，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般
用满刻度输出条件下温度每升高1℃，输出电压变化的百分数来表示。
9.2 A/D转换器
一．A/D转换的一般步骤和取样定理
由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般的A/D转换过程为： 取样、保持、量化和编码。
R-2R倒T形电阻网络
基准电流: I=VREF/R，
分析计算： 基准电流: I=VREF/R，
流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2、I/4、I/8、I/16。
总电流：
i
VREF R
(
D0 24
D1 23
D2 22
D3 21
)
VREF 24 R
3 i0
( Di
2i )
输出电压：
vO
D/A 转换器
D1
D2
1 vC
01
微机原理第十一章 模数和数模转换
DI0~DI7： 8位数据输入端 ILE： 输入锁存允许信号，高电平有效，控制8位输入寄存 器的数据是否能被锁存 CS：片选信号，低电平有效，与ILE信号一起控制WR1信 号能否起作用
WR1：写信号1，低电平有效，在ILE和CS有效的条件下，控 制将输入数据锁存于输入寄存器中 WR2：写信号2，低电平有效，在XFER有效的条件下，控制将 输入寄存器中的数字传送到8位DAC寄存器中 XFER：传送控制信号，低电平有效，和WR2控制信号决定8 位DAC寄存器是否工作 8位D/A转换器接收被8位DAC寄存器锁存的数据，并把该数据 转换成相对应的模拟量 IOUT1：DAC电流输出1，是逻辑电平为1的各位输出电流之和 IOUT2：DAC电流输出2，是逻辑电平为0的各位输出电流之和
采样器相当于一个受控的理想开关，s(t)=1时，开关闭合， fs(t)=f(t)；s(t)=0时开关断开，fs(t)=0。fs(t)=f(t)· s(t) 在s(t)=1期间，输出跟踪输入变化，相当于输出把输入的“样 品”采下来了，采样电路也叫跟踪电路
保持：将采样得到的模拟量值保持下来，即是说，s(t)=0期 间，使输出等于采样控制脉冲存在的最后瞬间的采样值， 保持发生在s(t)=0期间
例：采用单缓冲方式，通过DAC0832输出产生三角波，三角波 最高电压5Ｖ，最低电压0Ｖ
分析： 为减少控制线条数，可使ILE一直处于高电平状态，一级输入 寄存器锁存，第二级直通，单极性电压输出 产生三角波电压范围为0V~5Ｖ，对应的输出数据00H~FFH。 三角波上升部分从00H起加1，直到FFH；三角波下降部分从 FFH起减1，直到00H
量化：把采样值取整为最小单位的整数倍，这个最小单位称为 量化单位Δ，它等于输入信号的最大范围/数字量的最大范围， 对应于数字量1 量化的方法通常有两种：只舍不入法和四舍五入法 量化误差：量化而产生的误差，直接影响转换器的转换精度。 量化误差是由于量化电平的有限性造成的，是原理性误差， 只能减小，无法消除 编码就是把已经量化的模拟数值(它一定是量化电平的整数倍) 用二进制数码、BCD码或其他码来表示
数字电路第11章数模与模数转换
VO=2013-8-5
VREF 24
(d323+ d222+ d121+ d020)
阜师院数科院
对于n位的权电阻网络D/A转换器，当反馈电阻取 R/2时，输出电压的计算公式可写成
VO=-
VREF
2n
(dn-12n-1+ dn-22n-2+… d121+ d020)
Dn 2n-1 当 Dn=0时VO=0，当Dn=11…11时VO=- n VREF
2R
+VREF
I
由于在倒T形电阻网络D/A转换器中，各支路 电流直接流入运算放大器的输入端，它们之间 不存在传输上的时间差；另外无论电子开关打 向上还是下电阻上端几乎全接同一电位。电路 的这一特点不仅提高了转换速度，亦减小了动
态过程中输出端可能出现的尖脉冲。
图11.2.5 CB7520（AD7520）的电路原理图
1 +1 0 0 1 -1 0 -2 1 -3 0 -4
1 0 1 +5V
1 0 0 +4V 0 1 1 +3V 0 1 0 0 0 1
阜师院数科院
+1V
0V -1V -2V -3V -4V
+2V +1V
2013-8-5 表11.2.1 P510
0 0 0 0V
偏
D0
D1
i T形电 阻网络 D/A转 换器
D3D2D1D0=0001时，UO= –VREF/16= –D0VREF/24
根据叠加原理:
UO= –(D3VREF/21+ D2VREF/22 + D1VREF/23 + D0VREF/24 )
= –(D3/21+ D2/22 + D1/23 + D0/24 ) VREF
第11章 数模-模数转换总结
论上应得到的输出数字量之间的误差小于最低位的半个字。
1 LSB ，就表明实际输出的数字量和理 2
例：某信号采集系统要求用一片A/D转换集成芯片在1s内对16个热电 偶的输出电压分数进行A/D转换。已知热电偶输出电压范围为0～25mV （对应于0～450℃温度范围），需分辨的温度为0.1℃，试问应选择 几位的A/D转换器？ 解： 分辨率= 0.1
任何导线都可以被理解成电阻，因此，尽管连在一起的 “地”，其各个位置上的电压也并非一致的，对于数字电路， 由于噪声容限较高，通常是不需要考虑“地”的形式的，但对 于模拟电路而言，这个不同地方的“地”对测量的精度是构成 影响的，因此，通常是把数字电路部分的地和模拟部分的地分 开布线，只在板中的一点把它们连接起来（通过0欧姆电阻）。
二、D/A转换器的主要电路形式 1. 权电阻网络D/A转换器
(MSB) dn-1 dn-2
数字量输入
d2 d1
UREF
(LSB) d0
双向模拟开关
Sn-1 In-1 2R
0
Sn-2 In-2 2R
1
S2 … I2 2 R
n-3
S1 I1 2 R
n-2
S0 I0 2 R I － A +
n-1
RF (R/2)
13
11.2 数模转换器
DAC0832的三种工作方式
（a）双缓冲方式：采用二次缓冲方式，可在输出的同时，采集下一个数 据，提高了转换速度；也可在多个转换器同时工作时，实现多通道D/A的 同步转换输出。 （b）单缓冲方式：此时只需一次写操作，就开始转换，提高了D/A的数 据吞吐量。 14 （c）直通方式：输出随输入的变化随时转换。
运算放大器输出电压为
n-1 n-1
数模与模数转换器介绍课件
功耗：数模转换器功耗低，模数转换器功耗高
精度：数模转换器精度高，模数转换器精度低
成本：数模转换器成本高，模数转换器换器：用于将数字信号转换为模拟信号，如音频、视频等信号处理领域。
2
模数转换器：用于将模拟信号转换为数字信号，如传感器、测量仪器等数据采集领域。
3
数模与模数转换器：用于实现信号的混合处理，如通信、控制系统等复杂信号处理领域。
数模与模数转换器介绍课件
演讲人
目录
数模转换器
01
模数转换器
02
数模与模数转换器的比较
03
数模与模数转换器的设计
04
1
数模转换器
基本原理
数模转换器是将数字信号转换为模拟信号的设备
基本原理是通过对数字信号进行采样、量化和编码，生成模拟信号
采样是将连续的时间信号离散化，量化是将离散的信号值量化为有限个离散值，编码是将量化后的信号值转换为模拟信号
4
更小体积：随着集成电路技术的进步，数模与模数转换器在减小体积方面不断取得突破，以满足便携式设备的需求。
4
数模与模数转换器的设计
设计原则
01
精度：保证转换的准确性和精度
02
速度：满足系统实时性要求
03
功耗：降低功耗，提高能源效率
04
成本：在保证性能的前提下，降低成本
设计方法
01
确定转换器的类型和参数
4
数模与模数转换器：用于实现信号的实时处理，如音频、视频等实时信号处理领域。
发展趋势
1
更高精度：随着技术的进步，数模与模数转换器的精度不断提高，以满足更高要求的应用需求。
2
更低功耗：随着节能环保理念的普及，数模与模数转换器在降低功耗方面不断取得突破，以满足便携式设备的需求。
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例：采用单缓冲方式，通过DAC0832输出产生三角波，三角波 最高电压5Ｖ，最低电压0Ｖ
分析： 为减少控制线条数，可使ILE一直处于高电平状态，一级输入 寄存器锁存，第二级直通，单极性电压输出 产生三角波电压范围为0V~5Ｖ，对应的输出数据00H~FFH。 三角波上升部分从00H起加1，直到FFH；三角波下降部分从 FFH起减1，直到00H
双积分A/D转换器
双积分法的A/D转换器由电子开关、积分器、比较器和控制逻 辑等部件组成 基本原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔， 再把此时间间隔转换成数字量，属于间接转换，双积分法A/D 转换器也叫做T-V型A/D转换器
转换过程：将待转换的模拟量Ｖi输入到积分器，积分器从零 开始进行固定时间Ｔ的正向积分，时间到后；开关将与Ｖi极 性相反的基准电压ＶＲef输入到积分器，进行反相积分，直到输 出为0V时停止积分 Vi/VRef = T1/T2 计数器在反相积分时间内所计的数值，就是输入模拟电压Ｖi 所对应的数字量 双积分型A/D转换是测量输入电压Vi在T2 时间内的平均值，对 常态干扰（串模干扰）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 双积分型的A/D转换器电路简单、抗干扰能力强、精度高，但 要经历正、反两次积分，转换速度较慢，通常为毫秒级 一般用于低频信号的测量
xp为全1，运算放大器输出为－(1－1/2K)UN xp为全0，则运算放大器输出为0 D/A转换器的输出在0~(1－1/2K)UN之间
D/A转换器的输出
D/A转换的结果与输入二进制码成比例的电流，称为电流 DAC D/A转换的结果与输入二进制码成比例的电压，称为电压 DAC 常用的D/A转换芯片大多属于电流DAC，在实际应用中，一 般需要电压输出，需要把电流转换为电压输出 转换一般采用运算放大器，输出可以是单极性电压或双极性 电压
D/A 转换
输出 接口
模拟电路的任务
输出通道
模拟接口电路的任务
运算放大器特点
特点 ：开环放大倍数非常高 、输入阻抗非常大和输出阻抗很小
Rf R1
n
Vin
… Rn
∑
V 0 = -R f VO Nhomakorabeai =1
1 Ri
V in
数/模转换原理
D/A转换电路在内部基本都是并行结构，并行D/A转换器的转 换速度快，只要输入端加入数码信号，输出端立即有相应的模 拟电压输出。并行D/A转换器的位数与输入数码的位数相同， 对应输入数码的每一位都设有信号输入端，用以控制相应的模 拟切换开关 输入数码 xp=a12-1+a22-2+…+ai2-i+…+an2-n，则： u Uo=UNxp=UN(a12-1+a22-2+…+an2-n)=UN∑ai2-i i=1 实现数/模（D/A）转换的方法比较多，常用的有两种 权电阻D/A：电路由权电阻、位切换开关、反馈电阻和运算放 大器组成 选用不同的权电阻网络，就可以得到不同编码的D/A转换器
线性误差和非线性误差用两个方法表示误差的大小
分辨率：反映D/A转换器对模拟量的分辨能力，是最小输出 电压与最大输出电压之比 N位转换器，其分辨率为满量程电压/2N 在实际使用中，一般用输入数字量的位数来表示分辨率大小。 例：8位D/A转换器，12位D/A转换器等 分辨率取决于D/A转换器的位数
绝对精度：在输入端加入给定数字量时，在输出端实测的模 拟量与理论值之间的偏差 相对精度：当满量程值校准后，输入的任何数字量所对应的 模拟输出值与理论值的误差 D/A转换器的转换精度与D/A转换器芯片和外接电路有关。外 接运算放大器，外接参考电源，都会影响D/A转换器的精度 在D/A转换过程中，影响转换精度的主要因素有失调误差、 增益误差、非线性误差和微分非线性误差 如果不考虑其他D/A转换误差时，D/A的转换精度就是分辨率 的大小 建立时间：数字量输入到稳定输出的时间
DI0~DI7： 8位数据输入端 ILE： 输入锁存允许信号，高电平有效，控制8位输入寄存 器的数据是否能被锁存 CS：片选信号，低电平有效，与ILE信号一起控制WR1信 号能否起作用
WR1：写信号1，低电平有效，在ILE和CS有效的条件下，控 制将输入数据锁存于输入寄存器中 WR2：写信号2，低电平有效，在XFER有效的条件下，控制将 输入寄存器中的数字传送到8位DAC寄存器中 XFER：传送控制信号，低电平有效，和WR2控制信号决定8 位DAC寄存器是否工作 8位D/A转换器接收被8位DAC寄存器锁存的数据，并把该数据 转换成相对应的模拟量 IOUT1：DAC电流输出1，是逻辑电平为1的各位输出电流之和 IOUT2：DAC电流输出2，是逻辑电平为0的各位输出电流之和
实际应用的D/A转换器，普遍采用R-2R T 型电阻网络 电路由串联分路开关、R-2R电阻网络、运算放大器和一个反 馈电阻Rf组成。采用分流原理，实现对输入数字量的转换
无论从哪个R-2R的节点向上或向下看，等效电阻都是R，等 效输入电阻都是3R 若反馈电阻Rf＝3R，则输出电压UO： UO=－U0Rf/Ri=－2/3UNxp×3R/2R=－Unxp 式中的输入取值xp为0或1：取0时开关与地相连，该位无电流 输入；取1时开关与参考电压VR接通，该位有电流输入
逐次逼近式A/D转换
逐次逼近法的A/D转换器是由一个比较器、D/A转换器、缓冲寄 存器及控制逻辑电路组成
转换过程：初始化时将逼近寄存器清零；转换开始时，先将逐 次逼近寄存器最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成 的模拟量送入比较器，称为Ｖo，与送入比较器的待转换的模拟 量Ｖi进行比较，若Ｖo<Ｖi，该位1被保留，否则被清除 然后再置逐次逼近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送 D/A转换器，输出的Ｖo再与Ｖi比较，若Ｖo<Ｖi，该位1被保留， 否则被清除 重复此过程，直至逼近寄存器最低位 转换结束后，将逐次逼近寄存器中的数字量送入缓冲寄存器， 得到数字量的输出 逐次逼近式的A/D转换器的主要特点：转换速度较快，转换时 间固定，分辨率可达18位，适用于高精度、高频信号， 抗干扰 能力较双积分型弱，需要采取适当的滤波措施
A/D转换器的主要参数
分辨率：A/D转换器能分辨的最小模拟输入量。通常用能转换 成的数字量的位数来表示，位数越高，分辨率越高。分辨率与 精度是两个不同的概念，分辨率很高，可能由于温度漂移、线 性度等原因，使其精度不够高 转换时间：A/D转换器完成一次转换所需的时间，发出转换命 令信号到转换结束信号开始有效的时间间隔 量程：所能转换的输入电压范围，分单极性、双极性两种类型 精度：数字输出量所对应的模拟输入量的实际值与理论值之间 的差值。A/D转换电路中与每一个数字量对应的模拟输入量并 非是单一的数值，而是一个范围Δ 绝对误差：实际转换结果与理论转换结果之差，通常以数字量 的最小有效位（LSB）的分数值来表示。如：±1LSB，±1/2 LSB，±1/4 LSB等。绝对误差包括量化误差和其他所有误差
A/D转换
A/D转换器是将模拟量转变为数字量
A/D 转换的过程要经过：采样→保持→量化→编码四个阶段
采样：将一个时间上连续变化的模拟量转换为时间上断续变化 的(离散的)模拟量。也可以定义为：把一个时间上连续变化的 模拟量转换为一个串脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量，时 间上通常采用等时间间隔采样 香农定理：采样频率一般要高于或至少等于输入信号最高频率 的2倍 实际应用中，采样频率可以达到信号最高频率的4～8倍 对于快速变化的输入模拟信号，在A/D转换器前用采样保持器， 使得在转换期间保持固定的模拟信号值
S0： MOV S2： CALL DEC JNZ JMP
AL， 0 OUTPUT AL S2 S1
；输出三角波的上升段 ；输出三角波的下降段 ；产生下降段下一个值 ；下降段未结束，继续输出 ；下降段结束，输出下一个三角波
输出锯齿波的程序段如下： MOV AL, 0 J1: CALL OUTPUT ；输出当前值 INC AL ；产生下一个输出值 JMP J1
DAC0832的工作方式
DAC0832的三种工作方式：双缓冲方式、单缓冲方式和直通 方式 双缓冲方式：数据通过二个寄存器锁存后送入D/A转换电路， 执行两次写操作才能完成一次D/A转换，适用于要求同时输 出多个模拟量的场合 单缓冲方式：两个寄存器中的一个处于直通状态，输入数据 只经过一级缓冲送入D/A转换器电路。只需执行一次写操作， 即可完成D/A转换，可以提高DAC的数据吞吐量 直通方式：两个寄存器都处于直通状态，即ILE、CS、WR1、 WR2和XFER都处于有效电平状态，数据直接送入D/A转换器 电路进行D/A转换
MOV MOV A1∶OUT INC CMP JNZ A2∶OUT DEC CMP JNZ JMP
AL,00H DX,XX DX,AL AL AL,0FFH A1 DX,AL AL AL,00H A2 A1
；设置输出电压值 ；DAC0832芯片地址送DX ；修改输出数据
；修改输出数据
双极性电路输出三角波
每个支路由一个开关Si控制，Si=1表示Si合上，Si=0表示Si断 开， Vref为基准电压
V0 = -
i=1
S1 S2 S3
n
1 2
2R 4R 8R 16R
i
S i V re f
Rf
S4 32R S5
Vref
64R S6 128R S7 S8 256R
VO
R-2R T型电阻网络D/A转换器
第十一章 模数和数模转换
基本概念 模数转换技术 数模转换技术
模拟量I/O通道的组成 输入通道
工 业 生 产 过 物理量 变换 传 感 器 放大 滤波 多路转换 & 采样保持
A/D 转换
输入 接口
10101100
微 型
计 信号 处理 信号 变换 I/O 接口
算 机 00101101