第10 模拟量与数字量的转换

RF
d0
d1
d2
d3
∞ －
+ +
uo
1 01 01 01 0
S0
S1
S2
S3
2R 2R
2R
2R
2R
AR
BR
C R D IR
UR
①分别从虚线A、B、C、D处向左看的二端网络等效电阻都是R。
②不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接
到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不变。
从参考电压UR处输入的电流IR为：
之差，即最大静态转换误差。
（3）输出建立时间 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要
的时间，称为输出建立时间。
10.2 模数转换器
10.2.1 逐次逼近型模数转换器
原
理
框 顺序脉冲
图
发生器
输出数字量
输入模拟电压
逐次逼近 寄存器
ui
D/A
转换器
uo
电压 比较器
转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲
d2
RfU R 3R 21
d3
RfU R 3R 24
(d3
23
d2
22
d1
21
d0
20 )
当取Rf=3R时，则上式成为：
uo
UR 24
(d3
23
d2
22
d1
21
d0
20 )
括号中的是 4 位二进制数按权的展开式。可见，输入的数
字量被转换为模拟电压，而且输出模拟电压 uo 与输入的数字量 成正比。当输入信号 d 3 d 2 d1d 0 0000 时，输出电压uo 0 ；
D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状 态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。
分辨率也可以用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压 的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为：
1 210
1
1 1023
0.001
（2）转换精度
D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值
当输入信号 d 3 d 2 d1d 0
0001 时，输出电压uo
1 16
U
R
，…，
当输入信号 d 3 d 2 d1d 0
1111 时，输出电压uo
15 16
U
R
。
如果输入的是n位二进制数，则：
uo
UR 2n
(d n1 2n1
dn2
2n2
d1 21
d0
20 )
10.1.2 倒T型电阻网络数模转换器
R
+ +
uo
UR 24
由图可得输出电压为：
uo0
Rf U R R 2R 24
RfU R 3R 24
由于d0=、 d3=d2=d1=0，所以上式又可写为：
uo0
RfU R 3R 24
d0
同理，当d3d2d1d0=0010时的输出电压为：
uo1
RfU R 3R 23
d1
当d3d2d1d0=0100时的输出电压为：
d3d2d1d0=0001时的电路：
Rf
R
R
A
R
2R
∞
－
2R 2R
2R
2R
2R
+ +
uo
UR
用戴维南定理从
左至右逐级对各
虚线处进行等效。
Rf
R
R
A
R
2R
∞ －
R 2R
2R
2R
UR
21
+ +
uo
Rf
R
A
R
2R
∞
－
R
2R
2R
UR
22
+ +
uo
Rf
A
R
2R
∞ －
R
2R
UR
23
+ +
uo
Rf
A 2R
∞ －
基 本 原 理
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D/A转换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与ui 进行比较。若ui＞uo，说明数字过大了，故将最高位的1清除； 若ui＜uo，说明数字还不够大，应将这一位保留。然后，再 按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1
IR
UR R
RF
d0
d1
d2
d3
I
∞ －
+ +
uo
1 01 01 01 0
S0
S1
S2
S3
2R I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
AR
BR
C R D IR
UR
各支路电流IR为：
I3
1 2
IR
ຫໍສະໝຸດ Baidu
UR 21 R
I2
1 4
IR
UR 22 R
I1
1 8 IF
UR 23 R
I0
1 16
IR
UR 24 R
数
DAC
多 路
功率放大
执行机构
开
…
…
加热炉
…
字 控
关
功率放大
执行机构
加热炉
制
计
算
机
ADC
多
信号放大 温度传感器
路
…
…
开 关
信号放大
温度传感器
10.1.1 T型电阻网络数模转换器
Rf
R
R
R A 2R
∞ －
2R 2R
2R
2R
2R
+ +
uo
S0
S1
S2
S3
1
01
01
01
0
UR
d0
d1
d2
d3
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。
uo2
RfU R 3R 22
d2
当d3d2d1d0=1000时的输出电压为：
uo3
RfU R 3R 21
d3
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：
uo uo0 uo1 uo2 uo3
RfU R 3R 24
d0
RfU R 3R 23
d1
RfU R 3R 22
第10章 模拟量与数字量的转换 学习要点
•数模转换器的组成和工作原理 •模数转换器的组成和工作原理
第10章 模拟量与数字量的转换
10.1 数模转换器 10.2 模数转换器
10.1 数模转换器
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。ADC和DAC是沟通 模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。
U R RF 24 R
(d3 23 d2 22 d1 21 d0 20 )
10.1.3 集成数模转换器及其应用
NC GND
UEE Io d7 d6 d5 d4
1
16
2
15
3
14
4 DAC0808 13
5
12
6
11
7
10
8
9
(a)
COP d0
UR(-) d1
UR(+)
d2 d3
UCC
d4
d0
d5
d1
d6 d7
d2
d3
UCC(+5V)
2.4kΩ
5 13 14
UR(+5V)
6
2.4kΩ
7
15
8 9
DAC0808
2
10
Io
11
4
12 3 16
RL
0.1μF
UEE(-5V) (b)
10.1.4 数模转换器的主要技术指标
（1）分辨率 分辨率用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为n位的
RF
d0
d1
d2
d3
I
∞ －
+ +
uo
1 01 01 01 0
S0
S1
S2
S3
2R I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
AR
BR
C R D IR
UR
I I0d0 I1d1 I 2d2 I3d3
U REF 24 R
(d3 23
d2 22
d1 21 d0 20 )
uo
RF I