第九章数模转换和模数转换PPT教学课件
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第九章数模和模数转换优秀课件
9.2 D/A转模路拟组开成关 DD电＝ ＝源10时时组电接 接成路运 地。由放解码网络、模拟开关、求和放求 算大放和器大集和器成基运准
基准参 考电压
R－2R倒T 形电阻解 码网络
9.2 D/A转换器
2. 工作原理 由于集成运算放大器的电流求和点Σ为虚地，
所以每个2R电阻的上端都相当于接地，从网络的A、 B、C点分别向右看的对地电阻都是2R。
第9章
第九章数模和模数 转换
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9.1 概述
➢ 数字电路、计算机只能对数字信号进行处理，其 结果为数字量。然而，自然界中绝大多数的物理 量都是连续变化的模拟量。例如温度、速度、压 力等。这些模拟量经传感器转换后所产生的电信 号也是模拟信号。若要数字装置或计算机对这些 信号进行处理，就必须将其转换为数字信号。
9.2 D/A转换器
➢DAC的输入是数字信号。它可以是任何一种编码， 常用的是二进制码。输入可以是正数，也可以是负数， 通常是无符号的二进制数。由于输入数字量的位数是 有限的，所以输出的模拟量也是有限的。例如三位 DAC只能有八个，相应模拟量输出的大小也只有八个 不同值。
9.2 D/A转换器
一、D/A转换基本原理 数/模转换就是将数字量转换成与它成正
比的模拟量。
数字量： (D3D2D1D0)2＝(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10 (1101) 2 ＝(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10
模拟量： uo＝K(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10 uo＝K(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10
(K为比例系数)
例如，某D/A转换器满量程输出电压为10V，如 果 误 差 为 1% ， 就 意 味 着 输 出 电 压 的 最 大 误 差 为 ±0.1V。百分数越小，精度越高。
数模和模数转换PPT课件
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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
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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。
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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
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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。
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(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。
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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。
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0~0.7V的模拟信号转化为3位二进制数码的量化过程
数模转换和模数转换
• 常用的D/A转换器有T型(倒T型)电阻网络D/A转换器、权电阻网络D/A 转换器、权电流D/A转换器及电容型D/A转换器等等。这里只介绍一 下倒T型电阻网络D/A转换器。
• 1.倒T型电阻网络D/A转换器 • 如图9-1-2所示为一个4位倒T型电阻网络D/A转换器(按同样结构可将
它扩展到任意位)，它由数据锁存器(图中未画)、模拟电子开关 (S0~S3) , R~ 2R倒T型电阻网络、运算放大器(A)及基准电压U REF组 成。
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9. 2 模数转换电路
• 3. ADC0809应用说明 • (1)ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 • (2)初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 • (3)送要转换的那一通道的地址到A,B,C端口上。 • (4)在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 • (5)是否转换完毕，可以根据EOC信号来判断。 • (6)当EOC变为高电平时，这时给GE为高电平，转换的数据就输出给
的取样频率由取样定理确定。 • 根据采样定理，用数字方法传递和处理模拟信号，并不需要信号在整
个作用时间内的数值，只需要采样点的数值。所以，在前后两次采样 之间可把采样所得的模拟信号暂时存储起来以便将其进行量化和编码。 • 2.量化和编码 • 经过采样、保持后的模拟电压是一个个离散的电压值。对这么多离散 电压直接进行数字化(即用有限个。
• 1.集成D/A转换器DA7520 • 常用的集成D/A转换器有DA7520,DAC0832,DA00808 , DA01230,
MC1408、AD7524等，这里只对DA7520做介绍。 • DA7520的外引线排列及连接电路如图9-1-3所示. • DA7520的主要性能参数如下: • (1)分辨率:十位; • (2)线性误差 • (3)转换速度
• 1.倒T型电阻网络D/A转换器 • 如图9-1-2所示为一个4位倒T型电阻网络D/A转换器(按同样结构可将
它扩展到任意位)，它由数据锁存器(图中未画)、模拟电子开关 (S0~S3) , R~ 2R倒T型电阻网络、运算放大器(A)及基准电压U REF组 成。
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9. 2 模数转换电路
• 3. ADC0809应用说明 • (1)ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 • (2)初始化时，使ST和OE信号全为低电平。 • (3)送要转换的那一通道的地址到A,B,C端口上。 • (4)在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 • (5)是否转换完毕，可以根据EOC信号来判断。 • (6)当EOC变为高电平时，这时给GE为高电平，转换的数据就输出给
的取样频率由取样定理确定。 • 根据采样定理，用数字方法传递和处理模拟信号，并不需要信号在整
个作用时间内的数值，只需要采样点的数值。所以，在前后两次采样 之间可把采样所得的模拟信号暂时存储起来以便将其进行量化和编码。 • 2.量化和编码 • 经过采样、保持后的模拟电压是一个个离散的电压值。对这么多离散 电压直接进行数字化(即用有限个。
• 1.集成D/A转换器DA7520 • 常用的集成D/A转换器有DA7520,DAC0832,DA00808 , DA01230,
MC1408、AD7524等，这里只对DA7520做介绍。 • DA7520的外引线排列及连接电路如图9-1-3所示. • DA7520的主要性能参数如下: • (1)分辨率:十位; • (2)线性误差 • (3)转换速度
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
第9章 模数、数模转换及应用
4个开关从全部断开到全部闭合，运算放大器可以得到 16种不同的电流输入。这就是说，通过电阻网络，可以把 0000~1111转换成大小不同的电流，从而可以在运算放大器 的输出端得到大小不同的电压。如果由数字0000每次增1， 一直变化到1111就可以得到一个阶梯波电压，如图所示。
N 微机 数ห้องสมุดไป่ตู้量
D/A 转换器
D/A转换器的类型很多。从输入电路来说， 一般的D/A转换器都带有输入寄存器，与微机能 直接连接；有的具有两极锁存器，使工作方式更 加灵活。输入数据一般为并行数据，也有串行数 据。并行输入的数据有8位、10位、12位等。从 输出信号来说，D/A转换器的直接输出是电流量， 若片内有输出放大器，则能输出电压量，并能实 现单极性或双极性电压输出。
常用的模拟多路开关介绍
CD4051B的基本结构 CD4051B采用了CMOS工 艺，16脚DIP封装
八选一模拟多路开关
当使能端INH为0状态 时，CD4051B才能选择导 通，由选择输入端A2A1A0 三位二进制编码来控制 （CH0～CH7）八个输入通 道的通断。该芯片能实现 双向传输，即可以实现多 传一或一传多两个方向的 传送。
CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0 VREF Rfb DGND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
DAC0832
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
VCC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 IOUT1 IOUT2
输 D0 入 数 据 D7
4~7
DAC0832的结构框图如下图所示，它由8位输入锁存器、 8位DAC寄存器、8位DAC转换器及转换控制电路构成。封装 为20脚双列直插式。 各引脚功能如下：
第9篇数模和模数转换精品PPT课件
n1
(Di 2i )
i 0
为提高D/A转换器的精度，对电路参数的要求： (1)基准电压稳定性好； (2) 倒T形电阻网络中R和2R电阻比值的精度要高； (3) 每个模拟开关的开关电压降要相等； (4)为实现电流从高位到低位按2的整数倍递减，模拟开关 的导通电阻也相应地按2的整数倍递增。
为进一步提高D/A转换器的精度，可采用权电流型D/A转换器。
计算机进行数字处 理（如计算、滤 波）、保存等
用模拟量作为 控制信号
模拟 传感器
A/D 转换器
数字控制 计算机
D/A 转换器
模拟 控制器
工业生产过程控制对象
ADC和DAC已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。
2
9 模数与数模转换器
3
第9章 数模和模数转换
9.1 D/A转换器 9.2 A/D转换器
＝1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×20
数字量是用代码按数位组合而成的，对于有权码， 每位代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的 大小转换成相应的模拟量， 然后将这些模拟量相加，即 可得到与数字量成正比的模拟量， 从而实现数字量-模拟 量的转换。
9
10
2、D/A转换器的组成
基准电压
R
R
R
I/16
I/8
I/4
I/2 I
输出 模拟电压
+VREF
基准电压
电阻网络
Di=0, Si则将电阻2R接地 Di=1, Si接运算放大器反相端，电流Ii流入求和电路14
D/A转换器的倒T型电阻网络
(LSB)
(MSB)
D0
D1
D2
D3 iΣ
Rf
−
数模与模数转换 课件
＊9
DC
BA
D′ C′
二、工作原理：
B′ A′
1、根据运放A线性运用时的虚短（现为虚地）法则， 无论Si打向何处，与之相连的2R电阻均接“地”；即流 经2R电阻的电流与Si的位置无关。
2、则从D、C、B、A向左看的二端网络的等效电阻 均为R。
则，从基准电压源提供的总电流I=VREF/R； ＊ 10
–VEE
电压恒定
R
R
R
O
= iRf
=
Rf VREF 24R1
(D3
23
+
D2
22
+
D1
21
+
D0
20 )
多发射极
三极管＊ 19
8.2.5 D/A转换器的输出方式
一、单极性输出:
若输入二进制数的每一位都是数字位，即均为正 数，输出模拟电压为0V~±满度值。
则，选择不同的电路形式或不同的参考电压极性 即可实现。
运放A2组成反相求和电路,
3、双极性输出的D/A转换器电路:
(补码)NB
2R1
D7 D6 D5……. D0
• 8位倒T型电阻 VREF 网络D/A
i∑ Rf=R
•
－
+
A1
v1• R1
R1
•
－
A2 +
•vo
＊ 26
vo
=
−v1
−
1 2
VREF
=
−(−
NB
+ 2n−1 2n
VREF )
−
VREF 2
=
D
C
BA
D′ C′
B′ A′
3、流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。 即：流入各开关支路的电流（从右至左）分别为I/2、 I/4 、 I/8 、 I/16 。
DC
BA
D′ C′
二、工作原理：
B′ A′
1、根据运放A线性运用时的虚短（现为虚地）法则， 无论Si打向何处，与之相连的2R电阻均接“地”；即流 经2R电阻的电流与Si的位置无关。
2、则从D、C、B、A向左看的二端网络的等效电阻 均为R。
则，从基准电压源提供的总电流I=VREF/R； ＊ 10
–VEE
电压恒定
R
R
R
O
= iRf
=
Rf VREF 24R1
(D3
23
+
D2
22
+
D1
21
+
D0
20 )
多发射极
三极管＊ 19
8.2.5 D/A转换器的输出方式
一、单极性输出:
若输入二进制数的每一位都是数字位，即均为正 数，输出模拟电压为0V~±满度值。
则，选择不同的电路形式或不同的参考电压极性 即可实现。
运放A2组成反相求和电路,
3、双极性输出的D/A转换器电路:
(补码)NB
2R1
D7 D6 D5……. D0
• 8位倒T型电阻 VREF 网络D/A
i∑ Rf=R
•
－
+
A1
v1• R1
R1
•
－
A2 +
•vo
＊ 26
vo
=
−v1
−
1 2
VREF
=
−(−
NB
+ 2n−1 2n
VREF )
−
VREF 2
=
D
C
BA
D′ C′
B′ A′
3、流入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整数倍递减。 即：流入各开关支路的电流（从右至左）分别为I/2、 I/4 、 I/8 、 I/16 。
《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
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REPORTING
2023-2026
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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。
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2. 3.
V分F辨S，率则也n位可A以D用C位的数分n辨表率示为21。n VFS
。
2. 转换误差：转换误差通常以输出误差最大值的形
式给出，并以最低有效位的倍数表示ADC实际输
出的数字量与理论上应有的输出数字量之间的差
别。例如
1
2020/12/09
转换误差＜± 2n VFS 。
9
• 3. 转换时间：指完成一次D/A转换所需时间， 或从接到转换命令START开始到EOC信号 有效为止这段时间。
2020/12/09
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1.采样、保持
2020/12/09
6
2．模数转换电路
(a) 逐渐逼近型AD转换电路
2020/12/Байду номын сангаас9
(b) 时序图
7
9.2.2 ADC0809芯片
2020/12/09
8
9.2.3 ADC的主要性能指标
1. 分辨率——A/D转换器对输入模拟电压微小变化 的分辨能力，它是数字输出的最低有效位LSB所 对应的模拟输入电压。若输入电压的满刻度值为
第九章 数模转换和模数转换
2020/12/09
1
9.1 DAC和DAC0832芯片
• 9.1.1 DAC的工作原理
u o I R f V 2 R n ( 2 E n 1 b n F 1 2 n 2 b n 2 . . 2 1 b 1 . 2 0 b 0 ) V 2 R n N E
2020/12/09
2
9.1.2 集成DAC0832芯片
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3
9.1.3 DAC的主要性能指标
• 1. 分辨率——是指D/A转换器的最小输出电压与 最大输出电压之比，也可以用数字量的位数n确定
分辨率 1 2n 1
• 2. 精度——①绝对精度指输出模拟电压的实际值 与理想值之差。
2020/12/09
10
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11
②相对精度又被称作线性度，通常用非线性误差 表示。指实际输出与理想值偏差的最大值与满量 程输出之比的百分数来表示。
• 3. 转换时间——从输入数字起到输出电压（电流） 达到稳定值所需时间
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4
9.2 ADC和ADC0809芯片
9.2.1 ADC的基本概念——将模拟量转换为数 字量通常需要经过采样、保持、量化和编 码四个步骤，采样—保持在采样保持电路 中完成，量化和编码在模数转换电路中完 成。