数模和模数转换器

一个8位和一个10位的两个DAC，其分辨率分别为：
从上式可看出：DAC输入数字量的位数n越多，电路的分 辨能力越高。因此，有时也用输入数字量的有效位数来表 示分辨率的高低。
2）绝对精度(或绝对误差)和非线性度 绝对精度是指输入端加对应满刻度数字量时，DAC输出
的实际值与理论值之差。一般绝对误差应低于uLSB/2。 在满刻度范围内，偏离理想转换特性的最大值称为非线性
输入数据选通信号
CS
WR1
模拟“地”
AGND
D为数字量输入端
D3 D2
D1
基准电源输入端
D0 UR
反馈电阻
RF
DGND
数字“地”
UCC
写信号2
ILE
WR2 数据传送选通信号 XFER
D4
D5 D6
电流输出端1和2
D7 IO2
IO1
D7~D4 13~16 D3~D0 4~7
ILE 19
CS 1 2
G2
2R
Sn-2
R
X2 结点C
2R
S2
R
X1 结点D
2R
S1
R
X0 结点E
2R
S0
输出电压：
当R=RF时，输出电压：
RF
-∞
++
u0
2. 集成数/模转换器DA0832
DAC0832是8位的电流输出型D/A转换器，在对其输入8 位数字量后，通过外接运放，即可获得相应的模拟电压。
片选信号输入端
电源5～15V输入端 输入锁存允许信号端
误差。非线性误差与满刻度值之比称非线性度，常用百分比 表示。
3）建立时间 指输入变化后，输出值稳定到距最终输出量±uLSB所需的
时间。建立时间反映了DAC电路转换的速度。
除此之外，在选用DAC器件时，还需要考虑其电源电压、 输出方式、输出值范围及输入逻辑电平等参数。
2. DAC的工作原理
(1) 权电阻网络DAC
UR
1 X3 0 X2 1 X1 0 X0
S3 20 R I3 S2 21 R S1 22 R I1 S0 23 R
IF RF
-∞
++
u0
当输入的数字信号为1010时，电子模拟开关的动作受此 二进制数控制，相应为“1”的开关接到位置1上；将基准电 压UR经电阻引起的电流通入运放的反相输入端，即流入求 和电路；相应数字量为“0”的权电阻由开关S直接到“地”。
数字信号 模拟信号
传感器
模拟控制
ADC DAC
数字计算机
控制对象
12.1 数/模转换器DAC
数/模转换器中的文字D代表数字量，A 代表模拟量，转换器用C表示。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。
1. DAC的基本概念
构成数字代码的每一位都具有一定的“ 权重”。为了将数字量转换成模拟量，就 必须将每一位代码按其“权重”转换成相 应的模拟量，然后再将代表各位的模拟 量相加，即可得到与该数字量成正比的 模拟量，这就是构成D/A变换器的基本思 想。
数模和模数转换器
学习目的与要求
理解数∕模和模∕数转换的基本 概念；熟悉数∕模和模∕数转换器 的工作原理及特点；了解常用数∕ 模和模∕数转换器主要技术指标的 意义。
数/模与模/数是计算机与外部设备的重要接口，也 是数字测量和数字控制系统的重要部件。
能将数字量转换成模拟量的装置称为数/模转换器 ，简称A/D转换器；能将模拟量转换为数字量的装置 称为模/转换器，简称D/A转换器。
对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模 拟量，然后相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从 而实现数字/模拟转换。当输入的数字量是由n位8421BCD码 表示的数字信号X时，其从高位到最低位的权依次为依次为 2n-1、2n-2 … 21、20等，其大小可表示为：
DAC电路的输出模拟电压u0（或模拟电流i0）为：
-∞
++
u0
仍有RF=5KΩ，R=80KΩ
UR
1 X3 1 X2 0 X1 0 X0
S3 20 R I3 S2 21 R I2 S1 22 R S0 23 R
IF RF
-∞
++
u0
仍有RF=5KΩ，R=80KΩ
显然，输出模拟电压 的大小直接与输入的二 进制数大小成正比，从 而实现了数字量到模拟 量的转换。
电流转换系数 电压转换系数
当Ru（或Ri）为1、n＝３时，根据上式可得DAC的转 换特性曲线如下图所示：
模拟输出
u0/V
理想特性
7 6 5
4 3 2
数字输入 1
0 000 001 010 011 100 101 110 111 D
DAC的转换特性曲线
(2) DAC的主要参数
1）分辨率：用来说明D/A转换器最小输出电压(此时输入的 数字代码只有最低有效位为1，其余各位都是 0 )与最大输出 电压 (此时输入的数字代码所有各位全是 1 )之比。
UR
1 X3 0 X2 1 X1 0 X0
S3 20 R I3 S2 21 R S1 22 R I1 S0 23 R
IF RF
-∞
++
u0
若RF=5KΩ，R=80KΩ时
UR
1 X3 0 X2 1 X1 1 X0
S3 20 R I3 S2 21 R S1 22 R I1 S0 23 R I0
IF RF
模拟
UR Xn-1
电子开关
Sn-1 20 R
Xn-2
n位二进制 数字输入
X2
Sn-2 21 R
·····
S2
2n-2 R
X1
S1 2n-1 R
X0
S0 2n-0 R
反馈网络 RF
-∞
++
u0
集成运放
权电阻，从最低位到 最高位，每一个位置上 的电阻都是相邻高位电 阻值的2倍。
权电阻网络DAC工作原理
WR1
17
XFER 18
G3
WR2
输入 寄存器
G1 LE1
DAC
寄存器
LE2
D/A
转换器
8
UR
( 2) 倒T形电阻网络DAC
基准电压
Xn-1UR
2R
Sn-1
R
Xn-2 结点B
2R
Sn-2
R
X2 结点C
2R
S2
R
X1 结点D
2R
S1
R
X0 结点E
2R
S0
n位二进制 数字输入
模拟 电子开关
RF
-∞
++
u0
倒T形电阻网络的电 阻均为R和2R，与权 电阻网络不同。
Xn-1UR
2R
Sn-1
R
Xn-2 结点B
(1) DAC的转换特性
DAC电路的作用是将输入的数字量转换成与输入数字量 成正比输出模拟量。在转换过程中，将输入的二进制数字信号 转换成模拟信号，以电压或电流的形式输出。
基准电压
DAC组成框图
数
模
字
拟Hale Waihona Puke Baidu
量
量
输
输
入
出
图中数据锁存器用来暂时存放输入的数字信号。n位锁存 器的并行输出分别控制n个模拟开关的工作状态。通过模拟 开关，将参考电压按权关系加到电阻解码网络。