电工电子实验系列讲座数模转换与模数转换的应用

第12章数/模（D/A）和模/数（A/D）转换主要内容：（1）：D/A是将数字量转换成模拟量。

（2）: A/D是将模拟量转换成数字量。

12.1概述本章主要讨论数/模和模/数转换器的原理及应用。

图12-1 Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换器在生产过程中的应用12.2数/模转换器（D/A转换器）12.2.1Ｄ／Ａ转换器的构成1.R-2RT型网络D/A转换器的基本原理它由模拟电子开关、T型电阻网络、基准电源和运算放大器等几部分组成。

12-2 4位梯形电阻网络D/AA点的总电流可表示为32103210 0123 22223210(2222)321032U U U UR R R RD D D DR R R RUR D D D DRI I I I I∑=+++=+++=+++求和运算放大器的作用是将求和后的电流Ｉ转换成模拟电压输出，其输出电压为fRfffRDDDDRURIRIUo)2222(201122333+++-=-=-=∑(12-2) 电阻网络D/C可以做到n位，且R f =R/2，此时对应的输出电压为)2222(20112211DDDDUUonnnnnR++++-=---- (12-3)输出的模拟电压正比于输入的数字信号，这样就实现了数字信号到模拟信号的转换。

（12-1）2．倒Ｔ型电阻网络D/A转换器分别从虚线A、B、C、D处向右看的二端网络等效电阻都是R，则从参考电压端输入的电流为RVI REFREF=图12-3倒T型电阻网络D/A转换器从图12-3所示电路U REF向左看，其等效电路如图12-4所示，等效电阻为R，因此总电流I=U REF/R。

图12-4 倒T 型电阻网络所有Si 都接0位的简化等效电路各支路电流自左向右依次为：R V I I RV I I R V I I RV I I REFREF REFREF REFREF REFREF 161618814412210123========则电路中电流i 的大小取决于电路中开关（数字信号）的状态，其合成电流为0011223301233103221041111()16842(2222)2REFREF i I d I d I d I d V d d d d RV d d d d R=+++=+++=⋅+⋅+⋅+⋅ 集成运算放大器的输出电压u o 为321032104(2222)2REF F o F F F V R u R i R i d d d d R=-=-=-⋅+⋅+⋅+⋅ 将上述结论推广到n 位倒Ｔ型电阻网络D/A 转换器，同学们可以自己推算一下。

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。

电路基础原理数字信号的模数转换与数模转换电路基础原理：数字信号的模数转换与数模转换在现代电子技术中，数字信号的模数转换和数模转换是非常重要的概念。

它们是将模拟信号转换为数字信号和将数字信号转换为模拟信号的过程。

本文将探讨数字信号的模数转换和数模转换的基本原理及其在电路中的应用。

一、数字信号的模数转换数字信号的模数转换（Analog-to-Digital Conversion, ADC）是指将模拟信号转换为数字信号的过程。

在这个过程中，连续的模拟信号被离散化为一系列离散的数字信号。

模数转换的过程包括采样和量化两个步骤。

采样是指对连续时间内的模拟信号进行离散化，取样点的时间间隔称为采样周期。

而量化则是对采样得到的离散信号进行幅度的近似描述，将其转换为一系列离散的数值。

在实际应用中，模数转换器（ADC）通常采用电压-数字转换器（Voltage-to-Digital Converter, VDC）来实现。

VDC使用一系列的比较器来比较模拟信号与参考电压之间的差异，并将其转换为数字信号。

数字信号的模数转换在现代电子技术中具有广泛的应用。

例如，在通信领域中，模数转换是将声音、图像等模拟信号转换为数字信号的关键步骤。

在工业自动化中，模数转换则是传感器将物理量转换为数字信号的基础。

二、数字信号的数模转换数字信号的数模转换（Digital-to-Analog Conversion, DAC）是指将数字信号转换为模拟信号的过程。

在这个过程中，一系列离散的数字信号被重构为连续的模拟信号。

数模转换的过程包括数值恢复和模拟滤波两个步骤。

数值恢复是指根据数字信号的编码方式，将数字信号转换为相应的数值。

而模拟滤波则是通过滤波器对数值恢复后的数字信号进行平滑处理，去除数字信号中的高频成分，生成连续的模拟信号。

在实际应用中，数模转换器（DAC）通常采用数字-电压转换器（Digital-to-Voltage Converter, DVC）来实现。

电路中的模数转换与数模转换的原理与应用在现代电子设备中，模数转换和数模转换是一些关键的技术，广泛应用于音频、视频和通信等领域。

这些转换技术允许我们将模拟信号和数字信号之间进行转换，并在电路设计中发挥重要作用。

本文将探讨模数转换和数模转换的原理和应用。

一、模数转换（ADC）模数转换（Analog-to-Digital Conversion，简称ADC）是将连续的模拟信号转换为离散的数字信号的过程。

它的原理基于量化和编码两个步骤。

首先，量化将连续的模拟信号分为不同的离散级别。

这个过程类似于将一个连续的信号映射到一组离散的数值上。

量化程度的精确度决定了数字信号的分辨率。

常见的量化方法有线性量化和非线性量化。

接下来，编码将量化后的数值转换为数字信号。

常见的编码方式包括二进制编码、格雷码和翻转码等。

其中，二进制编码是最常用的编码方式，它将每个量化级别与一个二进制码相对应。

模数转换器的应用非常广泛。

例如，在音频信号处理中，模数转换器将模拟音频信号转换为数字形式，使得我们可以进行数字信号处理，如音频编码和音频分析等。

此外，在通信系统中，模数转换器将模拟语音信号转换为数字信号，使得我们可以进行数字通信，如电话和移动通信等。

二、数模转换（DAC）数模转换（Digital-to-Analog Conversion，简称DAC）是将离散的数字信号转换为连续的模拟信号的过程。

它的原理与模数转换相反，包括解码和重构两个步骤。

首先，解码将数字信号转换为对应的离散数值。

解码过程与编码过程相反，常见的解码方式包括二进制解码和查找表解码等。

接着，重构将解码后的数值转换为模拟信号。

重构过程类似于对数字信号进行插值和滤波，以恢复出连续的模拟信号。

数模转换器在许多领域中也得到广泛应用。

例如，在音频播放器中，数模转换器将数字音频信号转换为模拟音频信号，供扬声器播放。

此外，在调制解调器中，数模转换器将数字通信信号转换为模拟信号，使其可以被传输和接收。

第11章数模与模数转换——讲义第一篇：第11章数模与模数转换——讲义第11章数-模和模-数转换【学时分配】2学时，周二1~2节。

【教学目的与基本要求】1、熟练掌握A/D与D/A转换的电路结构和工作原理。

主要是倒梯形电阻网络、逐次逼近型、双积分A/D转换的工作特点及适用场合。

2、正确理解D/A转换器的主要参数和衡量它们的技术指标。

【教学重点与教学难点】教学重点：1、各种D/A转换器的电路结构特点和工作原理；2、掌握D/A转换器的参数计算和主要性能指标。

3、各种A/D转换器的电路结构特点和工作原理；4、掌握A/D转换器的参数计算和主要性能指标。

教学难点：权电阻型D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构与工作原理【教学内容与时间安排】一、数/模（D/A）和模/数(A/D)转换的概述（约0.4学时）1、数/模和模/数转换的定义2、ADC和DAC的两个性能指标转换速度和转换精度是衡量A/D转换器和D/A转换器性能优劣的主要标志。

3、ADC和DAC的常见类型常见的D/A转换器有权电阻网络D/A转换器，倒梯形电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换器、权电容网络D/A转换器以及开关树形D/A转换器等几种类型。

常见的A/D转换器可以分为直接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，然后再将这个中间变量转换为输出的数字信号。

二、D/A转换器（约0.8学时）1、权电阻网络D/A转换器a.电路结构：由数码锁存器、电子开关、权电阻网络及求和电路构成b.原理：c.电路输出V0与数字输入成比例关系d.电路特点：结构比较简单，所用的器件少，缺点是所用的各个电阻组织相差较大，尤其在输入信号位数较多时，问题更为突出，难以保证每个电阻具有很高的精度，不利于制作集成电路。

2、倒T形电阻网络转换器a.电路构成：电阻网络中只有R和2R两种阻值。

数模转换器和模数转换器实验报告材料一、实验目的1.学习和掌握数模转换器和模数转换器的原理和工作方式；2.了解数模转换器和模数转换器在各种应用领域的具体应用；3.掌握数模转换器和模数转换器的实际测量方法和数据处理。

二、实验器材和原理1.数模转换器（DAC）：将数字信号转换为模拟信号。

它可以将二进制数字信号转换为连续的模拟信号，并且可以根据控制信号的不同而输出不同的电压或电流；2.模数转换器（ADC）：将模拟信号转换为数字信号。

它能够实时取样模拟信号，并将其转换为对应的数字信号；3.示波器：用于观测和显示信号波形；4.信号发生器：用于产生输入信号。

三、实验过程1.数模转换器实验：（1）将示波器的X轴连接到数模转换器的数字输入端，Y轴连接到模拟输出端；（2）通过示波器上的控制按钮，调整示波器显示的方式，使其能够显示数模转换器输出的模拟信号波形；（3）使用信号发生器产生不同频率的正弦信号，并通过数模转换器将其转换为模拟信号；（4）观察和记录示波器上显示的模拟信号波形，并进行分析和比较。

2.模数转换器实验：（1）将信号发生器的输出连接到模数转换器的模拟输入端；（2）调整信号发生器的频率和幅度，产生不同的模拟信号；（3）将模拟信号输入到模数转换器中，并观察和记录模数转换器输出的数字信号；（4）使用示波器观测和记录模数转换器输出的数字信号波形，并进行分析和比较。

四、实验结果和数据处理1.数模转换器实验结果：根据示波器显示的模拟信号波形，可以观察到数模转换器能够将输入的数字信号转换为连续的模拟信号，并且输出的模拟信号的波形与输入信号的波形一致。

2.模数转换器实验结果：根据示波器显示的数字信号波形，可以观察到模数转换器能够将输入的模拟信号实时取样并转换为对应的数字信号。

对于不同频率和幅度的输入信号，模数转换器能够正确地输出对应的数字信号。

五、实验结论数模转换器和模数转换器是将数字信号和模拟信号相互转换的重要器件。

电路数模转换与模数转换理解模拟与数字信号的转换在现代电子技术中，模拟信号和数字信号的转换是非常重要的。

模拟信号是连续变化的，它可以应用于音频、视频和传感器等领域。

而数字信号是离散的，能够以二进制形式表示，广泛应用于计算机和通信系统。

为了实现模拟和数字信号之间的转换，人们发展了数模转换和模数转换技术。

1. 数模转换数模转换是将数字信号转换为模拟信号的过程。

在这个过程中，将离散的数字信号转换为连续变化的模拟信号。

数模转换器（DAC）是实现这一转换的关键设备。

数模转换的基本原理是根据数字信号的大小，控制输出信号的幅度。

数模转换器内部存储有一系列的数字值，通过选择合适的数字值，即可获得所需的输出模拟信号。

数模转换器通常包括采样和保持电路、数字/模拟转换电路和滤波电路。

2. 模数转换模数转换是将模拟信号转换为数字信号的过程。

在这个过程中，将连续变化的模拟信号转换为离散的二进制数字信号。

模数转换器（ADC）是实现这一转换的关键设备。

模数转换的基本原理是通过对模拟信号进行采样和量化，再将采样和量化数据编码为二进制形式。

模数转换器通常包括滤波电路、采样电路、量化电路和编码电路。

3. 模拟与数字信号的转换应用模拟与数字信号的转换应用广泛，下面以音频和通信领域为例进行讨论。

3.1 音频领域在音频领域，模拟与数字信号的转换被广泛应用于音频播放和录制设备中。

通过ADC将声音转换为数字信号后，可以方便地进行数字处理和存储。

而通过DAC将数字信号转换为模拟信号后，可以驱动扬声器产生声音。

3.2 通信领域在通信领域，模拟与数字信号的转换被广泛应用于调制解调器和通信系统中。

调制解调器通过模数转换将模拟信号转换为数字信号用于传输，再通过数模转换将数字信号转换为模拟信号用于接收。

这种方式可以有效地提高通信系统的抗干扰性能和信息传输速率。

总结：电路中的数模转换和模数转换是实现模拟与数字信号转换的重要技术。

数模转换器和模数转换器在音频、通信等领域具有广泛的应用。

实验九 数/模（D/A ）和模/数（A/D ）转换应用一、实验目的1、通过实验了解A/D 和D/A 转换特性。

2、了解A/D 和D/A 转换器互相连接的工作情况。

二、实验原理数/模转换器是有一个输出端﹑几个输入端的器件，其输出为模拟电压，它正比于加在 n 个输入端的n 位二进制数。

如8位的D/A 转换器，它有8个输入端，每个输入端是8位二进制数的一位，并有一个模拟输出端，输入可有82=256个不同的二进制组态，输出为256个电压之一。

所以输出并非真正的模拟量，即输出电压不是整个电压范围内的任意值，而只能是256个可能值。

图9-1是由R —2R 梯形电阻网络构成的4位D/A 转换器。

其中B3﹑B2﹑B1﹑B0为四个数据输入端，各端均可通过开关接地或接电源Vcc 。

某输入端若接地，则该位为0，若接Vcc 则该位为1。

若输入二进制码为B 3B 2B 1B 0=1000 ，由戴维南定理可推导出输出模拟电压V o=Vcc/2,同理可推导出输入为0100时，V o=Vcc/4等等。

图9-1 4位R-2R 梯形网络D/A 转换原理实验用的D/A 转换器为DAC0801集成8位D/A 转换器，它的二进制各位开关是由双极型晶体管构成的电子开关。

D/A 转换器产生的输出电流为Io ，它正比于输入的二进制数。

n 位模/数转换器输出n 位二进制数值,它正比于加在输入端的模拟电压。

这里只介绍ADC0804A/D 转换器原理，它是用逐次逼近原理构成的。

其主要组成部分有D/A 转换器﹑逐次逼近寄存器﹑移位寄存器﹑比较器﹑时钟发生器和控制电路。

它的工作过程是：转换开始时由时钟节拍控制动作，第一个时钟来时移位寄存器状态为10000000，并送给逐次逼近寄存器（SAR ），由SAR 将10000000传给D/A 转换器输入端，使D/A 转换器产生输出模拟电压V ST ，V ST 与A/D 转换器输入的模拟量V I 进行比较。

若V ST ﹤V I ，则比较器输出V C 为高电平1，若V ST ﹥V I ，则比较器输出V 为低电平0。

电路中的数模转换器与模数转换器电子设备在现代社会中扮演着重要的角色，而电路则是电子设备的基础。

在电路中，数模转换器和模数转换器是两种常见的组件，它们在数字信号和模拟信号之间起着桥梁的作用。

本文将就数模转换器和模数转换器进行探讨。

一、数模转换器数模转换器（DAC）是将数字信号转换为模拟信号的装置。

在电子设备中，数字信号通常是通过二进制编码来表示的，而模拟信号是连续变化的。

数模转换器的作用就是将数字信号转化为与之对应的模拟信号。

数模转换器通常由数字信号输入端、模拟信号输出端和控制端组成。

其中，数字信号输入端接收来自计算机或其他数字设备的二进制编码信号，而控制端可以进行精确的调节和控制。

通过内部的数学运算和电流输出，数模转换器能够将离散的数字信号转换为连续的模拟信号。

数模转换器在各个领域中都得到了广泛的应用。

在音频设备中，数模转换器能够将数字音频信号转换为模拟音频信号，使得人们能够用耳朵听到音乐。

在通信设备中，数模转换器则起到将数字信号转换为模拟信号的作用，使信息能够在物理媒介上传输。

二、模数转换器模数转换器（ADC）则是将模拟信号转换为数字信号的装置。

在电子设备中，模拟信号是连续变化的，而数字信号是离散的。

模数转换器的作用就是将模拟信号转化为与之对应的数字信号。

与数模转换器类似，模数转换器通常由模拟信号输入端、数字信号输出端和控制端组成。

模拟信号输入端接收来自传感器或其他模拟设备的信号，而控制端则用于对转换过程进行调节和控制。

通过内部的采样和量化处理，模数转换器能够将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。

模数转换器同样在各个领域中发挥着重要作用。

在测量仪器中，模数转换器能够将模拟信号转换为数字信号，使得数据能够被处理和分析。

在自动控制系统中，模数转换器则起到将模拟输入转换为数字输入的作用，使得系统能够进行数字化的操作。

结语数模转换器和模数转换器在电子设备中起到了桥梁的作用，将数字信号和模拟信号进行转化。

第11章数模与模数转换及应用2、量化量化误差的处理手段四舍五入（误差小）只舍不入（误差大）量化单位越小，转换位数越多，量化误差也就越小。

3、输入极性与编码量化后的数字量需要进行编码，以便微机读入和识别；编码仅是对数字量的一种处理方法；输入不同，编码方式也略有不同：单极性输入双极性输入（1）单极性输入当输入信号为单极性信号时，以二进制数进行量化编码。

以ADC0808为例，其转换公式为：其中：VIN为模拟电压输入D为数字量输出VREF(+)和VREF(－)为参考电压输入假设VREF(+)接+5V，VREF(－)接地，则当输入为0～+5V时，输入VIN和输出D之间的关系如右图所示。

（2）双极性输入当输入信号为双极性信号（即输入信号的幅值可能为正、可能为负）时，对输入信号的编码通常有以下三种方式：偏移二进制码以最高位为符号位，1表示正，0表示负；后面的各位表示幅值。

就相当于把单极性的ADC的输入输出特性曲线向左平移了一半。

以ADC0808为例，输入为－2.5V～+2.5V 时，其输入VIN和输出D之间的关系如右图所示。

（2）双极性输入原码当输入为正时，符号位为0；当输入为负时，符号位为1。

后面的各位表示其幅值。

补码其符号位刚好与偏移二进制码的符号位相反，后面的各位相同。

11.3.2模/数转换器的性能参数量程指A/D转换器能够实现转换的输入电压范围。

分辨率指A/D转换器对输入模拟信号的分辨能力，以A/D转换器输出的二进制数的位数有关。

理论上，n位输出的A/D转换器能区分2n个不同等级的输入模拟电压，能区分的输入电压的最小值（即量化阶距）为满量程输入电压的1/2n。

当满量程输入电压一定时，输出的位数越多，能区分的输入电压的最小值越小，即分辨率越高。

例如：某A/D转换器的分辨率为8位，满量程输入电压VFS=5V，则分辨率是5/（28－1）≈0.0196（V）。

分辨率通常也可以用输出的二进制位数表示，例如：ADC0808的分辨率为8位。