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第12章模拟量和数字量的转换

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模拟量和数字量的转换—D_A转换器(电子技术课件)

模拟量和数字量的转换—D_A转换器(电子技术课件)
1

2 LSB
FSR
1
2
≤ 0.05%，即 ×
1
2 −1
≤ 0.05% ⇒
1
由于10位D/A转换器分辨率为 10
2 −1
的D/A转换器。
=
1
2 −1
1
1023
≤ 0.1%。
= 0.097%，故应取十位或十位以上
总结
DAC主要技术指标： VLSB 、 VFSR 、分辨率、转换速度、
转换精度
倒T形电阻网络D/A转换器
位数比较多时问题更突出。难以在极为宽广的阻值范围内保证每个电阻
都有很高的精度，对制作集成电路不利且影响转换器精度。
总结
权电阻网络DAC：结构比较简单，所用电阻元件数很少。
但各个电阻阻值相差较大，尤其在输入信号位数比较多时
问题更突出，影响转换器精度。
开关树型DAC
分压器型
双积分型ADC
间接ADC
权电容网络DAC
V-F变换型ADC
总结
1. DAC：数模转换器
ADC：模数转换器
2. DAC的分类、ADC的分类
D/A转换器的应用
以AD7520为例，介绍D/A转换器的应用。
AD7520是一种10位CMOS型的D/A转换集成
芯片，与微处理器完全兼容。该芯片以接口
1
对于n位D/A转换器，分辨率也可表示为：分辨率= 。如10位D/A转换器
2 −1
1
的分辨率为 10
2 −1
=
1
1023
≈ 0.001。DAC输入位数n越多，电路的分辨率越高。
分辨率体现D/A转换器对输入微小量变化的敏感程度。
4. 转换速度：指从输入数字量到转换成稳定的模拟输出电压所需要的时间。

模拟量与数字量转换-电子技术_图文

模拟量与数字量转换-电子技术_图文

增益误差
非线性误差
二、 D/A转换器的构成
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 变的。
设RF=R/2
对于权电阻DAC而言，n位二进制数转换 为模拟量：
输出模拟电压的大小直接与输入 二进制 数的大小成正比，实现了数字量 到模拟量的 转换 。
集成ADC0809： 8位、前置8选1模拟开关、 后置三态输出数据锁存器，
另有相应的控制端，便于程序控制，易于直接微机 。
思考题 1、DAC和ADC有什么用途? 2、 R-2R T形电阻网络有什么特点？ 为什么通常采用R-2R T 形电阻网络DAC而不用权电阻DAC? 3、什么是DAC、 ADC的分辨率和转换精度？ 4、比较并联比较型ADC和逐次比较型DAC的优缺点?
将输入的每一位二进制代码按其权的大小转 换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟 量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比 ，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。
基本原理
转换特性
D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字 量之间的转换关系。图示是输入为3位二进制数时的D/A转换 器的转换特性。理想的D/A转换器的转换特性，应是输出模
如果输入的是n位二进制数，则D/A转换器 的输出电压为：
第2节 A / D 转换器
A/D转换器的任务是将模拟量转换 成数字量,它是模拟信号和数字仪器 的接口。
一、 A/D转换器的基本原理
模数转换一般分为取样、保持和量化、编码两步进行。
时间上和量值上都连续
模拟信号
时间上和量值上都离散
数字信号
编码 取样
取样和保持是由取样－保持电路完成的。
vI S(t)

模拟量与数字量的转换

模拟量与数字量的转换

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：
uo
RF I
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
数
DAC
字
控
制
计
算
机
ADC
多 路
功率放大
执行机构
开
…
…
关
功率放大
执行机构
加热炉
…
加热炉
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

微型计算机原理及应用第12章AD及DA转换

微型计算机原理及应用第12章AD及DA转换

31
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。 至此，即完成了A/D转换的全过程，将 各采样点的模拟电压转换成了与之一一对应的 二进制数码。
32
实现A/D转换的方法很多，常用的有逐次逼近法、 双积分法及电压频率转换法等。 . 逐次逼近法A/D转换器 逐次逼近法A/D转换是一个具有反馈回路的闭路系 统。A/D转换器可划分成3大部分：比较环节、控制环节 、比较标准(D/A转换器)。 下 图就是逐次逼近法A/D转换器的原理电路。其主 要原理为：将一个待转换的模拟输入信号VIN与一个“推 测”信号V1相比较，根据推测信号是大于还是小于输入 信号来决定减小还是增大该推测信号，以便向模拟输入 信号逼近。推测信号由D/A变换器的输出获得，当推测 信号与模拟输入信号“相等”时，向D/A转换器输入的 数字即为对应的模拟输入的数字。 33
17
2.1 8位数模转换器DAC0832 例2 用DAC0832控制绘图仪 X-Y绘图仪由X、Y两个方向的电机驱动，其中一个电
机控制绘图笔沿X方向运动,另一个电机控制绘图笔沿Y方 向运动，从而绘出图形。因此对X-Y绘图仪的控制有两点 基本要求：一是需要两路D/A转换器分别给X通道和Y通道 提供模拟信号，二是两路模拟量要同步输出。
28
29
保持
所谓保持，就是将采样得到的模拟量值 保持下来，即是说，s(t)=0期间，使输出不是 等于0，而是等于采样控制脉冲存在的最后瞬 间的采样值。可见，保持发生在s(t)=0期间。 实际中进行A/D转换时所用的输入电压，就是 这种保持下来的采样电压，也就是每次采样结 束时的输入电压。
30
量化和编码
stack segment stack stack dw 32 dup(0) ends segment proc far assume ss：stack，cs：code „„ MOV DX，380H INC AL OUT DX，AL PUSH AX MOV AH，11 ；11号功能调用 INT 21H CMP AL，0 ；有键入AL=FFH，无键入AL=0 POP AX JE AGAIN ；无键入继续 ret endp ends end start

第12章 数模与模数转换

第12章 数模与模数转换

d0
d1
输入
…
dn－1
uo 或 io D / A 输出
uo Ku (dn1 2n1 dn2 2n2 d1 21 d0 20 )
2019/11/17
电子技术（电工学Ⅱ） 第12章 数/模与模/数转换
9
普通高等教育“十二五”规划教材
机械工业出版社
§12.2.1 数/模转换电路的基本概念
2019/11/17
电子技术（电工学Ⅱ） 第12章 数/模与模/数转换
2
普通高等教育“十二五”规划教材
机械工业出版社
§12.1 数/模与模/数转换的基本概念
作用在被控对象上的信号通常也是模拟信号，这就需 要将计算机处理过的数字信号再转换为模拟信号，才能作 用于被控制对象，这种把数字量转换成相应的模拟量的过 程叫做数/模转换，其相应的转换电路叫做数/模转换器 （Digital-Analog Converter， DAC）。数字控制系统框图 如图12-1所示。
2019/11/17
电子技术（电工学Ⅱ） 第12章 数/模与模/数转换
22
普通高等教育“十二五”规划教材
机械工业出版社
§12.2.3 D/A转换器主要技术指标
3.转换速度 D/A转换器从输入数字量到转换成稳定的模拟输出电压所
需要的时间称为转换速度。 不同的DAC转换速度亦不同，一般约在几微秒到几十微秒
2019/11/17
电子技术（电工学Ⅱ） 第12章 数/模与模/数转换
3
普通高等教育“十二五”规划教材
机械工业出版社
§12.1 数/模与模/数转换的基本概念
图12-1 数字控制系统框图
2019/11/17
电子技术（电工学Ⅱ） 第12章 数/模与模/数转换

模拟量转数字量万能公式

模拟量转数字量万能公式

模拟量转数字量万能公式在咱们的科技世界里，有一个特别神奇的概念，叫做“模拟量转数字量”。

这玩意儿听起来好像挺复杂，挺高大上的，但其实啊，它就像我们学骑自行车，一开始觉得难，掌握了窍门之后就会发现，也就那么回事儿。

我记得有一次，我在一个电子实验室里，看到一群学生正在为这个问题抓耳挠腮。

他们面前摆着各种仪器，眼神里充满了困惑和迷茫。

其中有个叫小明的同学，那着急的样子，就像是热锅上的蚂蚁。

咱们先来说说啥是模拟量。

简单来讲，模拟量就像是一条连续不断的河流，它的数值可以在一定范围内任意变化，没有固定的间隔或者台阶。

比如说，温度、压力、声音的强弱，这些都是模拟量。

那数字量呢？数字量就像是一级一级的台阶，它的数值是离散的，只能是一些特定的值。

比如说，咱们电脑里存储的数字 0 和 1 ，就是典型的数字量。

那为啥要把模拟量转成数字量呢？这就好比我们要把一条流淌的河，变成一段一段的水池子，这样我们的电脑啊、电子设备啊，才能更好地处理和理解这些信息。

这时候，咱们就得提到那个传说中的“万能公式”啦！其实啊，它并不是一个真正像数学公式那样写在纸上就能套用的式子，而是一套方法和思路。

比如说，咱们要测量一个温度。

温度是模拟量，那怎么转成数字量呢？首先，咱们得确定一个测量的范围，比如说 0 到 100 度。

然后，我们把这个范围分成很多小的区间，假设分成 1000 个区间。

每个区间就代表一个数字值。

这时候，我们用一个传感器来测量温度，传感器会把温度的变化转化成电信号。

然后通过一个叫做 ADC（模数转换器）的东西，把这个电信号转换成数字信号。

这个 ADC 就像是一个神奇的魔法盒子，能把模拟的东西变成数字的。

但是这里面可有点小讲究哦。

比如说，这个 ADC 的精度，精度越高，转换出来的数字量就越准确。

就像你用一把刻度很精细的尺子去测量东西，肯定比用一把粗糙的尺子准得多。

再比如说，采样频率也很重要。

采样频率就像是你拍照的快门速度，速度越快，就能捕捉到更多的细节。

模拟量与数字量的转换

模拟量与数字量的转换
1.T型电阻网络数模转换器
如图12.1所示为4位T型电阻网络数模转换器电路，由T型电阻网络、模拟电子开关、运算放大器和基准电压等部分组成。T型电阻网络可应用戴维南定理和叠加定理逐步化简，从而求得输出电压为：
RU
"o"■"(d电'd212"d尸・d0R)
如果输入的是n位二进制数，且R■3R,贝上f
u■■UR(d*n・■d*nw■…■d■Ri■d■RO)
解数模转换器的输出电压uo为：°
uHIUR(d0■d*2■d*1■d*0)
o243210
式中d■Q，d■Q，d■Q，UBIEV，随着计数脉冲C的变化，输出电压332211R
uo的值如表12.1所示。由表12.1可知输出电压uo的最大值为4.6875V，输出电压uo随计数脉冲C变化的波形如图12.7所示。°
第
12.1
（1）理解数模与模数转换的基本原理。
（2）了解常用数模与模数转换集成芯片的使用方法。
12.2
本章重点：
（1）数模转换器的工作原理。
（2）模数转换器的工作原理。
பைடு நூலகம்本章难点：
（1）逐次逼近型模数转换器的构成。
（2）逐次逼近型模数转换器的工作原理。
本章考点：
（1）T型电阻网络数模转换器的分析。
（2）数模转换器输出电压的计算。
12.2.2
模数转换器是将输入的模拟信号转换成一组多位的二进制数字输出的电路，结构类型很多。常用的逐次逼近型模数转换器的分辨率较高、转换误差较低、转换速度较快，一般由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、数模转换器和电压比较器等几部分组成，如图12.3所示。
图12.3逐次逼近型模数转换器的原理框图
逐次逼近型模数转换器的工作原理类似于用天平称量物体的质量。转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为100…0。这个数码被数模转换器转换成相应的模拟电压u,送到比较器中与u.

模拟量和数字量的转换

模拟量和数字量的转换

OE
CLK: 时钟输入端 A0 、A1 、A2 ：8路模拟开关 的3位地址选通输入端。 VCC : 主电源输入端
GND：接地端
CL K VCC VREGF N(+D)
B1
1
28
2
27
3
26
4
25
5
24
6
23
ADC
7
22
8 0809 21
9
20
1019Biblioteka 111812
17
13
16
14
15
IN2 IN1 IN0 A0 A1 A2
A/D转换其实就是对采样信号进行量化和编码， 并最终输出二进制数码的过程。
模拟量和数字量的 转换
（2）逐次逼近A/D转换器
工作原理
3.2V uI
8V D/A
比
较
器
10
转换开始前，
先将逐次逼近寄
存器清零
转换控制信号
MSB 1000 LSB
逐次渐近 寄存器
MSB
LSB
并行数字输出 1000
参考 电源
时钟 信号
模拟量和数字量的 转换
一、任务目标
➢掌握D/A和A/D转换电路的 原理 ➢了解常用集成A/D和D/A 芯片的使用及性能参 数
模拟量和数字量的 转换 二、相关知识 （一）D/A转换器 （1）D/A转换器的基本原理 功能：把数字量转换成与其成一定比例关系的模拟量
要求：输出的模拟量与输入的数字量成正比。
CS ：输入寄存器选择信号 D13
WR1 ：输入寄存器写选通
D12
信号
D11
XFER ：数据传送信号 D10 (LSB)

模拟量转换数字量公式

模拟量转换数字量公式

信号的变换需要经过以下过程：物理量－传感器信号－标准电信号－A/D转换－数值显示。

声明：为简单起见，我们在此讨论的是线性的信号变换。

同时略过传感器的信号变换过程。

假定物理量为A，范围即为A0－Am，实时物理量为X；标准电信号是B0－Bm，实时电信号为Y；A/D转换数值为C0-Cm，实时数值为Z。

如此，B0对应于A0，Bm对应于Am，Y对应于X，及Y=f(X)。

由于是线性关系，得出方程式为Y=(Bm-B0)*(X-A0)/(Am-A0)+B0。

又由于是线性关系，经过A/D转换后的数学方程Z=f(X)可以表示为Z=(Cm-C0)*(X-A0)/(Am-A0)+C0。

那么就很容易得出逆变换的数学方程为X=(Am-A0)*(Z-C0)/(Cm-C0)+A0。

方程中计算出来的X就可以在显示器上直接表达为被检测的物理量。

5、PLC中逆变换的计算方法以S7-200和4－20mA为例，经A/D转换后，我们得到的数值是6400－32000，及C0=6400，Cm=32000。

于是，X=(Am-A0)*(Z-6400)/(32000-6400)+A0。

例如某温度传感器和变送器检测的是-10－60℃，用上述的方程表达为X=70*(Z-6400)/25600-10。

经过PLC的数学运算指令计算后，HMI可以从结果寄存器中读取并直接显示为工程量。

用同样的原理，我们可以在HMI上输入工程量，然后由软件转换成控制系统使用的标准化数值。

在S7-200中，(Z-6400)/25600的计算结果是非常重要的数值。

这是一个0－1.0（100％）的实数，可以直接送到PID指令（不是指令向导）的检测值输入端。

PID指令输出的也是0－1.0的实数，通过前面的计算式的反计算，可以转换成6400－32000，送到D/A端口变成4－20mA输出。

1.自己写转换程序。

2.需要注意你的模拟量是单极性的还是双极性的。

函数关系A＝f（D）可以表示为数学方程：A＝（D－D0）×（Am－A0）／（Dm－D0）＋A0。

第12章模拟量和数字量的转换

第12章模拟量和数字量的转换
No Image
线性度是指转换器的非线性误差，产生非线性误差的 原因一般是由各模拟通路的偏差和压降不同造成的。
3.输入数字电平和输出电平
输入数字电平是指输入的数字信号分别为0和 1时所对应的输入高、低电平的值，不同的转换器 该值略有区别。输出电平是指输出电压的最大值， 不同型号的转换器该值的相差较大，其中高压输 出型的可达30V，电流输出型的可达3A。
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，而后根据电流
分流公式得出各支路的电流：
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由此可得出电阻网络的输出电流
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如果输入的是n位二进制数，则
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当取RF＝R时，则上式为
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与T形电阻网络的输出电压相同。
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12.1.2数—模转换器的主要技术指标
1.分辨率 分辨率是指转换器的最小输出电压与最大输出电压之比。
当输入的数字量为1时（仅最低位为1，其余各位 全部为0），输出最小，当输入的数字量各位全部为1 时，输出最大，此二者之比即为分辨率，例如10位 DAC转换器的分辨率为：
1/（210-1）≈0.001 有时也用输入信号的有效位数来表示分辨率，有 效位数越多分辨率就越高。显然分辨率越高，转换的 精度就越高。但分辨率越高其转换电路就越复杂。
4.工作温度范围 温度的高低将直接影响到转换器的精度指标，
好的产品工作温度可在-40 ℃ ~150℃之间。
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12.1.3 数—模转换器的主要产品介绍
Image
如果输入的是n位二进制数，则
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当取RF＝3R时，则上式为
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郑学坚《微型计算机原理及应用》课后习题详解(A D及D A转换器)【圣才出品】

郑学坚《微型计算机原理及应用》课后习题详解(A D及D A转换器)【圣才出品】

第12章A/D及D/A转换器1．什么是A/D，D/A转换器？答：A/D转换器是将模拟量转换成数字量的器件；D/A 是将数字量转换成模拟量信号的器件。

2．A/D和D/A转换器在微型计算机应用中起什么作用？答：微型计算机只能对二进制数字形式表示的信息进行运算和处理，其运算和处理的接果也是数字量，但用微机进行自动测量、监控等系统中遇到的变量大部分是模拟量，这些模拟量必须转变成计算机能够接收的数字量，这个过程为模/数转换，完成这个转换的装置为模/数转换器（ADC）。

反之计算机运算、处理的结果也不能直接去控制执行部件，因为各种执行部件要求的控制信号一般也是模拟量，因此需要将计算机输出的数字量控制信号转变成执行部件所需的模拟量，这个转换过程为数/模转换，完成这个转换的装置为数/模转换器（ADC）。

3．D/A转换器的主要参数有哪几种？参数反映了D/A转换器什么性能？答：D/A转换器的主要参数有：（1）分辨率：最小输入电压与最大输出电压之比。

也可用输入数字量的位数表示。

（2）转换精度：①当满刻度数字量输入时，模拟量输出的实际值与理论值之差（绝对精度）；②在转换范围内，对应于任一数字量输入，其模拟量输出的实际值和理论值之差。

（3）建立时间：输入数字量为满刻度时（各位全1），从输入加上到输出模拟量达到满刻度值或满刻度值的某一百分比（如90%）所需的时间。

若输出形式是电流，其D/A转换器的建立时间很短；若输出形式是电压，其D/A转换器的主要建立时间是输出运算放大器所需要的时间。

4．A/D转换器的主要参数有哪几种？参数反映了A/D转换器什么性能？答：A/D转换器的主要参数有：（1）分辨率：转换器对输入电压微小变化响应能力的量度。

由于分辨率与转换器的位数有直接关系，所以也常以A/D转换位数表示分辨率。

（2）精度：A/D转换器的精度是指数字量所对应的模拟输入量的实际值与理论值之间的差值（绝对精度）。

在整个转换范围内，任一个数所对应的实际模拟输入电压与理论输入电压的差（相对精度）。

模拟量与数字量转换

模拟量与数字量转换

第三次 加2克 砝码总重 > 待测重量Wx ，故撤除 12 克
第四次 加1克 砝码总重 ＝ 待测重量Wx ，故保留 13 克
ui
uo
电压比 较器
M
原理 框图
数模转换器
数字量输出
逐次逼近比较器
控制电路
顺序脉冲发生器
时钟脉冲
1
2
3
4
5
CP
ui
uo
3位数模转换器
01
01 QA
RA SA
01 QB
RB SB
比较器输入 编码器输出 A B C D E F G D2 D1 D0 11 1 11 1 1 1 1 1 1 11 11 1 0 1 1 0 111110 0 1 0 1 11 1 100 0 1 0 0 1 11 00 0 0 0 1 1 1 1 0 00 0 0 0 1 0 100000 0 0 0 1 0 00 00 0 0 0 0 0
13
D7
12
Iout1
11
Iout2
DAC 0832 管脚分布图
ILE
CS WR1 XFER WR2
D...... 7
八位 输入
寄存器
D0
(1)
&
1
1
八位 输入 寄存器
(2)
VCC
UR
八位 Rfb
A/D Iout1 变换器 Iout2
－
u ＋
＋
o
AGND
DGND
DAC 0832 简化电路框图
三、 DAC的主要性能指标
（1）分辨率指分辨最小电压的能力。常用最小输出 电压和最大输出电压之比。即1/（2n-1），有时也用 输入数字量的有效位数来表示分辨率。

PLC模拟量与数字量之间的转换

PLC模拟量与数字量之间的转换

1、逐渐逼近式A/D转换器
A/D转换器有直接转换法和间接转换法两大类。
直接法是通过一套基准电压与取样保持电压进行比 较，从而直接将模拟量转换成数字量。其特点是工作 速度高，转换精度容易保证，调准也比较方便。直接 A/D转换器有计数型、逐次比较型、并行比较型等。
间接法是将取样后的模拟信号先转换成中间变量 时间t或频率f, 然后再将t或f转换成数字量。其特点是 工作速度较低，但转换精度可以做得较高，且抗干扰 性强。间接A/D转换器有单次积分型、双积分型等。
SAR寄存器中的二进制码就是ADC的输出。
ACD1143及其应用 ACD1143是一个16位逐次逼近式A/D转换器。 主要特性： ① 16位高分辨率 ② 转换时间 ADC1143J最大转换时间为70μs
ADC1143K最大转换时间为100μs
③ 自带参考电源和时钟脉冲 ④ 低功耗 当VS=±15V时，最大功耗为175mW
换速度。
A／D转换器的类型较多。按其转换输出数据的方式，可分 为并行和串行两种，其中并行又分为8位、10位、14位和16位 等；按其转换原理可分为逐次逼近式和双积分式等。
并行与串行ADC各有其优势。并行ADC占用较多的数据线， 具有输出速度快的优点，在转换位数较少时具有很高的性价比。 串行ADC占用的数据线少，转换速度慢，但它也有自身的优点： 一是便于信号隔离，只需少数几路光电隔离器件就可以实现电 气隔离，在转换位数较多的情况下具有较高的性价比；二是其 芯片小、引脚少，便于线路板的制作。
逐次逼近的方法ADC的内部主要由逐 次逼近寄存器SAR、D／A转换器、电压比 较器和一些时序控制逻辑电路等组成。其
原理框图如图1所示：
图1 逐次逼近式A/D转换器
其工作原理非常类似于用天平称重。在转换 开始前，先将SAR寄存器各位清零，然后设其最 高位为1（对8位来讲，即为10000000B）―就像 天平称重时先放上一个最重的砝码一样，SAR中 的数字量经D/A转换器转换为相应的模拟电压VC， 并与模拟输入电压VX进行比较，若VX≥VC，则 SAR寄存器中最高位的1保留，否则就将最高位清 零(若砝码比物体轻就要保留此砝码，否则去掉此 砝码)。然后再使次高位置1，进行相同的过程直 到SAR的所有位都被确定。转换过程结束后，

模拟量和数字量的转换

模拟量和数字量的转换

图10.6 ADC0809符号图
10.1.4 A/D转换器的主要技术指标
1. 分辨率与量化误差
A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示， 位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟 电压的变化范围为0～5V，输出8位二进制数可以分辨的 最小模拟电压为5V×2-8＝20mV；而输出12位二进制数 可以分辨的最小模拟电压为5V×2-12≈1.22mV。
EOC——转换结束信号输出端，开始转换时为低电 平，转换结束时为高电平。
REF（+）——基准电压正极，为5V。 REF（）——基准电压负极，为0V。 D0～D7——8位数字输出端。 CLOCK——时钟信号输入端，时钟频率不应高于100kHz。 ENABLE——输出允许端，它控制ADC内部三态输出缓冲 器。当其为0时，输出为高阻态，当其为1时，允许缓冲器 中的数据输出。
采样的宽度往往是很窄的，而每次把采样电压转换 为相应的数字量都需要一定的时间，所以在每次采样以 后，必须把采样电压保持一段时间以保证采样过程的实 施。通常将需要的采样结果存储起来，直到下次采样到 来所示，。这个过程称做保持。保持信号波形us(t)如图10.2（c）
图10.2 信号的采样和保持过程 （a）原始信号；（b）采样信号；（c）保持信号
图10.5 ADC0809的原理框图
ADC0809的符号图如10.6所示，各端子的功能如下：
IN-0~IN-7——8路模拟量输入端。
ADD-C，ADD-B，ADD-A——地址线，ADD-C 为 最高位，根据其值选择一路输入信号进行A/D转换。
ALE——地址锁存允许信号输入端，高电平有效。
START——A/D转换启动信号输入端，当其为高电 平时，开始转换。
例如把0～+1V的模拟电压 转换成3位二进制代码，则最简 单的方法是取=1/8V，并规定凡 数值在0～1/8V之间的模拟电压 量化时都当做0· ，用二进制数 000表示；凡数值在1/8～2/8V之 间 的 模 拟 电 压 都 当 做 1 · 对 待 ， 用二进制001表示，依次类推， 7/8～1V之间的模拟电压则当做 7·，如图10.3所示。不难看出，

第12章 数模模数转换

第12章 数模模数转换

模拟电压 二进制编码 代表的模拟电压电平
1V
111
7＝14/15 V
13/15 V
110
6＝12/15 V
11/15 V
101
5＝10/15 V
9/15 V
100
4＝8/15 V
WR1：输入数据选通信号，低电平有效。（
上升沿锁存）
XFER：数据传送选通信号，低电平有效。 WR2：数据传送选通信号，低电平有效。（
上升沿锁存）
IOUT1：DAC输出电流1。当DAC锁存器中为全1时，IOUT1最大（满 量程输出）；为全0时，IOUT1为0。
IOUT2：DAC输出电流2。它作为运算放大器的另一个差分输入 信号（一般接地）。满足 IOUT1+IOUT2 ＝
①D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数－－可用输 入数字量的位数n表示D/A转换器的分辨率；
②可用D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比来表 示分辨率。
分辨率
U
Um
1 2n 1
分辨率越高，转换时对输入量的微小变化的反应越灵敏。 而分 辨率与输入数字量的位数有关，n越大，分辨率越高。
2. )转换误差
为模拟信号（IOUT1+IOUT2）输出。
DAC0832 的使用有双缓冲器型、单缓冲器型和直通型三
种工作方式。
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：适合在不要求多片D/A同时输出时。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。 （c）直通方式：输出随输入的变化随时转换。

电工电子技术第十二章数模(DA)和模数(AD)转换

电工电子技术第十二章数模(DA)和模数(AD)转换
图12-5 取样保持电路
• 当CP=1时，采样开关S接通，u(t)信号被采样， 并送到电容C中暂存。
• 当CP=0时，采样开关S断开，前面采样得到的电 压信号在电容C上保持，直到下一个CP=1信号到 来，在对新的电压信号进行采样。
其过程如图12-6所示。图中Ui为模拟输入信号，CP为取样信号，U0为取样后输出信 号。由图分析可得取样定理：设取样信号S（t）的频率为fs，输入模拟信号ui(t)的最 高频率分量的频率为fimax,则fs与必须满足下面的关系式
• 转换时间是指D/A转换器从输入数字信号开 始到输出模拟电压或电流达到稳定值时所 用的时间。转换时间越小，工作速度就越 高。
12.2.3集成D/A的应用
D/A的集成器件有很多产品，现以D/A0832为例，讨论集成D/A的电路结构和应用方面的 一些问题。
D/A0832采用CMOS工艺，是具有20个引脚的双列直插式单片八位D/A转换器，其结构 如图12-3（a）所示。
若用精确度百分比表示，即
精确度
最大误差 输入模拟量满量程读数
一般A/D的精度为±0.02％，当输入模拟量满量程为10V时，其最大误差为10V的万 分之二，即2mV。
3.转换速度。转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换 控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。采用不同 的转换电路，其转换速度是不同的。
• 将数字量转换为模拟量的装置称为数／模转换器，简称 D/A或DAC；将模拟量转换成数字量的装置称为模/数转换 器，简称A/D或ADC。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）
• D/A转换器是用来将一组二进制代码转换成 相应电压值的装置。常用的D/A转换器有T 型电阻网络、倒T型电阻网络D/A转换器、 权电阻网络D/A转换器、权电流型D/A转换 器及权电容网络D/A转换器等几种类型。
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数—模转换装置输出的模拟量A就是和输入的数字量D 成正比例的电压或电流信号。即A=KD，其中的K称为转换 比例系数。
以十位DAC为例，输入的是十位二进制代码，共有210
种组合。若输出电压的最大值为5V，则该转换器所能转换
出的最小电压为
5 210
1

5，其V 转换步距也为
1023
，5 显V 然
1023
（3）电压比较器。将数据寄存器中数据对应的电压 与输入电压比较，输出结果用于修改数据寄存器中的 数据。 （4）控制逻辑及时钟。用于实现整机的逻辑控制。 2. 工作过程
FF8－FF1组 成8位数据寄
存器
10个D触发器接成环形 移位寄存器
假设输入电 压uI＝149 V
第Q因8此一－第据1u个9QC二寄2＝C1V为P个存0到，，1C器0来P保大0的到0时留于0状来0，。，0态时0W不为，，8保＝1Wu1留I10与7，0＝。01其02108，余0v，其比W该余较i均数W，为据i小均0使于为，u，0D。＝数
CP为高电平时，S闭合； CP为低电平时，S断开。
S是电子开关
L是开关的 驱动电路
当S闭合时，A1和A2均工作在电压跟随器状态，所以 uo＝u/o＝uI，电容上的电压uC＝uI；当S断开时，由于Ch 上的电压不变，所以输出电压uo的数值得以保持不变。
采样定理：当采样频率不小于输入模拟信号频谱 中最高频率失的采原两样信倍信号时号的，是信采否息样会呢信丢？号可以 不失真地恢复为原模拟信号。
2.转换精度和线性度 转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想
值之差，即最大静态转换误差。这误差和运放的 零点漂移、模拟开关的压降以及电阻阻值的偏差 等很多原因引起的。
线性度是指转换器的非线性误差，产生非线性误差的 原因一般是由各模拟通路的偏差和压降不同造成的。
3.输入数字电平和输出电平
输入数字电平是指输入的数字信号分别为0和 1时所对应的输入高、低电平的值，不同的转换器 该值略有区别。输出电平是指输出电压的最大值， 不同型号的转换器该值的相差较大，其中高压输 出型的可达30V，电流输出型的可达3A。
数十 ns
数十 s 数十 ms
12.2.3 常用ADC简介
目前常用ADC大多是单片集成转换器，种类很多。 1.ADC0800系列
ADC0800系列属逐次比较型比较器，如ADC0801， ADC0804，ADC0809等，可把输入模拟信号转换为8 位数字信号输出。
ADC0809片内有带锁存功能的8路模拟开关，可实 现对8路输入模拟电压进行分时转换，输出采用TTL三 态锁存缓冲器，可直接与外部数据总线连接。采用28 脚双列直插封装，其外引线排列图如图所示。
电路和转换控制电路构成，采用20脚双列直插封装，
芯片外接集成运放，将转换成的模拟电流信号放大后
变成电压信号输出。
图12-5 DAC0830系列的外引线排列图
2.集成DA7520

集成DA7520和前述0830系列不同的是其电路只包
含转换网络和模拟电子开关。是10位CMOS电流开关
型转换器，其结构简单，通用性好。DA7520的外引线
…
Dn-1 Dn-2
D1 n 位二进制数输出 D0 D = Dn-1 Dn-2 D1 D0
]”表示取整。
△ 称为 ADC 的单位量化电压或量化单位， 它是 ADC 的最小分辨电压。
可见，输出数字量 D 正比于输入模拟量 uI 。
A /D 转换的一般步骤
输入模拟量
uI(t)
SC
uI(t)
采样保持电路
量化 编码
电路
…
输出数字量
Dn-1 DD10
采样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。 保持：保持采样信号，使有充分时间转换为数字信号。 量化：把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的
整数倍表示。 编码：把量化的结果用二进制代码表示。
2.集成采样－保持器LF198
A1，A2是网络的输出电流 如果输入的是n位二进制数，则 当取RF＝R时，则上式为 与T形电阻网络的输出电压相同。
12.1.2数—模转换器的主要技术指标
1.分辨率 分辨率是指转换器的最小输出电压与最大输出电压之比。
当输入的数字量为1时（仅最低位为1，其余各位 全部为0），输出最小，当输入的数字量各位全部为1 时，输出最大，此二者之比即为分辨率，例如10位 DAC转换器的分辨率为：
集成运放的输出
模拟电压为U0 如果输入的是n位二进制数，则
如果输入的是n位二进制数，则
当取RF＝3R时，则上式为
例如对四位的数—模转换器而言：
R—2RT形电阻网络数—模转换器的优点是它只 需及和2只两种阻值的电阻，这对选用高精度电阻和 提高转换器的精度都是有利的。
2.倒T形电阻网络数—模转换器
电路组成与转换原理
4.工作温度范围 温度的高低将直接影响到转换器的精度指标，
好的产品工作温度可在-40 ℃ ~150℃之间。
12.1.3 数—模转换器的主要产品介绍
1. DAC0830系列

DAC0830系列是8位分辨率的集成DAC转换电路，
包含转换电路和外围电路，具有双缓冲结构，内部主
要由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位DAC转换
T形电阻网络：当输入的数字信号的某一位为“1”
时，开关接到参考电压UR上，为“0”时接地，这个T 形电阻网络开路时的输出电压UA(未接运算放大器时) 可以应用叠加原理进行计算。
即分别计算只当d0＝1、dl＝l、d2＝l、d3＝l(其余位 为0)时的电压分量，而后叠加得到UA。
应用叠加原理将这四个电压分量叠加，得出T形电 阻网络开路时的输出电压UA，等效内阻(除去电源后开 路网络的等效电阻)为R。
D0
D1
D2
D3 iΣ
RF
-
△
∞ +
uO
0 10 10 10 1 +
S0
S1
S2
S3
2R 2R I0 2R I12R I22R I3
R
R
R
I0
I1
I2
I3
I
VREF
地关打；电向模打压哪拟向由转一开“倒换侧关0”电，TS侧路i倒型打时(电T简向，阻型称“相网电1I应络/”阻U、侧网2转R模时络换支拟，均电路开相可路接关应等)组地和效2成R。一为。故个支下电无路图流论接：虚开
2R 2R I0 2R I12R I22R I3
R
R
R
I0
I1 A I2 B I3 C I
VREF
1)从 A、B、C 节点向左看去，各节点对地的等效电阻均为 2R。
2)不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端(虚地)或接
“地”(也就是不论输入信号是1或是0)，各支路的电流是不变的。
因此，从参考电压端输入的电流为IR＝ 分流公式得出各支路的电流：
0
111 7 = 7/8V 110 6 = 6/8V 101 5 = 5/8V 100 4 = 4/8V 011 3 = 3/8V 010 2 = 2/8V 001 1 = 1/8V 000 0 = 0V
最大量化误差 = = (1/8)V
(15/15)V
111
(13/15)V
110 (11/15)V
第12章 模拟量和数字量的转换
为何要进行数模和模数转换？
数字量
数字量
模拟量
模拟量
传感器 被控对象 自然界物理量
第12章 模拟量和数字量的转换
定义：能将模拟量转换为数字量的装置称为模—数转换器， 简称A/D或ADC；能将数字量转换为模拟量的装置称为数— 模转换器，简称D/A或DAC。ADC和DAC是模拟电路和数字 电路的接口，是联系模拟系统与数字系统的“桥梁”。
1/（210-1）≈0.001 有时也用输入信号的有效位数来表示分辨率，有 效位数越多分辨率就越高。显然分辨率越高，转换的 精度就越高。但分辨率越高其转换电路就越复杂。
表12-1 不同DAC转换器的分辨率
转换器输入数字量的位数
分辨率
4
1/15
8
1/255
10
1/1023
12
1/4095
16
1/65535
特点：
由于要两次积分，因此双积分型ADC转换器的转 换速度较低，但转换数字量位数n增加时，电路复杂程 度增加不大，易于提高分辨率，其通常用在对速度要 求不高的场合，如数字万用表等。
具体电路略
双积分型ADC转换器原理图
(二) 主要参数
1. 分辨率
指 ADC 输出数字量的最低位变化一 个数码时，对应输入模拟量的变化量。
101 (9/15)V
100
(7/15)V 011
(5/15)V
010 (3/15)V
001
(1/15)V 0
000
最大量化误差
= /2 = (1/15)V
7 =14/15V 6 = 12/15V 5 = 10/15V 4 = 8/15V 3 = 6/15V 2 = 4/15V 1 = 2/15V 0 = 0V
排列图如图12.6所示。
图12.6 DA7520的外引线排列图
12.2 模-数转换器
模-数转换一般要经过采样、保持、量化和编码4 个步骤。目前用的较多的是逐次逼近型、双积分型和 电压频率变换型转换器等。
1.A /D 转换的基本原理和一般步骤
模拟输 入信号
uI
D


uＩ
ADC “[
第12章 模拟量和数字量的转换
本章基本要求：
理解数模和模数转换器的概念和作用。 了解数模转换的基本原理。 了解 R - 2R 倒 T 形电阻网络 D/A 转换器的电路与工作 原理。 了解常用 D/A 转换器的类型和主要参数。 了解模数转换的基本原理。 了解常用 A/D 转换器。 了解 A/D 转换器的主要参数。