数字电子技术第11章 数模和模数转换

VREF IOUT2
12
R1b 9 LE
11 I OUT1 RFB
3 A GND 20
Vcc
WR2 18 17 XFER
10 D GND DAC0832的内部结构与引脚图
双缓冲方式（单DAC）
输出电路 数 单极性输出 字
量 输 入
0832
i
R
+
VOUT
VOUT = - iR
数 字 量 输 入
i
0832
②单缓冲方式：
• ILE接高电平；CS、 WR1、WR2、 XFER接控制输出 端（连接方式有多 种形式）； • 当对DAC0832进行 写操作时（执行 OUT指令），数字 量直接被转换成模 拟量。
地址总线
地址 译码
Vcc WR2 WR1 CS IOUT1 XFER IOUT2
＋5V
WR IO/M D7-D0
典型的DA转换器
AD7524 DAC0832 DAC1210
AD7524
数 据 总 线
地 址 总 线
利用AD7524产生锯齿波、三角波、 方波和正弦波
编程实现输出从0到4.98V线形增长的周期性锯齿波 编程实现输出0.5V到2.5V的三角波 如何输出方波？ 如何输出正弦波？
DAC0832
主要参数 引脚图 工作方式
DA转换的基本原理 DA转换器的性能指标 典型的DA转换器
DA转换的基本原理
利用权电阻网络和运算放大器实现
输出电流Io的计算
I o d1 I1 d 2 I 2 d 3 I 3 d 4 I 4 VR VR VR VR d1 d2 d3 d4 R 2R 4R 8R 2VR 1 2 3 4 (d1 2 d 2 2 d 3 2 d 4 2 ) R

9.3.5 双积分型A/D转换器
9.3.6 A/D转换器产品举例
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Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\…
9.3.1 并行比较型A/D转换器
基本原理
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Content:Ch9ADC and DAC\9.3 ADC\…
工程应用基础
①ADC0809
特点：
·属CMOS电路 ·8路模拟输入，8 bit 输出(3S门) ·与常用μP兼容
·采用逐次比较法，转换时间约100μs
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9.3.6 A/D转换器产品举例
工程应用基础
ΔUmax——最大绝对误差
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9.1.2 A/D转换基本原理
基础知识
★ A/D转换原理 ★ A/D转换参数
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9.1.2 A/D转换基本原理
★ A/D转换原理
基础知识
A/D转换——将模拟信号变换为数字信号
若参考量为R， 则 D≈A/R
9.1.2 A/D转换基本原理
★ A/D转换参数
基础知识
●转换时间——完成一次转换所用的时间
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9.1.2 A/D转换基本原理 ★ A/D转换参数
●转换速率——每秒转换的次数
基础知识
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9.2 D/A转换器
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9.1.1 D/A转换基本原理 ★ D/A转换参数

通过模数转换，将模拟信号转换为数字信号， 实现过程控制和反馈控制。
自动控制系统
通过模数转换，实现模拟信号与数字信号之 间的转换，构建自动控制系统。
05
数模和模数转换的挑战与未 来发展
精度和分辨率的提高
总结词
随着技术的发展，对数模和模数转换 的精度和分辨率的要求越来越高。
详细描述
为了满足高精度和分辨率的需求，需 要采用先进的工艺、算法和校准技术， 以提高转换器的性能。这涉及到对噪 声抑制、非线性校正等方面的深入研 究和技术创新。
重要性
实现数字信号和模拟信号之间的相互转换，使得数字系统和模拟系统能够进行有效 的信息交互。
在信号处理中，数模和模数转换是实现信号滤波、放大、调制解调等操作的基础。
在通信中，数模和模数转换是实现信号传输、编解码、调制解调等操作的关键环节。
历史背景
早期的数模和模数转换器主要依 赖于机械和电子元件，精度和稳
于长距离传输和低功耗应用。
Σ-Δ DAC
03
Σ-Δ DAC采用过采样和噪声整形技术，具有高分辨率和低噪声
的特点，适用于音频和其他高精度应用。
DAC的应用
音频处理
DAC可将数字音频信号转换为模拟音频信号，用 于音频播放和处理。
仪器仪表
DAC可用于将数字信号转换为模拟信号，实现各 种物理量的测量和输出。
测量仪器
ADC在测量仪器中应用广泛，如电压表、电 流表、温度计等。
控制系统
ADC在控制系统中用于实时监测和调节系统 参数，如工业控制、汽车电子等。
音频处理
ADC在音频处理中用于将模拟音频信号转换 为数字信号，便于存储、传输和处理。
04
数模和模数转换的应用场景
音频处理

2.量化与编码 输入模拟信号经采样后，变为在给定时刻上瞬时值所对应的
样值脉冲，还不是数字信号。还必须把每个样值脉冲转换成 与它的幅度成正比的数字量。 量化就是将采样保持后的信号转换为某个最小单位电压整数 倍的过程。将量化后的数值用一进制代码表示，即为编码。
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11.2 模/数转换器
第11章 数/模和模/数转换器
11.1 数/模转换器 11.2 模/数转换器
11.1 数/模转换器
11.1.1 T形电阻网络D/A转换器
数/模转换器输入的是数字量，输出的是模拟量。由于构成 数字代码的每一位都有一定的“权”，因此为了将数字量转 换成模拟量，必须将数字量中每一位代码按其“权”转换成 相应的模拟量，然后再将代表各位代码的模拟量相加即可得 到与该数字量成正比的模拟量。这就是构成数/模转换器的 基本思想。数/模转换的方法很多，倒T型电阻网络DAC是 常用D/A转换器之一。
③直到重量最轻的一个祛码也试过后，则天平上所有砝码的 重量总和就是待测物重量。
逐次逼近型模/数转换器的工作原理上与上述称物过程十分 相似。逐次逼近型模/数转换器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儿部分组成， 其原理框图如图11-10所示。
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11.2 模/数转换器
DAC0832芯片中无运算放大器，因此需外接运算放大器。 图11-5 返回
11.1 数/模转换器
11.1.3 DAC的主要指标
1.分辨率 分辨率是指D/A转换器最小输出电压与最大输出电压之比。 分辨率可表示为：
2.转换精度
转换精度是指D/A转换器实际输出的模拟电压与理论值之间 的最大误差。通常要求D/A转换器的误差小于ULSB/2。

数字电子技术模数与数模转换
11、战争满足了，或曾经满足过人的 好斗的 本能， 但它同 时还满 足了人 对掠夺 ，破坏 以及残 酷的纪 律和专 制力的 欲望。 ——查·埃利奥 特 12、不应把纪律仅仅看成教育的手段 。纪律 是教育 过程的 结果， 首先是 学生集 体表现 在一切 生活领 域—— 生产、 日常生 活、学 校、文 化等领 域中努 力的结 果。— —马卡 连柯(名 言网)
13、遵守纪律的风气的培养，只有领 导者本 身在这 方面以 身作则 才能收 到成效 。—— 马卡连 柯 14、劳动者的组织性、纪律性、坚毅 精神以 及同全 世界劳 动者的 团结一 致，是 取得最 后胜利 的保证 。—— 列宁 摘自要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！

非线性误差 D/A转换器实际传输特性曲线和平均传输特性曲线之间的 转换器实际传输特性曲线和平均传输特性曲线之间的 最大偏差.也称非线性度或线性度. 最大偏差.也称非线性度或线性度. 传输延迟 从数字输入变化到模拟输出,电流达到其最终值的90% 从数字输入变化到模拟输出,电流达到其最终值的 所需的时间. 所需的时间. 静态功耗 规定负载下,输入全" 和全 和全" 时所消耗的最大功率 时所消耗的最大功率. 规定负载下,输入全"0"和全"1"时所消耗的最大功率. 电源电压抑制比 单位电源电压变化所引起的模拟量输出的变化. 单位电源电压变化所引起的模拟量输出的变化.
高等学校电子教案: 高等学校电子教案:电路与模拟电子技术
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11.1 数/模(D/A)转换器(9) (D/A)转换器
第 十 一 章 模 拟 量 和 数 字 量 的 转 换
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倒置T型 倒置 型D/A转换电路 转换电路
R-2R T型D/A转换电路中 数字信号各位的传输时间不同 , 因 转换电路中,数字信号各位的传输时间不同 型 转换电路中 数字信号各位的传输时间不同, 而输出端会产生尖峰效应.倒置T型D/A转换电路可以克服这 而输出端会产生尖峰效应. 倒置 型 转换电路可以克服这 种缺点. 种缺点.
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11.1 数/模(D/A)转换器(3) (D/A)转换器 转换器(
第 十 一 章 模 拟 量 和 数 字 量 的 转 换
选择权电阻网络中电阻的阻值使流过该电阻的电流与该 电阻所在位的权值成正比.这样,从最高位到最低位, 电阻所在位的权值成正比. 这样, 从最高位到最低位, 每一 位对应的电阻值应是相邻高位的2倍 位对应的电阻值应是相邻高位的 倍,使各支路电流从高位到 低位逐位递减1/2. 低位逐位递减 . 当输入二进制数码中某一位B 时 开关S 当输入二进制数码中某一位 i=1时 , 开关 i 接至基准电 这时在相应的电阻R 压ER,这时在相应的电阻 i支路上产生电流为

START CLOCK 启动 时钟 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 8位A/D转换器 逻辑控制 和定时电路 8路 模拟量 选通 开关 逐次逼近寄存器 SAR 三态 输出 数据 锁存器
8 路 模 拟 信 号 输 入
转换结束 EOC D0 (LSB) D1 D2 8位 D3 数据 D4 输出 D5 D6 D7 (MSB) 输出有效控制 OE




Байду номын сангаас
例如±（1/2）LSB。如果分辨率为8位，则它的精 度是： ±（1/2）（1/256）＝±1/512 ④线性误差 当数字量变化时,D/A转换器输出的模拟量按比例关 系变化的程度。 2. D/A和微机接口技术的关键 D/A转换器可视为微机的一种外围设备，实现D/A转 换器和微机接口技术的关键是数据锁存问题。 有些D/A芯片本身不带数据锁存器，而CPU向 D/A芯片输出一个数据只在DB上持续很短时间，所 以必须用外部芯片，如用74LS273或8255A作为D/A 转换的数据锁存器。

CALL L2：DEC OUT OUT CALL CMP JNZ OUT OUT CALL ┇

DELAY2 AL ；产生梯形波下降部分波形 80H，AL 88H，AL DELAY1 AL 00H L2 80H，AL 88H，AL DELAY3；产生梯形波下降部分波形
例：转换8位，若电压满量程为5V，则能分 辨的最小电压为：5V/256≈20mV； 转换10位，若电压满量程为5V，则能分辨 的最小电压为：5V/1024≈5Mv。 ② 转换时间： 指数字量输入到转换输出稳定为止所需的时 间； ③精度： 指D/A实际输出与理论值之间的误差，一般 采用数字量的最低有效位（LSB）作为衡量 单位；

详细ห้องสมุดไป่ตู้述
按位数分类，数模转换器可分为二进制数模转换器和十进制 数模转换器。按工作方式分类，数模转换器可分为静态数模 转换器和动态数模转换器。按输入/输出接口分类，数模转换 器可分为独立式和并联式数模转换器等。
02
模数转换器（ADC）
定义
模数转换器（ADC）是一种将模拟信 号转换为数字信号的电子设备。它通 过一系列的电子和逻辑电路，将连续 的模拟信号转换为离散的数字信号。
04
数模和模数转换的挑战与解 决方案
量化误差
要点一
总结词
量化误差是由于数模转换器（DAC） 或模数转换器（ADC）的有限分辨率 和动态范围引起的误差。
要点二
详细描述
量化误差是由于数模转换器或模数转 换器的有限分辨率和动态范围引起的 误差。在数模转换中，量化误差表现 为输出模拟信号的不连续性，而在模 数转换中，量化误差表现为输入模拟 信号的失真。
像。
图像识别与处理
02
通过数模转换将图像从模拟信号转换为数字信号，进行图像识
别、分析和处理。
图像压缩与传输
03
利用数模转换技术对图像数据进行压缩和传输，提高传输效率
和降低存储成本。
通信系统
01
02
03
数字信号传输
数模转换将数字信号转换 为模拟信号，用于调制解 调器进行数据传输。
频分复用
通过模数转换将不同频率 的模拟信号转换为数字信 号，实现频分复用，提高 通信容量。
逐次逼近型ADC
逐次逼近型ADC采用一个比较器和逐位逼近的方法，通过 逐步调整参考电压来逼近输入电压，最终得到数字输出。 它的分辨率较高，但转换速率相对较慢。
积分型ADC
积分型ADC通过测量输入电压引起的电容充电时间来得到 数字输出。它的分辨率较高，但受限于积分器的线性度和 稳定性。

换。
MCS-51单片机原理、接口及应用
第11章 A/D与D/A转换器及接口技术
13 14 15 16 4 5 6 7 19 & LE=1 时，输出数据跟随输入 CS WR1 WR2 XFER 1 2 18 17 & & LE=0 时，数据被所存 20 10 VCC DGND LE1 LE2 3 AGND 8位 输入 寄存器 8位 DAC 寄存器 8位 D/A 转换器 Rfb 9 Rfb
分辨率也可以表示为 。若n位D/A转换器转换后的电压满
量程为5V，则它能分辨的最小电压为 V。例如，8位D/A 转换器的最小分辨电压为19.53mV，而10位D/A转换器的最
小分辨电压为4.88mV。
MCS-51单片机原理、接口及应用
第11章 A/D与D/A转换器及接口技术 ② 转换误差（error） 指D/A转换器实际输出的模拟量与理论输出模拟量 之间的差值。 转换误差的来源很多，如转换器中各元件参数值的 误差、基准电源的不稳定、运算放大器的零漂等都是 误差的来源。D/A转换器的绝对误差（或绝对精度）是 指加入最大数字量（全1）时D/A转换器的理论值与实 际值之差，该误差值应小于LSB/2。
DAC8032
VOUT2
图11-3 典型的单极性 输出方式
图11-4 DAC0832双极性 输出电路
MCS-51单片机原理、接口及应用
第11章 A/D与D/A转换器及接口技术
11.1.3 DAC0832与单片机的接口及编程
根据对 DAC0832 的输入寄存器和 DAC 寄存器的不同控制 方法， DAC0832 有 3 种工作方式：直通型、单缓冲型和双缓 冲型。 直通型：当DAC0832芯片的CS、WR1、WR2和XFER全部接地 ，而ILE接+5V时，DAC0832芯片处于直通型工作方式。数字

DI0~DI7： 8位数据输入端 ILE： 输入锁存允许信号，高电平有效，控制8位输入寄存 器的数据是否能被锁存 CS：片选信号，低电平有效，与ILE信号一起控制WR1信 号能否起作用
WR1：写信号1，低电平有效，在ILE和CS有效的条件下，控 制将输入数据锁存于输入寄存器中 WR2：写信号2，低电平有效，在XFER有效的条件下，控制将 输入寄存器中的数字传送到8位DAC寄存器中 XFER：传送控制信号，低电平有效，和WR2控制信号决定8 位DAC寄存器是否工作 8位D/A转换器接收被8位DAC寄存器锁存的数据，并把该数据 转换成相对应的模拟量 IOUT1：DAC电流输出1，是逻辑电平为1的各位输出电流之和 IOUT2：DAC电流输出2，是逻辑电平为0的各位输出电流之和
采样器相当于一个受控的理想开关，s(t)=1时，开关闭合， fs(t)=f(t)；s(t)=0时开关断开，fs(t)=0。fs(t)=f(t)· s(t) 在s(t)=1期间，输出跟踪输入变化，相当于输出把输入的“样 品”采下来了，采样电路也叫跟踪电路
保持：将采样得到的模拟量值保持下来，即是说，s(t)=0期 间，使输出等于采样控制脉冲存在的最后瞬间的采样值， 保持发生在s(t)=0期间
例：采用单缓冲方式，通过DAC0832输出产生三角波，三角波 最高电压5Ｖ，最低电压0Ｖ
分析： 为减少控制线条数，可使ILE一直处于高电平状态，一级输入 寄存器锁存，第二级直通，单极性电压输出 产生三角波电压范围为0V~5Ｖ，对应的输出数据00H~FFH。 三角波上升部分从00H起加1，直到FFH；三角波下降部分从 FFH起减1，直到00H
量化：把采样值取整为最小单位的整数倍，这个最小单位称为 量化单位Δ，它等于输入信号的最大范围/数字量的最大范围， 对应于数字量1 量化的方法通常有两种：只舍不入法和四舍五入法 量化误差：量化而产生的误差，直接影响转换器的转换精度。 量化误差是由于量化电平的有限性造成的，是原理性误差， 只能减小，无法消除 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