第11章数模和模数转换优秀课件

第17章 模数和数模转换

数模转换即将数字量转换为模拟电量(电压或电流)，使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。

实现数模转换的电路称数模转换器

模数转换即将模拟电量转换为数字量，使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。

实现模数转换的电路称模数转换器

17.1 数模（D/A） 转换器

一、D/A转换器的基本原理及分类

1．数模转换的基本原理

要求：输出的模拟量与输入的数字量成正比。

输入数字量 D = (Dn-1 Dn-2  D1 D0 ) 2

= Dn-1 2n-1 + Dn-2 2n-2 +  + D1 21 + D0 20

输出模拟电压 uO = D△ = (Dn-1 2n-1 + Dn-2 2n-2 +  + D1 21 + D0 20)△

△ 是 DAC 能输出的最小电压值，称为 DAC 的单位量化电压，它等于 D

最低位(LSB)为 1、其余各位均为 0 时的模拟输出电压(用 ULSB 表示)。

2．倒T型网络D/A转换器,基本原理如图示：

DDn输模DACD01Dn2n1¡-uO位二进制数入拟电压输出△-∞I1111S0++uOS1S2S3D3D2D1D0iΣRFII3I2I1I0VREF2R2R02RI12RI22RI30000RRR模拟开关 Si 打向“1”侧时，相应 2R 支路接虚地；打向“0”侧时，相应

2R 支路接地。故无论开关打向哪一侧，倒 T 型电阻网络均可等效为下图：

从 A、B、C 节点向左看去，各节点对地的等效电阻均为 2R。

即 I3 = 23 I0， I2 = 22 I0， I1 = 21 I0， I0 = 20 I0

可见，支路电流值 Ii 正好代表了二进制数位 Di 的权值 2i 。

模拟开关 Si 受相应数字位 Di 控制。当 Di = 1 时，开关合向“1”侧，相应支路电流 Ii 输出；Di = 0 时，开关合向“0”侧， Ii 流入地而不能输出。

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数模转换

什么是数模转换

数模转换，全称为“数模模数转换”，是指在信号处理领域中，将数值型信号（数字信号）转换为模拟型信号（模拟信号）的过程。在实际应用中，数模转换器经常用于将数字数据转换为模拟信号，以便于模拟系统进行处理和输出。

数模转换的应用

数模转换在各个领域都有广泛的应用。以下是数模转换的一些常见应用场景：

1. 音频信号处理

在音频设备中，我们需要将数字音频信号转换为模拟音频信号，以便于扬声器等模拟输出设备进行播放。数模转换器可以将数字音频信号转换为模拟音频信号，使得人们能够听到真实的声音效果。

2. 视频信号处理

类似于音频信号处理，数模转换也被广泛用于视频设备中。在液晶显示器等视频输出设备中，数模转换器将数字视频信号转换为模拟视频信号，以便于显示器显示清晰的图像。

3. 传感器信号处理

在传感器技术中，传感器通常会输出数字信号。但是在一些应用中，我们可能需要将数字信号转换为模拟信号，以便于其他设备对信号进行处理。数模转换器可未知驱动探索，专注成就专业

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以将传感器输出的数字信号转换为模拟信号，使得其他设备可以更方便地进行信号处理。

4. 通信系统

在通信系统中，数字信号经常需要转换为模拟信号进行传输。数模转换器可以将数字信号转换为模拟信号，并利用调制技术将模拟信号通过通信信道传输到接收端，然后再由模数转换器将模拟信号转换为数字信号进行处理。

数模转换的原理

数模转换器的工作原理通常基于采样和量化过程。下面是数模转换器的基本原理介绍：

1. 采样

采样是指将连续的模拟信号按照一定的时间间隔进行采集，得到一系列的模拟样本点。采样定理规定，信号在采样时，需要满足采样频率大于等于信号最高频率的两倍，以避免采样失真。

2. 量化

量化是指将连续的模拟信号离散化为一系列的离散级别，以便于数字信号的表示和处理。量化过程将采样得到的模拟样本，按照一定的划分规则映射为离散的信号级别。

数模转换电路原理

数模转换电路是指将数字信号转换为模拟信号的电路。数模转换电路的基本原理是根据数字信号的离散特性，利用数字量与模拟量之间的转换关系来实现信号的转换。常见的数模转换电路有数字模拟转换器（DAC）和模数转换器（ADC）。

DAC是将数字信号转换为模拟信号的电路。它根据输入的数字信号值，在输出端生成与输入相对应的模拟信号。DAC电路的基本原理是通过数字信号的二进制编码来确定输出模拟信号的电平大小。具体来说，DAC电路将输入的数字信号按照一定的编码方式，将每个数字位对应到不同的电平上，然后利用各种放大、滤波等技术处理，最终生成与输入数字信号相对应的模拟信号。

ADC是将模拟信号转换为数字信号的电路。它根据输入的模拟信号大小，在输出端生成对应的数字信号值。ADC电路的基本原理是通过对模拟信号的抽样、量化和编码来实现信号的数字化。具体来说，ADC电路对输入模拟信号进行周期性的抽样，将每个抽样点的电平值进行量化，即将连续的模拟电平转换为离散的数字量，然后将量化后的数字量按照一定编码方式输出。

数模转换电路在很多应用中发挥着重要作用。在通信系统中，常用的数字音频、视频信号需要经过数模转换才能在模拟信号通路中传输。在测量与控制系统中，传感器采集的模拟信号需要通过ADC转换为数字信号，进行计算和处理。总之，数模转换电路是数字与模拟领域的重要桥梁，对于实现数字与模拟信号的互相转换具有重要意义。

第12章 模拟量与数字量的转换

12.1 学习要求

（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 学习指导

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。

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。

12.2.1 数模转换器

数模转换器是将一组输入的二进制数转换成相应数量的模拟电压或电流输出的电路，工作原理是将每一位二进制数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，使所得的总模拟量与数字量成正比。数模转换器实质上是由二进制数字量控制模拟电子开关，再由模拟电子开关控制电阻网络与运算放大器组成的模拟加法运算电路。

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： 电子技术学习指导与习题解答

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)2222(23001122334RfoddddRURu

S0S3S2S11 0

1 0 1 0 1

0RRR2R2R2R2RRfd3d0d1d2URuoA ∞ － ++2R2R

图12.1 T型电阻网络数模转换器

如果输入的是n位二进制数，且RR3f，则：

)2222(2001122n11nRoddddUunnn

2．倒T型电阻网络数模转换器

如图12.2所示为4位倒T型电阻网络数模转换器电路，输出电压为：

)2222(2001122334fRoddddRRUu

如果输入的是n位二进制数，且RRf，则：