1、學習要求 模數轉換和數模轉換的工作原理；R-2R倒T型電阻網絡D/A轉換器的工作原理；逐次比較型的A/D轉換轉換器的工作原理； 模數轉換和數模轉換的主要參數； 掌握常用數模轉換器的使用方法。 第一頁，共四十五頁。8.1概述 感官和器件接觸和接收的是模擬信號，在存儲在傳送中使用的是數字信號。 把數字信號轉變為相應的模擬信號的電路稱為數模（D /A）轉換器，簡稱為DAC。 把模擬信號轉變為相應的數字信號的電路稱為模數（ A/D）轉換器，簡稱為ADC。第二頁，共四十五頁。利用D/A轉換、A/D轉換的系統想一想：你身邊有哪些電子產品內需要A/D轉換器和D/A轉換器？ 檢測電路模擬電信號A/D轉換數字電

2、路或計算機系統D/A轉換喇叭、顯像管等聲音、圖像等利用D/A轉換、A/D轉換的系統 模擬信號模擬信號數字信號數字信號第三頁，共四十五頁。8.2 數/模（D/A）轉換器 8.2.1 D/A轉換器的基本原理 對于有權碼，先將每位代碼按其權的大小轉換成相應的模擬量，然后相加，即可得到與數字量成正比的總模擬量，從而實現數字/模擬轉換。第四頁，共四十五頁。1R-2R倒T型電阻網絡D/A轉換器 所以，無論Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻均接“地”（地或虛地）。 當Di=1時，Si接運算放大器反相輸入端（虛地），電流Ii流入求和電路；當Di=0時，Si將電阻2R接地。 822 電阻網絡D/A轉換器 模

3、擬開關數碼第五頁，共四十五頁。 從任一端口左邊往右看，對地電阻都為R，每一端口都可以看作兩路分流，所以，越往右后電流越小。 節點對地等效電阻 第六頁，共四十五頁?；鶞孰娏? I=VREF/R，流過各開關支路（從右到左）的電流分別為 I/2、I/4、I/8、I/16。分析計算：流入運算放大器反相端的總電流I為: 運算放大器的輸出電壓為 :第七頁，共四十五頁。 上式括號內為n位二進制數的十進制數值，可用NB表示。如果使式中Rf=R，則上式可以改寫為: 將數碼推廣到n位的情況，可得出輸入數字量與輸出模擬量之間的一般表達式: 分析計算：第八頁，共四十五頁。2D/A轉換器的輸出方式 按輸出方式分有：數字

4、電流型和數字電壓型。數字電流型要加一個電壓放大器。按輸出極性分有：單極性（只有負電壓或只有正電壓）和雙極性（從負電壓變化正到正電壓）。第九頁，共四十五頁。1.轉換精度 3DAC的主要性能指標 （2）轉換誤差比例系數誤差、失調誤差、非線性誤差。 此外，也可用D/A轉換器的最小輸出電壓(數字量：00000001)與最大輸出電壓(數字量：全1）之比來表示分辨率，N位D/A轉換器的分辨率可表示為 1/（2n-1）。（1）分辨率D/A轉換器模擬輸出電壓可能被分離的等級數。輸入數字量位數越多，分辨率越高。所以，在實際應用中，常用數字量的位數表示D/A轉換器的分辨率。最小 vO= - KNB = - K1

5、最大 vO= - KNB = - K(2n-1)vO= - KNB第十頁，共四十五頁。2.轉換速度在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產生的變化量。一般用滿刻度輸出條件下溫度每升高1，輸出電壓變化的百分數作為溫度系數。（2）轉換速率（SR）在大信號工作狀態下模擬電壓的變化率。（1）建立時間（tset）當輸入的數字量發生變化時，輸出電壓變化到相應穩定電壓值所需時間。最短可達0.1S。3. 溫度系數第十一頁，共四十五頁。4集成電阻網絡D/A轉換器的應用 DAC0832帶有兩個輸入數據緩沖寄存器，是一種單電源（+5+15V）的CMOS型器件。其參考電壓VREF可在-9V+9V范圍內選擇，轉換速

6、度約為1s。 D/A轉換器在實際電路中應用很廣，它不僅常作為接口電路用于微機系統，而且還可利用其電路結構特征和輸入、輸出電量之間的關系構成數控電流源、電壓源、數字式可編程增益控制電路和波形產生電路等。 第十二頁，共四十五頁。DAC0832的功能示意圖和外引線圖第十三頁，共四十五頁。下圖是一個單極性電壓輸出的電路原理圖，根據數字量轉換，得到的輸出電流Iout1通過運算放大器的反饋電阻 流向放大器的輸出端，其輸出電壓為 。 數字輸入第十四頁，共四十五頁。下圖是一個雙極性電壓輸出電路原理圖，其輸出電壓數字輸入第十五頁，共四十五頁。DAC0832的應用電路想一想：要求輸出電壓的最大值為10V，分辨率為

7、10mV，則最少應選用多少位的DAC？ 第十六頁，共四十五頁。8.2.2 一位D/A轉換器 一位D/A轉換器：把數字量的大小轉換成不同脈沖寬度或不同脈沖頻率的一種轉換器。 一位（bit）數模轉換器由于電路簡單、失真小、內置數字濾波器，可以提高輸出模擬信號的信噪比等原因，在音頻DAC中應用得非常多。 一位D/A轉換波形圖第十七頁，共四十五頁。 由于輸入的模擬信號在時間上是連續量，所以一般的A/D轉換過程為： 取樣、保持、量化和編碼。如圖所示。 83 模/數（A/D）轉換器 8.3.1 A/D轉換的基本原理1A/D轉換原理 模擬信號數字信號采樣保持量化編碼第十八頁，共四十五頁。D/A轉換的信號處理

8、過程 第十九頁，共四十五頁。（1）采樣和保持 采樣：把在時間上是連續的輸入模擬信號ui轉換成在時間上是斷續的信號，輸出脈沖波的包絡仍反映輸入信號幅度的大小。 取樣定理，采樣信號的頻率fs和輸入模擬信號的最高頻率fimax之間必須滿足下述條件:fs2fimax 因為每次把取樣電壓轉換為相應的數字量都需要一定的時間，所以在每次取樣以后，必須把取樣電壓保持一段時間。第二十頁，共四十五頁。（2）量化和編碼 在用數字量表示取樣電壓時，也必須把它化成這個最小數量單位的整倍數，這個轉化過程就叫做量化。所規定的最小數量單位叫做量化單位，用S表示。 編碼是把量化的數值用二進制代碼表示。把編碼后的二進制代碼輸出就

9、得到A/D轉換的輸出信號，對同一正弦波，若S越小，誤差將越小，編碼時所需二進制代碼的位數就越多，對器件要求也越高。 第二十一頁，共四十五頁。2A/D轉換器的主要技術指標 分辨率說明A/D轉換器對輸入信號的分辨能力。 一般以輸出二進制（或十進制）數的位數表示。因為，在最大輸入電壓一定時，輸出位數愈多，量化單位愈小，分辨率愈高。（1）分辨率 例如，相對誤差LSB/2，就表明實際輸出的數字量和理論上應得到的輸出數字量之間的誤差小于最低位的半個字。轉換誤差它表示A/D轉換器實際輸出的數字量和理論上的輸出數字量之間的差別。常用最低有效位的倍數表示。第二十二頁，共四十五頁。（2）轉換速度可用轉換時間表示,

10、指從轉換控制信號到來開始，到輸出端得到穩定的數字信號所經過的時間。 并行比較A/D轉換器轉換速度最高；逐次比較型A/D轉換器次之；間接A/D轉換器的速度最慢。（2）轉換速度第二十三頁，共四十五頁。3A/D轉換器的分類、特點及應用 可分成并行比較型、逐次逼近型和積分型 A/D轉換器的分類、特點及應用分類特點應用并行比較型速度最快，但設備成本較高，精度也不易做高數字通信技術和高速數據采集技術逐次逼近型工作速度中等，精度也較高，成本較低中高速數據采集系統、在線自動檢測系統、動態測控系統積分型精度可以做得很高，抗干擾性能很強，速度很慢數字儀表（數字萬用表、高精度電壓表）和低速數據采集系統第二十四頁，共

11、四十五頁。832 逐次逼近型A/D轉換器 1逐次逼近型A/D轉換器原理 ：Gd3g3+ d2g2+ d1g1+ d0g0di1 有效0 無效有效砝碼的總重量逐次逼近重物的重量：第二十五頁，共四十五頁。原理框圖（1）清零（2）觸發轉換過程（3）等待轉換過程的結束（4）讀取數字信號結果 脈沖uiuAEOC啟動脈沖數字量輸出待轉換電壓輸入順序脈沖發生器逐次逼近寄存器數/模轉換電壓比較器逐次逼近型A/D轉換器的原理框圖第二十六頁，共四十五頁。電壓值和過程分析假設該A/D轉換器所用D/A轉換最大輸出電壓為1.0V，設輸入電壓為0.625V。3位數碼從左到右排列分別為高位、次高位、低位，若為1時所對應的電

12、壓值如表:二進制代碼“1”所在位置高位次高位低位相對應電壓值（V）050.250.125第二十七頁，共四十五頁。逐次逼近過程發析如表: 即當0.625V電壓輸入該D/A轉換器，相應輸出的數字信號從最高位到最低位排列是101。 順序順序脈沖發生器數碼逐次逼近寄存器數碼uA（V）與輸入電壓比較結果比較后逐次逼近寄存器鎖存結果（啟動脈沖）000000時鐘脈沖11001000506250.5100時鐘脈沖21101100.750.6250.75100時鐘脈沖31111010.6250.625=0.625101時鐘脈沖4輸出EOC輸出鎖存結果101第二十八頁，共四十五頁。2集成A/D轉換器的應用 （1）

13、 ADC0804引腳及使用說明 ADC0804引腳圖 ADC0804控制信號的時序圖 第二十九頁，共四十五頁。(2). ADC0804的典型應用 在現代過程控制及各種智能儀器和儀表中，為采集被控（被測）對象數據以達到由計算機進行實時檢測、控制的目的，常用微處理器和A/D轉換器組成數據采集系統。單通道微機化數據采集系統的示意圖如圖: 第三十頁，共四十五頁。8.4 V/F轉換和F/V轉換 8.4.1 V/F轉換 下面，介紹用專用V/F、F/V轉換芯片LM331來實現V/F轉換。LM331的內部結構和電路典型接法如圖: 第三十一頁，共四十五頁。LM331構成的V/F轉換器 第三十二頁，共四十五頁。8

14、.4.2 F/V轉換 想一想：如果要你做一個數碼錄音放音器，你要參考如何選用器件？選定ADC器件后，請你計算一下采集1秒鐘音頻信號后得到的數據量大小。想一想MP3機是如何工作？LM331構成的F/V轉換器 第三十三頁，共四十五頁。本單元學習指導 把數字信號轉換成模擬信號的電路稱為數/模（D/A）轉換。它的主要指標有：分辨率、轉換精度和轉換時間。數/模轉換器有電阻網絡和一位D/A轉換器。電阻網絡D/A轉換器是把輸入數據量轉換成與之相對應十進制大小成正比的電壓或電流輸出。一位D/A轉換器則把是輸入數據量的大小轉換成脈寬的寬窄，然后通過低通濾波器取出與脈寬成正比的平均直流成分，得到模擬信號。第三十四

15、頁，共四十五頁。本單元學習指導 把模擬信號轉換成數字信號的電路稱為模/數（A/D）轉換。它的主要指標有：分辨率和轉換時間。模/數轉換器的轉換步驟是：采樣、保持、量化、編碼。在采樣時，采樣頻率fS和輸入信號最大頻率fimax之間的關系是：fS2fimax。模/數轉換器主要有并行比較型、逐次逼近型和雙積分型。電壓/頻率轉換和頻率/電壓轉換在某種意義上也是一種特殊的A/D和D/A轉換。本章以專用V/F、F/V芯片LM331為例，說明如何進行進行V/F和F/V轉換。 第三十五頁，共四十五頁。實驗八 D/A、A/D轉換 一、實驗目的 1 進一步理解D/A、A/D轉換的原理，轉換的方式及各自的特點。2了解

16、D/A、A/D集成芯片的結構、功能測試及應用。 第三十六頁，共四十五頁。二、實驗儀器及材料 1儀器： 示波器2數字電子實驗箱3材料：DAC0832 8bit D/A轉換 1片ADC0809 8bit 逐次漸進式A/D轉換器 1片LM324 通用運算放大器 1片74LS74 雙D觸發器 1片74LS02四或非門 一片電阻：10k(2個)按鈕開關 第三十七頁，共四十五頁。三實驗內容 1D/A轉換器實驗 第三十八頁，共四十五頁。 LM324工作時，VCC接+12V，GND接-12V。按圖接好線，檢查電路準確無誤后接通電源。按表在DAC0832的信號輸入端D0D7利用電平輸出器輸入相應的電路狀態，分別

17、用電壓表測量各輸入情況下對應下的模擬輸出電壓V0，并將測試結果輸入填入表中。然后將輸出電壓按序號填入測試波形圖中。 1D/A轉換器實驗 第三十九頁，共四十五頁。O（V） 0 1 2 3 4 5 6 7 8 序號 D/A轉換器測試波形圖第四十頁，共四十五頁。2A/D轉換器實驗 A/D轉換器實驗圖第四十一頁，共四十五頁。 ADC0809是有路輸入通道，只有輸入ABC地址不同，就可以選擇任意通道輸入。其管腳與ADC0804基本相同，差異主要：A、B、C-地址信號；ALE-鎖存信號，給該端加正脈沖，鎖存A、B、C的地址；STA-轉換開始啟動端，正脈沖啟動；OE-數據輸出充許時，該端有一正脈沖輸入。 ADC0809的讀取方法有兩種：一種是用延時方法，在啟動轉換開始后，延時150s左右（以CLK的頻率取640Hz為例）再讀取D0D的數據；另一種是檢測ADC0809在轉換結束時EOC端產生的脈沖信號，當檢測到該信號為高時平時讀取D0D的數據。本實驗采用延時輸出。 第四十二頁，共四十五頁。四實驗報告要求 1畫出實驗有關的波形與表格。 2說明ADC和DAC的作用。