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1、第 8 章 模拟量与数字量 转换,概 述,能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。ADC和DAC是沟通模拟电路和数字电路的桥梁，也可称之为两者之间的接口。,一、 D/A转换器的基本原理,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,第1节 D/A转换器,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
2、。理想的D/A转换器的转换特性，应是输出模拟量与输入数字量成正比。即：输出模拟电压 uo=KuD或输出模拟电流io=KiD。其中Ku或Ki为电压或电流转换比例系数，D为输入二进制数所代表的十进制数。如果输入为n位二进制数dn-1dn-2d1d0，则输出模拟电压为：,（1）分辨率指分辨最小电压的能力。有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨率。,（2）输出电压( 电流 )的建立时间输入数字量为全0到全1，输出电压达到稳定值所需要的时间。超高速（100nS);较高速(100nS1 S)；高速(1 10 S)；中速(10100S）；低速（100S）。,（3）转换误差 一般用最低有效位为1时输出电压的1
3、/2来表示。,失调误差 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,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 。,对于权电阻DAC而言，n位二进制数转换为模拟量：,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。 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。,三、集成D/A转换器及其应用,DAC 0832 管脚分布图,DAC 0832 简化电路框图
4、,本节小结,D/A转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出。D/A转换器根据工作原理基本上可分为二进制权电阻网络D/A转换器和倒T型电阻网络D/A转换器两大类。由于倒T型电阻网络D/A转换器只要求两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成D/A转换器普遍采用这种电路结构。,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。,（）取样、保持,取样就是对模拟信号周期性地抽取样值，使模拟信号变成
5、时间上离散的脉冲串，取样值取决于取样时间内输入模拟信号的大小。 根据取样定理，取样频率的选取一般为：,vI,S(t),vO,A,7,取样保持电路,C,(a),S,A1,L,vI,S(t),A2,vO,C,30,300,RP,VB,6,5,4,1,2,3,8,（外接）,调零,（外接）,(b),V,V,要对模拟信号的取样值进行量化和编码，必须使取样值保持一定的时间。 取样和保持是由取样保持电路完成的。,模拟电压,vI/V,量化值,二进制数输出,7,6,5,4,3,2,1,0,7.5,6.5,5.5,4.5,3.5,2.5,1.5,0.5,7,=7 V,111,6,=6 V,110,5,=5 V,1
6、01,4,=4 V,100,3,=3 V,011,2,=2 V,010,1,=1 V,001,0,=0 V,000,（）量化、编码,用数字量表示取样电压值时，要将取样电压化为某个最小数量单位(1 LSB) 的整数倍，这一转换过程称为量化，所取的最小单位称为量化单位，用表示，= 1 LSB。将量化的结果转化为对应的代码，称为编码。,实际输入电压值与量化值之间的偏差称为量化误差。,四舍五入量化法： 采用四舍五入的方法量化取整。最大量化误差为/2。,模拟电压,vI/V,量化值,二进制数输出,8,7,6,5,4,3,2,1,7,=7 V,111,6,=6 V,110,5,=5 V,101,4,=4 V
7、,100,3,=3 V,011,2,=2 V,010,1,=1 V,001,0,=0 V,000,量化方法之二 只舍不入法,0,舍去小数量化法： 舍去小数直接取整，最大量化误差为。,完成量化编码工作的电路是ADC。按工作原理不同，可分为直接ADC和间接ADC。,直接ADC 是将输入模拟电压直接转换成数字量，如并联比较型ADC和逐次比较型ADC。 间接ADC 是先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后再把这些中间量转换成数字量，如双积分型ADC。,（1）分辨率 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05V，输出8位二进制数可
8、以分辨的最小模拟电压为5V2820mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V2121.22mV。,（2）转换误差 在零点和满度都校准以后，整个转换范围内实测值与理论值之间的最大偏差。通常以LSB为单位，以相对误差的形式来表示。,（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。,二 、 A/D转换器的类型,直接型A/D转换器,间接型A/D转换器,逐次逼近型A/D转换器,并联比较型A/D转换器,双积分型ADC,1、并联比较型,ui,Us,R,R,R,R,R,R,R,R,D2,D1,D0,数字输出,A
9、,G,F,E,C,D,B,编,码,器,7Us /8,6Us /8,5Us /8,4Us /8,3Us /8,2Us /8,Us /8,优点是转换速度快，缺点 是所需比较器数目多，位数越多矛盾越突出。,三位并联比较由以下3部分组成：,比较器：由个电压比较器组成，“”输入端接输入电压ui，“”输入端接一定值的比较电压uR，若 ui uR ，比较器输出为1，反之输出为0。 分压电阻链：由个电阻组成，将基准电压进行分压，获得个比较器的比较电压uR。 线线优先编码器：输入、输出均为高电平有效（具有优先级）。,2、逐次逼近式ADC,工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重15克，每个重量分别
10、为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13.4克，可以用下表步骤来秤量：,原理 框图,四、 集成ADC,集成ADC：逐次比较型、双积分型等； 8位、12位、20位等,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?,习题：P398 8.4.1 ，8.4.6,Thats all! Thanks for your cooperation!,
