1、在实际应用中常常需要对模拟量和数字量进在实际应用中常常需要对模拟量和数字量进行相互转换。行相互转换。例如，用传感器测得的温度、压力等的电压或电例如，用传感器测得的温度、压力等的电压或电流信号一般都是模拟量，如果要将这些信号送到流信号一般都是模拟量，如果要将这些信号送到数字计算机中去进行运算和处理，就要将测得的数字计算机中去进行运算和处理，就要将测得的模拟量转换成数字量；而计算机处理的结果仍为模拟量转换成数字量；而计算机处理的结果仍为数字量，只有将它转换成模拟量才能去控制原来数字量，只有将它转换成模拟量才能去控制原来的被控对象。的被控对象。将数字量转换成模拟量的装置称为数将数字量转换成模拟量的装
2、置称为数/模转换模转换器，简称器，简称D/A转换器或转换器或DAC 将模拟量转换成数字量的装置称为模将模拟量转换成数字量的装置称为模/数转换数转换器，简称器，简称A/D转换器或转换器或ADC。传感器模拟控制ADCDAC数数字字计计算算机机A/D和和D/A转换的原理框图转换的原理框图8.1 8.1 数数/模转换器模转换器8.1.1 8.1.1 倒倒T T形电阻网络形电阻网络D/AD/A转换器转换器D/A转换器是将数字量转换成模拟量的装置转换器是将数字量转换成模拟量的装置 D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关、解码转换器由数码寄存器、模拟电子开关、解码网络、求和电路和基准电压几部分组成。网络、求
3、和电路和基准电压几部分组成。+uoRfS0S1S2S3+URD0D1D2D3最低位（LSB）最高位（MSB）2R2R2R2R2RRRRIo1Io2IR+uoRfS0S1S2S3+URD0D1D2D3最低位（LSB）最高位（MSB）2R2R2R2R2RRRRIo1Io2IR+uoRfS0S1S2S3+URD0D1D2D3最低位（LSB）最高位（MSB）2R2R2R2R2RRRRIo1Io2IR+uoRfS0S1S2S3+URD0D1D2D3最低位（LSB）最高位（MSB）2R2R2R2R2RRRRIo1Io2IR（1）R和和2R两种阻值的电阻组成多级倒两种阻值的电阻组成多级倒T形电阻网络形电阻网
4、络（2）运算放大器接成反相比例运算电路，用以输）运算放大器接成反相比例运算电路，用以输出合适的模拟电压出合适的模拟电压uo。（3）UR是参考电压；是参考电压；（4）D0、D1、D2、D3是待转换的数字量是待转换的数字量（5）S0、S1、S2、S3是电子转换开是电子转换开关，由输入数字关，由输入数字量量D0、D1、D2、D3控制。控制。RUIRR1RR3221RUII2RR2241RUII3RR1281RUII4RR02161RUII+UR2R2R2R2R2RRRRIRI0I1I2I301230123+UR2R2R2R2R2RRRRIRI0I1I2I301230123)2222(20011223
5、34R1oDDDDRUI)2222(2001122334Rf1ofoDDDDRURIRu如果输入数字量为如果输入数字量为n位二进制数，则位二进制数，则)222(2002n2n1n1nnRfoDDDRURu时当fRR，则为，则为)222(2002n2n1n1nnRoDDDUu倒倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器的转转换器的转换速度快，但转换误差较大换速度快，但转换误差较大 8.1.2 8.1.2 权电流型权电流型D/AD/A转换器转换器+uoRfS0S1S2S3URD0D1D2D3最低位（LSB）最高位（MSB）I12I22I32I42I+uoRfS0S1S2S3URD0D1D2D3最低位（L
6、SB）最高位（MSB）I12I22I32I42I041322312222DIDIDIDII)2222(2)2222(001122334f04132231ffoDDDDRIDIDIDIDIRIRu 8.1.3 D/A8.1.3 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1.分辩率分辩率 指转换器输出模拟电压可能被分离的数目指转换器输出模拟电压可能被分离的数目 2.比例系数误差比例系数误差 指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线斜率指实际转换特性曲线的斜率与理想特性曲线斜率的偏差。的偏差。3.失调误差失调误差由运算放大器的零点漂移引起的，其大小与由运算放大器的零点漂移引起的，其大小与输入数字量
7、无关输入数字量无关 4.非线性误差非线性误差 指指D/A转换器的实际传输特性曲线和平均传输转换器的实际传输特性曲线和平均传输特性曲线之间的最大偏差特性曲线之间的最大偏差 5.建立时间建立时间 指指D/A转换器的输入从全转换器的输入从全“0”突变为全突变为全“1”（或从全（或从全“1”突变为全突变为全“0”）时，输出达到与最终稳定值相差）时，输出达到与最终稳定值相差 LSB范围内所需要的时间，也叫做满量程建立时间。范围内所需要的时间，也叫做满量程建立时间。216.传输延迟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从数字输入变化到模拟输出，电流达到其最终值的90%所需的时间。所需的时间。
8、7.静态功耗静态功耗 8.电源电压抑制比电源电压抑制比8.1.4 8.1.4 集成集成D/AD/A转换器转换器16151413121110912345678RFGND1oI9D2oI5D8D7D6D4D3DRU2D1D0DCCUAD7520+uo16123413输入数字量+5V1415URIo1Io2AD7520AD7520单极性电压输出的应用实例单极性电压输出的应用实例+uo16123413输入数字量+15V1415URIo1Io2+10k20k5k20kAD7520+uo16123413输入数字量+15V1415URIo1Io2+10k20k5k20k+uo16123413输入数字量+15
9、V1415URIo1Io2+10k20k5k20kAD7520双极性电压输出的应用实例双极性电压输出的应用实例 16151413121110912345678NCOIGND5D7D6D4D3DRU2D1D0DCCUDAC0808EEUCOMPRUDAC0808512数字量输入+5V13315V16+141524RR=5k5kUR5kuo模拟量输出0.01FDAC0808的应用电路的应用电路8.2 8.2 模模/数转换器数转换器A/D转换器的功能转换器的功能是将输入的模拟信号转换成数字是将输入的模拟信号转换成数字信号输出。信号输出。由于输入的模拟信号在时间上是连续变化的，而输由于输入的模拟信号在
10、时间上是连续变化的，而输出的数字信号是不连续的，所以转换只能在某些瞬出的数字信号是不连续的，所以转换只能在某些瞬间对输入进行取样，然后将这些取样值转换成数字间对输入进行取样，然后将这些取样值转换成数字量输出。量输出。8.2.1 8.2.1 并联比较型并联比较型A/DA/D转换器转换器由电压比较器、寄存器和代码转换器由电压比较器、寄存器和代码转换器3部分组成部分组成+uiURRRRRRRRR/2D2D1D0数字输出R151UR153UR155UR157UR159UR1511UR1513UDCDCDCDCDCDCDCCP11111111电压比较器代码转换器寄存器模拟量输入(最高位)(最低位)A1A
11、2A3A4A5A6A7Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7+uiURRRRRRRRR/2D2D1D0数字输出R151UR153UR155UR157UR159UR1511UR1513UDCDCDCDCDCDCDCDCDCDCDCDCDCDCCP11111111111 1111 1电压比较器代码转换器寄存器模拟量输入(最高位)(最低位)A1A2A3A4A5A6A7Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q78个电阻将参考电压个电阻将参考电压UR分压分压 当输入电压当输入电压Ri151Uu，各，各D触发器均被置触发器均被置0 RiR153151UuU当，Q1为为1，其余触发器被置，其余触发器被置0。42QD 2461QQQ
12、D12345670QQQQQQQD+uiURRRRRRRRR/2D2D1D0数字输出R151UR153UR155UR157UR159UR1511UR1513UDCDCDCDCDCDCDCCP11111111电压比较器代码转换器寄存器模拟量输入(最高位)(最低位)A1A2A3A4A5A6A7Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7+uiURRRRRRRRR/2D2D1D0数字输出R151UR153UR155UR157UR159UR1511UR1513UDCDCDCDCDCDCDCDCDCDCDCDCDCDCCP11111111111 1111 1电压比较器代码转换器寄存器模拟量输入(最高位)(最低位)A1A
13、2A3A4A5A6A7Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q78.2.2 8.2.2 逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D转换器转换器天平称重的过程天平称重的过程顺序顺序砝码重量砝码重量比较判别比较判别砝码是否砝码是否保留保留18g8g 13g保留保留28g+4g12g 13g去除去除48g+4g+1g13g=13g保留保留逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器的原理框图转换器的原理框图顺序脉冲发生器逐次逼近寄存器DAC电压比较器数字量输出模拟量输入uiuo顺序脉冲发生器逐次逼近寄存器DAC电压比较器数字量输出模拟量输入uiuoQF3SRQF2SRQF1SRQF0SR4位D/A转换器&111&Q0D0Q1D1Q2D
14、2Q3D3Q4D4Q5D5CP+uiuo电压比较器逐次逼近寄存器控制逻辑门d3d2d1d0d3(MSB)d2d1d0(LSB)读出与门6位顺序脉冲发生器uAQF3SRQF2SRQF1SRQF0SR4位D/A转换器&111&Q0D0Q1D1Q2D2Q3D3Q4D4Q5D5CP+uiuo电压比较器逐次逼近寄存器控制逻辑门d3d2d1d0d3(MSB)d2d1d0(LSB)读出与门6位顺序脉冲发生器uAQF3SRQF2SRQF1SRQF0SR4位D/A转换器&111&Q0D0Q1D1Q2D2Q3D3Q4D4Q5D5CP+uiuo电压比较器逐次逼近寄存器控制逻辑门d3d2d1d0d3(MSB)d2d1
15、d0(LSB)读出与门6位顺序脉冲发生器QF3SRQF3SRQF2SRQF2SRQF1SRQF1SRQF0SRQF0SR4位D/A转换器&111111&Q0D0Q0D0Q1D1Q1D1Q2D2Q2D2Q3D3Q3D3Q4D4Q4D4Q5D5Q5D5CP+uiuo电压比较器逐次逼近寄存器控制逻辑门d3d2d1d0d3(MSB)d2d1d0(LSB)读出与门6位顺序脉冲发生器uA顺序脉冲发生器的输出波形顺序脉冲发生器的输出波形 CP123456Q5Q4Q3Q2Q1Q0CP123456Q5Q4Q3Q2Q1Q08.2.3 A/D8.2.3 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1.分辨率分辨率
16、 分辨率是指分辨率是指A/D转换器能够分辨最小的量化信号的能转换器能够分辨最小的量化信号的能力，一般以输出二进制数或十进制数的位数表示。力，一般以输出二进制数或十进制数的位数表示。2.量化误差量化误差 A/D转换器的量化误差是由于转换器的有限分辨率转换器的量化误差是由于转换器的有限分辨率（量化单位有限）而造成的。（量化单位有限）而造成的。3.最大线性误差（即精度）最大线性误差（即精度）指其实际传输特性曲线与理想传输特性曲线之间指其实际传输特性曲线与理想传输特性曲线之间的最大偏差的最大偏差 4.转换速度转换速度完成一次转换所需的时间完成一次转换所需的时间 8.2.4 8.2.4 集成集成A/DA
17、/D转换器转换器ADC0809ADC08098选1模拟量选择器8位逐次逼近A/D转换器三态输出锁存器IN0IN7三态输出锁存器ABCALESTART)R(U)R(UEOUTCLOCKEOCD0D78选1模拟量选择器8位逐次逼近A/D转换器三态输出锁存器IN0IN7三态输出锁存器ABCALESTART)R(U)R(UEOUTCLOCKEOCD0D7ADC0809的结构框图的结构框图 ADC0809的外引线排列图的外引线排列图16151413121110912345678GND7D3IN2D1D0DDDUADC08091718192021222324252627284IN5IN6IN7INSTARTEOC3DEOUTCLOCK)R(U)R(U4D5D6DALECBA0IN1IN2IN16151413121110912345678GND7D3IN2D1D0DDDUADC08091718192021222324252627284IN5IN6IN7INSTARTEOC3DEOUTCLOCK)R(U)R(U4D5D6DALECBA0IN1IN2IN
