1、第第8章章 数数/模和模模和模/数转换数转换数字电子技术基础数字电子技术基础本章内容本章内容 8.1 D/A转换器转换器 8.2 A/D转换器转换器 8.3应用电路介绍应用电路介绍 为了能用数字技术来处理模拟信号，必须把模拟信号转为了能用数字技术来处理模拟信号，必须把模拟信号转换成数字信号，才能送入数字系统进行处理。同时，往往还需换成数字信号，才能送入数字系统进行处理。同时，往往还需把处理后的数字信号转换成模拟信号，作为最后的输出。我们把处理后的数字信号转换成模拟信号，作为最后的输出。我们把前一种从模拟信号到数字信号的转换称为模把前一种从模拟信号到数字信号的转换称为模数转换，或称数转换，或称为
2、为A/DA/D（Analog to DigitalAnalog to Digital）转换，把后一种从数字信号到）转换，把后一种从数字信号到模拟信号的转换称为模拟信号的转换称为D/AD/A（Digital to AnalogDigital to Analog）转换。同时，）转换。同时，把实现把实现A/DA/D转换的电路称为转换的电路称为A/DA/D转换器（转换器（Analog Digital Analog Digital ConverterConverter）；把实现）；把实现D/AD/A转换的电路称为转换的电路称为D/AD/A转换器（转换器（Digital Digital Analog Co
3、nverterAnalog Converter）。）。信号检测和控制系统结构框图 8.1 D/A转换器转换器 8.1.1/转换器的基本原理转换器的基本原理1.权电阻网络权电阻网络/转换器转换器 4位权电阻网络/转换器 8.1 D/A转换器转换器8.1 D/A转换器转换器2.2.倒倒T T型电阻网络型电阻网络/转换器转换器4位倒T型电阻网络/转换器 8.1 D/A转换器转换器8.1 D/A转换器转换器8.1.2/转换器的主要参数转换器的主要参数1分辨率分辨率 分辨率是指电路能够分辨的最小输出电压（对应于输入数字只有分辨率是指电路能够分辨的最小输出电压（对应于输入数字只有最低有效位为最低有效位为1
4、 1）与满量程输出电压（对应于输入数字量所有有效位）与满量程输出电压（对应于输入数字量所有有效位全为全为1 1）之比，它说明分辨最小电压的能力。对于）之比，它说明分辨最小电压的能力。对于n n位位DACDAC，其分辨率，其分辨率为为121nmUU分辨率 8.1 D/A转换器转换器2转换精度和非线性度转换精度和非线性度 转换精度是指转换精度是指/转换器输出的实际值和理论值之差，该转换器输出的实际值和理论值之差，该值一般应低于值一般应低于 。LSB21V3建立时间建立时间 建立时间是描述建立时间是描述/转换器转换速度快慢的一个重要参转换器转换速度快慢的一个重要参数，一般是指在输入数字量改变后，输出
5、模拟量达到稳定数，一般是指在输入数字量改变后，输出模拟量达到稳定值所需的时间，也称转换时间。值所需的时间，也称转换时间。8.1 D/A转换器转换器8.1.3 集成集成/转换器转换器1AD7520AD7520原理电路 8.1 D/A转换器转换器AY AY AY )22222(2001177889910REFFODDDDDRVRu9010FREF10FREF222iiiDRRVDRRV对于具有对于具有n位输入的一般倒梯形位输入的一般倒梯形R-2R电阻网络电阻网络DAC，其输出为，其输出为 DRRVDRRVunniiin222FREF10FREFO8.1 D/A转换器转换器2DAC0832 DAC0
6、832芯片a）结构图 b）引脚排列图8.1 D/A转换器转换器 AUDAC0832与运放组成的/转换电路DRVI8REFO12DRV256REF256255REFO2DRVI8.2/转换器转换器8.2.1/转换的基本结构和工作原理转换的基本结构和工作原理 A/DA/D转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通过取样、保持、量化和编码四个步骤完成。过取样、保持、量化和编码四个步骤完成。输入模拟电压uI(t)CPsSADC的采样保持电路C采样值展宽信号ADC的量化编码电路xn1(MSB)x1x0(LSB)输出数字量X(n位)u I(t)8.2/转换器转换器
7、1采样保持电路采样保持电路 采样（也称取样）是将采样（也称取样）是将时间上连续变化的信号转时间上连续变化的信号转换为时间上离散的信号，换为时间上离散的信号，即将时间上连续变化的模即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。于输入模拟量。采样示意图及其波形 8.2/转换器转换器 由于采样脉冲的宽度很小，因而使量化装置来不及反应，由于采样脉冲的宽度很小，因而使量化装置来不及反应，所以需要在采样门之后加一个保持电路，它实际上就是一个存所以需要在采样门之后加一个保持电路，它实际上就是一个存储电路，通常利用电容器的存储电荷（
8、电压）的作用以保持储电路，通常利用电容器的存储电荷（电压）的作用以保持样值脉冲。样值脉冲。采样保持电路示意图及波形 采样保持电路 8.2/转换器转换器2量化编码电路量化编码电路 将量化的数值用二进制代码表示，称为编码。这个二进制将量化的数值用二进制代码表示，称为编码。这个二进制代码便是代码便是/转换器的输出信号。转换器的输出信号。用数字量来表示采样信号时，把它化成这个最小数量单位用数字量来表示采样信号时，把它化成这个最小数量单位的整数倍，这个转化过程叫量化，所规定的最小数量单位叫作的整数倍，这个转化过程叫量化，所规定的最小数量单位叫作量化单位，用表示。量化单位，用表示。量化的方法一般有两种形式
9、：量化的方法一般有两种形式：1 1）舍尾取整法）舍尾取整法 2 2）四舍五入法）四舍五入法 两种不同的量化方式a)舍尾取整法 b)四舍五入法8.2/转换器转换器8.2.2/转换器的组成和工作原理转换器的组成和工作原理 1逐次比较型逐次比较型/转换器转换器逐次比较型/转换器原理框图 8.2/转换器转换器 2双积分双积分/转换器转换器双积分ADC原理框图 8.2/转换器转换器（1）第一阶段转换（第一次积分）第一阶段转换（第一次积分）计数器清零，计数器清零，积分电容积分电容放电，放电，=0V。t=0时，开关时，开关S1与与A端接通，端接通，输入电压输入电压vI加到积分器的输入加到积分器的输入端。积分
10、器从端。积分器从0开始积分：开始积分：tRCudtuRCtutI0I1O1)(1Ou双积分型ADC的工作波形 8.2/转换器转换器 经过经过2n个时钟脉冲后，个时钟脉冲后，Qn=1，开关，开关S1由由A点转到点转到B点，第一点，第一次积分结束。第一次积分时间为：次积分结束。第一次积分时间为：CC12NTTTnC1I11O)(NTRCuTRCuTui(2)(2)第二阶段转换（第二次积分）第二阶段转换（第二次积分）当当t=t1时，时，S1转接到转接到B点，基准电压点，基准电压VREF加到积分加到积分器的输入端；积分器开始向相反进行第二次积分。器的输入端；积分器开始向相反进行第二次积分。dtVRCt
11、ututt)(1)()(21REF11O21O8.2/转换器转换器 当当t=t2时，积分器输出电压时，积分器输出电压0V，比较器输出等于，比较器输出等于0，控制门，控制门G被关闭，计数停止。被关闭，计数停止。dtVRCtututt)(1)()(21REF11O21O)(212REFICttRCVRCuTn022REFICTRCVRCuTnCREFI22TVuTn8.2/转换器转换器8.2.3/转换器的主要参数转换器的主要参数1分辨率分辨率 其含义与其含义与DAC的分辨率一样，通常用输出二进制数的位数来表示，的分辨率一样，通常用输出二进制数的位数来表示，位数越多，分辨率（有时也称分辨力）也越高。
12、位数越多，分辨率（有时也称分辨力）也越高。2精确度精确度 ADC的精确度取决于量化误差（）和系统内其它误差之和，通的精确度取决于量化误差（）和系统内其它误差之和，通常以最大误差与全量程输入模拟量的比值来表示。例如，典型的精确常以最大误差与全量程输入模拟量的比值来表示。例如，典型的精确度为全量程读数的度为全量程读数的0.05%，它表示如果输入模拟量全量程为，它表示如果输入模拟量全量程为10，则，则最大误差为最大误差为5m。3转换时间转换时间 完成一次完成一次/转换所需的时间为转换时间。它是指接收到转换转换所需的时间为转换时间。它是指接收到转换控制信号开始，直至输出端得到稳定的数字输出所经历的时间
13、间隔。控制信号开始，直至输出端得到稳定的数字输出所经历的时间间隔。8.2/转换器转换器8.2.4集成集成/转换器转换器ADC0809ADC0809原理框图和外引线排列图a）原理框图 b）外引线排列图8.2/转换器转换器 由由8 8位模拟开关、地址锁存与译码器组成的位模拟开关、地址锁存与译码器组成的8 8通道模拟选择器，用通道模拟选择器，用来接收来接收8 8路外加采样模拟信号，而模拟开关则受地址锁存与译码器控路外加采样模拟信号，而模拟开关则受地址锁存与译码器控制。当地址锁存允许端（制。当地址锁存允许端（ALEALE）为高电平时，三位地址）为高电平时，三位地址ADDCADDC、ADDBADDB、ADDAADDA送入译码器，译码器根据地址、选中一路开关接通，相送入译码器，译码器根据地址、选中一路开关接通，相应的模拟信号送入应的模拟信号送入/转换器，地址译码与输入选通的关系见表转换器，地址译码与输入选通的关系见表8-18-1所示。所示。8.2/转换器转换器8.3 应用电路介绍应用电路介绍应用一：应用一：程控函数发生器程控函数发生器DRViiREFoi102001188992222DDDDD8.3 应用电路介绍应用电路介绍应用二：应用二：用二片用二片DAC0832构成构成16位位DAC8.3 应用电路介绍应用电路介绍应用三：应用三：位数字电压表位数字电压表思考题与习题思考题与习题
