第十一章第十一章 数数 // 模和模模和模 // 数转换电数转换电路路

11.1概述11.2数模转换器11.3模数转换器

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11.1 概 述数模转换器：将数字量转换为模拟量的电

路，简称 D/A转换器或 DAC。

模数转换器：将模拟量转换为数字量的电

路，简称 A/D转换器或 ADC。

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A/D 计算机 D/A 控制对象

传感器

给定+

－

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

A/D 、 D/A应用系统框图

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DAC

DAC

DAC

DACT

DAC

AD

权电容网络开关树型权电流型形电阻网络倒

权电阻网络

/

变换型变换型

间接型

反馈比较型并联比较型

直接型

FV

TVDA /

D/AD/A 与与 A/DA/D转换器分类转换器分类：

11.2 D/A11.2 D/A 转换器转换器11.2.1 D/A转换器的基本原理 D/A转换器是将输入的数字量转换成模拟量，其输出的模拟量 uo与输入的数字量 D 成正比关系 uo = kD11.2.2 数 / 模转换器的主要技术指标 1 ．分辨率：用输入二进制数的有效位数表示。在分辨率为 n 位的 D/A转换器中，输出电压能区分 2n个不同的输入二进制代码状态，能给出 2n个不同等级的输出模拟电压。

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2 ．转换精度 D/A转换器的转换精度是指输出模拟电

压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差

3 ．输出建立时间 从输入数字信号起，到输出电压

或电流到达稳定值时所需要的时间，称为输出建

立时间。

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11.2.3 集成 D/A转换器及其应用 无论哪一类型的 D/A转换器，其基本框图都包含有：电阻网络、模拟开关、基准电压和求和放大器等几个部分。

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基准

电压源电阻网络 求和放大器

模拟

输出

寄存器 模拟开关

数字输入

D/A框图

1 ． R – 2R倒 T 型电阻网络 D/A转换器 由于倒 T 型电阻网络只有两种阻值的电阻，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。

8

S0

S3

S2

S1

1 0 1 0 1 0 1 0

R

RF

d3

d0

d1

d2

UR

uo

∞ －

+ +

R

R

2R

2R

2R

2R

2R

IR

A

B

C

D

I3

I2

I1

I0

I

8位数模转换器

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)2222(2

00

11

22

334

33221100

ddddR

U

dIdIdIdII

REF

)2222(2

00

11

22

334o dddd

R

RUIRu FR

F

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2 ．集成 D/A转换芯片（ 1 ） AD7520集成 D/A转换器10位数字量输入、倒 T 形电阻网络、 CMOS开

关，需要外界求和放大器；反馈电阻 RF（ 10K）以集成在片内；

外接基准电压 UREF，一般为 +10V ～ -10V。

AD7520

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（ 2 ） DAC0832集成 A/D转换器：

①DAC0832是八位 D/A转换芯片，集成电路内有

两级输入寄存器，使 DAC0832芯片具备双缓冲、单

缓冲和直通三种输入方式，所以这个芯片的应用很广

泛。

②DAC0832逻辑输入满足 TTL电平，可直接与

TTL电路或微机电路连接。

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③DAC0832引脚功能如下：

DI0～ DI7：数据输入线， TLL电平

ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效

CS：片选信号输入线，低电平有效

WR1：为输入寄存器的写选通信号

XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效

WR2：为 DAC寄存器写选通输入线

Iout1：电流输出线。当输入全为 1 时 Iout1最

大

Iout2：电流输出线。其值与 Iout1之和为一常数

Rfb：反馈信号输入线 , 芯片内部有反馈电阻

Vcc： : 电源输入线 (+5v~+15v)

Vref：基准电压输入线 (-10v~+10v)

AGND：模拟地 , 摸拟信号和基准电源的参考地

DGND：数字地 , 两种地线在基准电源处共地比较

好

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11.2.4 D/A转换器应用—数控增益放大器 数字增益控制电路中，运算放大器接成普通的反相

比例放大形式， AD7520内部的反馈电阻 R 为运算放大器的输入电阻，而由数字量控制的倒 T 型电阻网络为其反馈电阻。当输入数字量变化时，倒 T 型电阻网络的等效电阻便随之改变。这样，反相比例放大器在其输入电阻一定的情况下可得到不同的增益。

如将 AD7520芯片中的反馈电阻 R 作为反相运算放大器的反馈电阻， AD7520的倒 T 型电阻网络连接成运算放大器的输入电阻，即可得到数字式衰减器。

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AD7520数控增益放大器

所以

根据运算放大器虚地原理，可以得到

11.3 A/D11.3 A/D 转换器转换器

11.3.1 A/D转换器的原理1.采样与保持

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采样保持原理电路 输入模拟信号

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当采样脉冲频率 fs与输入信号中的最高频率分量 fi（ max）满足如下关系式：

(max))5~3((max),2 iSiS ffff 一般取

采样保持后的输出

采样后的信号能复现输入信号，这是采样定理

2.量化和编码

量化：将采样电压表示为最小数量单位（Δ）的

整数倍

编码：将量化的结果用代码表示出来（二进制，

二 - 十进制）。

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11.3.2 逐次逼近型 A/D转换器

逐次逼近型 A/D转换器框图

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1 ．逐次逼近型 A/D转换器基本原理（ 1 ）转换开始前先将所有寄存器清零。（ 2 ）开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高 位置成 1 ，使输出数字为 100…0 。（ 3 ）这个数码被 D/A转换器转换成相应的模拟

电压 uo，送到比较器中与 ui进行比较。 ①若 ui＞ uo，说明数字过大了，故将最高位

的 1 清除； ②若 ui＜ uo，说明数字还不够大，应将这一

位保 留。

（ 4 ）然后，再按同样的方式将次高位置成 1 ，

并

且经过比较以后确定这个 1 是否应该保留。

这样逐位比较下去，一直到最低位为止。

（ 5 ）比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求

的数字量输出。

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2 ．集成 A/D转换器 ADC0808/0809（ 1 ） ADC0808/0809功能：① 分辨率为 8 位，误差 1LSB ② CMOS低功耗器件③ 转换时间为 128 µs （当外部时钟输入频率 fc =500kHz ）④ 很容易与微处理器连接⑤ 采用单一电源 +5V供电时量程为 0 ～ 5V ⑥ 带有锁存控制逻辑的 8 通道多路输入转换开

关⑦ 带锁存器的三态数据输出。

（ 2 ） ADC0808/0809引脚：①IN0 ～ IN7： 8 通道模拟量输入端。②2-8 ～ 2-1 ： 8 位数字量输出端，其为三态缓冲输出形式。③C 、 B 、 A ：模拟通道选择端。 CBA从 000～111分别选择 IN0～ IN7通道④ALE：地址锁存允许控制信号。

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⑤START：清 0 内寄存器，启动转换，高电平有

效⑥OE：允许读 A/D结果，高电平有效⑦CLK：时钟输入端，范围为 10kHz～

1200kHz，典型值 640kHz⑧EOC：转换结束时为高电平，此信号常被用作中断请求信号⑨Vcc： +5V⑩Vref+：参考电压， +5V， Vref-： 0V。

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11.3.3 双积分型 A/D转换器

对 uI积分：先将 V 转换成与之成正比的时间宽

度信号；

对 -UREF积分：在第一次积分时间内用固定频率

脉冲计数，所计数字量与输入电压 uI成正比。

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双积分 A/D转换器框图

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11.3.4 模数转换器的主要技术指标1 ．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。2 ．相对精度 在理想情况下，所有的转换点应

当在一条直线上。相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。3 ．转换速度 指完成一次转换所需的时间。

作业： 1 、 4 、 5 、 7

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