數(shù)模轉(zhuǎn)換與模數(shù)轉(zhuǎn)換課件

第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換返回任務(wù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器應(yīng)用電路測試專題1數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）專題2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）12/14/20221第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換返回任務(wù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器應(yīng)用第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換7.1.3DAC的轉(zhuǎn)換特性7.1.1DAC的基本概念和結(jié)構(gòu)組成7.1.2

DAC的功能7.1.4DAC的主要技術(shù)指標(biāo)返回7.1.5DAC的轉(zhuǎn)換原理7.1.6集成D/A轉(zhuǎn)換器專題1數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）12/14/20222第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換7.1.3DAC的轉(zhuǎn)換特教學(xué)目的:掌握數(shù)/模轉(zhuǎn)換的基本概念和工作原理，了解D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)。重點(diǎn)：掌握數(shù)/模轉(zhuǎn)換的工作原理。難點(diǎn)：數(shù)/模電路的組成及電路特點(diǎn)。12/14/20223教學(xué)目的:掌握數(shù)/模轉(zhuǎn)換的基本概念和工作原理，了導(dǎo)入新課在電子系統(tǒng)中，經(jīng)常用到數(shù)字量與模擬量的相互轉(zhuǎn)換。如工業(yè)生產(chǎn)過程中的濕度、壓力、溫度、流量，通信過程中的語言、圖像、文字等物理量需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，才能由計(jì)算機(jī)處理；而計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)字量也必須再還原成相應(yīng)的模擬量，才能實(shí)現(xiàn)對模擬系統(tǒng)的控制，如數(shù)字音像信號如果不還原成模擬音像信號就不能被人們的視覺和聽覺系統(tǒng)接受。因此，數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器是溝通模擬電路和數(shù)字電路的橋梁，也可稱之為兩者之間的接口，是數(shù)字電子技術(shù)的重要組成部分。12/14/20224導(dǎo)入新課在電子系統(tǒng)中，經(jīng)常用到數(shù)字量與模擬量的相

數(shù)/模轉(zhuǎn)換器中的文字D代表數(shù)字量，A代表模擬量，轉(zhuǎn)換器用C表示。目前常見的D/A轉(zhuǎn)換器中，有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器等。

構(gòu)成數(shù)字代碼的每一位都具有一定的“權(quán)重”。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，就必須將每一位代碼按其“權(quán)重”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加，即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量，這就是構(gòu)成D/A變換器的基本思想。1、DAC的基本概念7.1.1DAC的基本概念和結(jié)構(gòu)組成12/14/20225數(shù)/模轉(zhuǎn)換器中的文字D代表數(shù)字量，A代表模擬量，轉(zhuǎn)換2、DAC的結(jié)構(gòu)組成DAC電路的作用是將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與輸入數(shù)字量成正比輸出模擬量。在轉(zhuǎn)換過程中，將輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，以電壓或電流的形式輸出。數(shù)字量輸入模擬量輸出DAC組成框圖基準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)鎖存器電子開關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)求和放大圖中數(shù)據(jù)鎖存器用來暫時(shí)存放輸入的數(shù)字信號。n位鎖存器的并行輸出分別控制n個(gè)模擬開關(guān)的工作狀態(tài)。通過模擬開關(guān)，將參考電壓按權(quán)關(guān)系加到電阻解碼網(wǎng)絡(luò)。12/14/202262、DAC的結(jié)構(gòu)組成DAC電路的作用是將輸入如上圖所示，DAC的n位數(shù)字輸入量，以串行或并行方式輸入并存儲在數(shù)碼寄存器中；數(shù)碼寄存器輸出的各位二進(jìn)制代碼分別控制對應(yīng)各位的模擬電子開關(guān)，使數(shù)碼為１的位在位權(quán)網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生與其權(quán)值成正比的電壓（或電流）量，再由求和放大電路將各位權(quán)值所對應(yīng)的電壓（或電流）量相加，即可輸出與輸入數(shù)字量成正比的模擬量。

7.1.2

DAC的功能12/14/20227如上圖所示，DAC的n位數(shù)字輸入量，以串行或并行方式對于有權(quán)碼，先將每位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸入的數(shù)字量是由n位8421BCD碼表示的數(shù)字信號X時(shí)，其從高位到最低位的權(quán)依次為依次為2n-1、2n-2…21、20等，其大小可表示為：DAC電路的輸出模擬電壓u0（或模擬電流i0）為：電流轉(zhuǎn)換系數(shù)電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)7.1.3DAC的轉(zhuǎn)換特性12/14/20228對于有權(quán)碼，先將每位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬01234567001010011100101110111u0/VD000當(dāng)Ru（或Ri）為1、n＝３時(shí)，根據(jù)上式可得DAC的轉(zhuǎn)換特性曲線如下圖所示：模擬輸出理想特性數(shù)字輸入DAC的轉(zhuǎn)換特性曲線12/14/2022901234567001010011100101110111u1、分辨率：用來說明D/A轉(zhuǎn)換器最小輸出電壓(此時(shí)輸入的數(shù)字代碼只有最低有效位為1，其余各位都是0

)與最大輸出電壓(此時(shí)輸入的數(shù)字代碼所有各位全是1

)之比。例一個(gè)8位和一個(gè)10位的兩個(gè)DAC，其分辨率分別為：

從上式可看出：DAC輸入數(shù)字量的位數(shù)n越多，電路的分辨能力越高。因此，有時(shí)也用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)來表示分辨率的高低。7.1.4DAC的主要技術(shù)指標(biāo)12/14/2022101、分辨率：用來說明D/A轉(zhuǎn)換器最小輸出電壓(此時(shí)輸入的數(shù)字2、絕對精度(或絕對誤差)和非線性度

絕對精度是指輸入端加對應(yīng)滿刻度數(shù)字量時(shí)，DAC輸出的實(shí)際值與理論值之差。一般絕對誤差應(yīng)低于uLSB/2。

在滿刻度范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大值稱為非線性誤差。非線性誤差與滿刻度值之比稱非線性度，常用百分比表示。3、建立時(shí)間

指輸入變化后，輸出值穩(wěn)定到距最終輸出量±uLSB所需的時(shí)間。建立時(shí)間反映了DAC電路轉(zhuǎn)換的速度。

除此之外，在選用DAC器件時(shí)，還需要考慮其電源電壓、輸出方式、輸出值范圍及輸入邏輯電平等參數(shù)。12/14/2022112、絕對精度(或絕對誤差)和非線性度絕對精度是指1、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DACRFXn-1Xn-2X2X1X0∞-++·····URSn-1Sn-2S2S1S0模擬電子開關(guān)u0集成運(yùn)放20

R21

R2n-2

R2n-1

R2n-0

R權(quán)電阻，從最低位到最高位，每一個(gè)位置上的電阻都是相鄰高位電阻值的2倍。反饋網(wǎng)絡(luò)n位二進(jìn)制數(shù)字輸入7.1.5DAC的轉(zhuǎn)換原理12/14/2022121、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DACRFXn-1Xn-2X2X1X0∞-+(1)四位二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路模擬開關(guān)S受輸入數(shù)字信號控制，若d=0，相應(yīng)的S合向同相輸入端（地）；若d=1，相應(yīng)的S合向反相輸入端。i正比于輸入的二進(jìn)制數(shù)，所以實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。12/14/202213(1)四位二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路模擬開關(guān)S受輸入數(shù)二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻值是按4位二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)大小取值的，最低位電阻值最大，為23R，然后依次減半，最高位對應(yīng)的電阻值最小，為20R。不論模擬開關(guān)接到運(yùn)算放大器的反相輸入端（虛地）還是接到地，也就是不論輸入數(shù)字信號是1還是0，各支路的電流是不變的。(2)工作原理12/14/202214二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻值是按4位二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)大小取值采用運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是起隔離作用，把負(fù)載電阻與電阻網(wǎng)絡(luò)相隔離，以減小負(fù)載電阻對電阻網(wǎng)絡(luò)的影響；二是可以調(diào)節(jié)RF控制滿刻度值（即輸入數(shù)字信號為全1）時(shí)輸出電壓的大小，使D/A轉(zhuǎn)換器的輸出達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(3)運(yùn)放求和放大12/14/202215采用運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是起隔離作用，把u0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020

R21

R22

R23

RI1I31010

當(dāng)輸入的數(shù)字信號為1010時(shí)，電子模擬開關(guān)的動作受此二進(jìn)制數(shù)控制，相應(yīng)為“1”的開關(guān)接到位置1上；將基準(zhǔn)電壓UR經(jīng)電阻引起的電流通入運(yùn)放的反相輸入端，即流入求和電路；相應(yīng)數(shù)字量為“0”的權(quán)電阻由開關(guān)S直接到“地”。(4)舉例說明權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC工作原理IF12/14/202216u0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020Ru0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020

R21

R22

R23

RI1I31010IF若RF=5KΩ，R=80KΩ時(shí)12/14/202217u0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020Ru0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020

R21

R22

R23

RI1I31011IF仍有RF=5KΩ，R=80KΩI012/14/202218u0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020Ru0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020

R21

R22

R23

RI2I31100IF仍有RF=5KΩ，R=80KΩ

顯然，輸出模擬電壓的大小直接與輸入的二進(jìn)制數(shù)大小成正比，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。12/14/202219u0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020R4位R-2RT型網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的電路主要由R-2RT型電阻網(wǎng)絡(luò)、求和運(yùn)算放大器和模擬電子開關(guān)三部分構(gòu)成，其中R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)是D/A轉(zhuǎn)換電路的核心，求和運(yùn)算放大器構(gòu)成一個(gè)電流、電壓轉(zhuǎn)換器，它將與輸入數(shù)字量成正比的輸入電流轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出。2、R-2RT形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器12/14/2022204位R-2RT型網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的電路主要由R-(1)四位T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路12/14/202221(1)四位T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路12/12/20222當(dāng)只有一個(gè)電子模擬開關(guān)S合向1，而其余電子模擬開關(guān)S均合向0時(shí)，從該支路的2R電阻向左、右看去的等效電阻均為2R，該電流流向A點(diǎn)時(shí)，每經(jīng)過一節(jié)R-2R電路，電流就減少一半。(2)工作原理iΣ正比于輸入的二進(jìn)制數(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。(3)求和運(yùn)算放大器的輸出電壓輸出電壓也與輸入數(shù)字量成正比。12/14/202222當(dāng)只有一個(gè)電子模擬開關(guān)S合向1，而其余電子模擬開當(dāng)只有開關(guān)S0合向1，即對應(yīng)輸入的二進(jìn)制數(shù)為d3d2d1d0=0001時(shí)，T形電阻網(wǎng)絡(luò)的等效電路如下:12/14/202223當(dāng)只有開關(guān)S0合向1，即對應(yīng)輸入的二進(jìn)制數(shù)為d3d2dUR3、R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻均為R和2RRF2R2R2R2RRRR2R∞-++D3D2D1D0S3S1S0S2結(jié)點(diǎn)B結(jié)點(diǎn)C結(jié)點(diǎn)D結(jié)點(diǎn)Eu0模擬電子開關(guān)四位二進(jìn)制數(shù)字輸入基準(zhǔn)電壓12/14/202224UR3、R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器倒T形電結(jié)點(diǎn)B結(jié)點(diǎn)C結(jié)點(diǎn)D結(jié)點(diǎn)E輸出電壓：當(dāng)R=RF時(shí)，輸出電壓：Sn-1Sn-2S1S0S2∞-++RFUR2RRRRR2R2R2R2RDn-1Dn-2D2D1D0u02R12/14/202225結(jié)點(diǎn)B結(jié)點(diǎn)C結(jié)點(diǎn)D結(jié)點(diǎn)E輸出電壓：當(dāng)R=RF時(shí)，輸出電壓：S

R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)流過各支路的電流恒定不變，在開關(guān)狀態(tài)變化時(shí)，不需電流建立時(shí)間，而且R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC轉(zhuǎn)換器中采用了高速電子開關(guān)，所以轉(zhuǎn)換速度很高，在數(shù)模轉(zhuǎn)換器中被廣泛采用。R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)具有哪些特點(diǎn)？

DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器是采用什么制造工藝？DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用的是CMOS工藝制成的雙列直插式單片8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以電流形式輸出。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果學(xué)習(xí)中一定要勤于思索主動練習(xí)，才能掌握已學(xué)知識。12/14/202226R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)流過各支路的電流恒定不變，在開關(guān)狀態(tài)作業(yè)題：課后習(xí)題小結(jié)：

D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器作為模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換電路，在信號檢測、控制、信息處理等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。

D/A轉(zhuǎn)換的基本思想是權(quán)電流相加。電路通過輸入的數(shù)字量控制各位電子開關(guān)，決定是否在電流求和點(diǎn)加入該位的權(quán)電流。倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用較廣的電路結(jié)構(gòu)。12/14/202227作業(yè)題：課后習(xí)題小結(jié)：D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器作為模

DAC0832是8位的電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，在對其輸入8位數(shù)字量后，通過外接運(yùn)放，即可獲得相應(yīng)的模擬電壓。片選信號輸入端CSWR1XFERWR2UCCILEDGNDIO1AGNDIO2D1D0D3D2URRFD6D7D4D5輸入鎖存允許信號端輸入數(shù)據(jù)選通信號數(shù)據(jù)傳送選通信號寫信號2基準(zhǔn)電源輸入端反饋電阻D為數(shù)字量輸入端電流輸出端1和2電源5～15V輸入端模擬“地”數(shù)字“地”7.1.6集成D/A轉(zhuǎn)換器12/14/202228DAC0832是8位的電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，在對

當(dāng)DAC0832的控制端恒處于有效電平時(shí)，芯片為直通工作方式。DAC0832中無運(yùn)算放大器，且為電流輸出，使用時(shí)須外接運(yùn)算放大器。芯片中已設(shè)置了RF，只要將9腳接到運(yùn)算放大器的輸出端即可。若運(yùn)算放大器增益不夠，還須外加反饋電阻。DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖XFER4~7D/A轉(zhuǎn)換器G1G2G313~1619121718D7~D4D3~D0ILECSWR1WR281211932010URIO1IO2VCCAGNDDGNDRFLE1LE2輸入寄存器DAC寄存器12/14/202229當(dāng)DAC0832的控制端恒處于有效電平時(shí)，芯片為直通工

R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)流過各支路的電流恒定不變，在開關(guān)狀態(tài)變化時(shí)，不需電流建立時(shí)間，而且R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC轉(zhuǎn)換器中采用了高速電子開關(guān)，所以轉(zhuǎn)換速度很高，在數(shù)模轉(zhuǎn)換器中被廣泛采用。R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)具有哪些特點(diǎn)？

DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器是采用什么制造工藝？DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用的是CMOS工藝制成的雙列直插式單片8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以電流形式輸出。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果學(xué)習(xí)中一定要勤于思索主動練習(xí)，才能掌握已學(xué)知識。12/14/202230R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)流過各支路的電流恒定不變，在開關(guān)狀態(tài)作業(yè)題：課后習(xí)題小結(jié)：

D/A轉(zhuǎn)換的基本思想是權(quán)電流相加。電路通過輸入的數(shù)字量控制各位電子開關(guān)，決定是否在電流求和點(diǎn)加入該位的權(quán)電流。倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用較廣的電路結(jié)構(gòu)。12/14/202231作業(yè)題：課后習(xí)題小結(jié)：D/A轉(zhuǎn)換的基本思想是權(quán)電流相加第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換7.２.3ADC的主要技術(shù)參數(shù)7.２.1A/D轉(zhuǎn)換基本原理7.２.2A/D轉(zhuǎn)換器工作原理7.２.4集成A/D轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用舉例返回專題2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）12/14/202232第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換7.２.3ADC的主要技教學(xué)目的:掌握模/數(shù)轉(zhuǎn)換的基本概念和工作原理，了解A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)。重點(diǎn)：掌握模/數(shù)轉(zhuǎn)換的工作原理。難點(diǎn)：模/數(shù)電路的組成及電路特點(diǎn)。12/14/202233教學(xué)目的:掌握模/數(shù)轉(zhuǎn)換的基本概念和工作原理，了復(fù)習(xí)導(dǎo)入數(shù)/模轉(zhuǎn)換與模/數(shù)轉(zhuǎn)換是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的重要接口，也是數(shù)字測量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件。1、怎樣將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量,用哪種電路實(shí)現(xiàn)

？2、組成D/A轉(zhuǎn)換器的基本思想？DAC的主要技術(shù)參數(shù)有哪些？12/14/202234復(fù)習(xí)導(dǎo)入數(shù)/模轉(zhuǎn)換與模/數(shù)轉(zhuǎn)換是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的重要接口

A/D轉(zhuǎn)換目標(biāo)：將時(shí)間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散、幅值也離散的數(shù)字信號。四個(gè)步驟：采樣、保持、量化、編碼。返回7.2A/D轉(zhuǎn)換1.采樣與保持

（1）將一個(gè)時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散的模擬量稱為采樣。7.2.1A/D轉(zhuǎn)換基本原理12/14/202235A/D轉(zhuǎn)換目標(biāo)：將時(shí)間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為時(shí)采樣過程示意圖

取樣定理：設(shè)取樣脈沖s(t)的頻率為fS，輸入模擬信號x(t)的最高頻率分量的頻率為fmax，必須滿足fs≥2fmaxy(t)才可以正確的反映輸入信號(從而能不失真地恢復(fù)原模擬信號)。12/14/202236采樣過程示意圖取樣定理：設(shè)取樣脈沖s(t)的頻率為fS

（2）由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，在每次采樣以后，需要把采樣電壓保持一段時(shí)間。

s(t)有效期間，開關(guān)管VT導(dǎo)通，uI向C充電，uO

(=uc)跟隨uI的變化而變化；s(t)無效期間，開關(guān)管VT截止，uO

(=uc)保持不變，直到下次采樣。（由于集成運(yùn)放A具有很高的輸入阻抗，在保持階段，電容C上所存電荷不易泄放。）

采樣―保持電路及輸出波形12/14/202237（2）由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，在每次采樣以后，需要2.量化和編碼

數(shù)字量最小單位所對應(yīng)的最小量值叫做量化單位△。

將采樣－保持電路的輸出電壓歸化為量化單位△的整數(shù)倍的過程叫做量化。

用二進(jìn)制代碼來表示各個(gè)量化電平的過程，叫做編碼。

一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)只能表示2n個(gè)量化電平，量化過程中不可避免會產(chǎn)生誤差，這種誤差稱為量化誤差。量化級分得越多（n越大），量化誤差越小。

12/14/2022382.量化和編碼數(shù)字量最小單位所對應(yīng)的最小量值叫做量劃分量化電平的兩種方法（a）量化誤差大；（b）量化誤差小

12/14/202239劃分量化電平的兩種方法12/12/202239直接A/D轉(zhuǎn)換器：并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器間接A/D轉(zhuǎn)換器：雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器電壓轉(zhuǎn)換型A/D轉(zhuǎn)換器1.逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器

天平稱重過程：砝碼（從最重到最輕），依次比較，保留/移去，相加。逐次比較思路：不同的基準(zhǔn)電壓－－砝碼。返回7.２.2A/D轉(zhuǎn)換器工作原理12/14/202240直接A/D轉(zhuǎn)換器：并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器1.逐次比較逐次逼近型ADC電路框圖

CPDn-1Dn-2Dn-3…D1D0u0(V)uI與uO比較0100…000.5UREF1（Dn-1為1）/0（Dn-1為0）1Dn-110…000.75/0.25UREF1（Dn-2為1）/0（Dn-2為0）2Dn-1Dn-21…00…1（Dn-3為1）/0（Dn-3為0）…………n-1Dn-1Dn-2Dn-3…D11…1（D0為1）/0（D0為0）基準(zhǔn)電壓UREFn位A/D轉(zhuǎn)換器

電路啟動后:12/14/202241逐次逼近型ADC電路框圖CPDn-1Dn-2Dn-實(shí)例

8位A/D轉(zhuǎn)換器，輸入模擬量uI=6.84V，D/A轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓UREF=10V。相對誤差僅為0.06%。轉(zhuǎn)換精度取決于位數(shù)。CPD7D6D5D4D3D2D1D0u0(V)uI>uO010000000511110000007.502101000006.2513101100006.87504101010006.562515101011006.7187516101011106.79687517101011116.83593751uI>uO為1否則為0

12/14/202242實(shí)例8位A/D轉(zhuǎn)換器，輸入模擬量uI=6.84V，相對誤

8位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器波形圖

12/14/2022438位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器波形圖12/12/2022432.雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器基本原理：對輸入模擬電壓uI和基準(zhǔn)電壓-UREF分別進(jìn)行積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時(shí)間間隔T2，然后在這個(gè)時(shí)間間隔里對固定頻率的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果N就是正比于輸入模擬信號的數(shù)字量信號。（1）電路組成12/14/2022442.雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器基本原理：對輸入雙積分型ADC電路

12/14/202245雙積分型ADC電路12/12/202245④時(shí)鐘脈沖控制門G1：當(dāng)uC=1時(shí)，門G1打開，CP脈沖通過門G1加到計(jì)數(shù)器輸入端。③計(jì)數(shù)器：為n＋1位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。第一次計(jì)數(shù)，是從0開始直到2n對CP脈沖計(jì)數(shù)，形成固定時(shí)間T1＝2nTc（Tc為CP脈沖的周期），T1時(shí)間到時(shí)Qn＝1，使S1從A點(diǎn)轉(zhuǎn)接到B點(diǎn)。第二次計(jì)數(shù)，是將時(shí)間間隔T2變成脈沖個(gè)數(shù)N保存下來。②檢零比較器C：當(dāng)uO≥0時(shí)，uC＝0；當(dāng)uO＜0時(shí)，uC＝1。①積分器：Qn=0，對被測電壓uI進(jìn)行積分；Qn=1，對基準(zhǔn)電壓-UREF進(jìn)行積分。12/14/202246④時(shí)鐘脈沖控制門G1：當(dāng)uC=1時(shí)，門G1打開，CP①積分器：Qn=0，對被測電壓uI進(jìn)行積分；Qn=1，對基準(zhǔn)電壓-UREF進(jìn)行積分。②檢零比較器C：當(dāng)uO≥0時(shí)，uC＝0；當(dāng)uO＜0時(shí)，uC＝1。③計(jì)數(shù)器：為n＋1位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。第一次計(jì)數(shù)，是從0開始直到2n對CP脈沖計(jì)數(shù)，形成固定時(shí)間T1＝2nTc（Tc為CP脈沖的周期），T1時(shí)間到時(shí)Qn＝1，使S1從A點(diǎn)轉(zhuǎn)接到B點(diǎn)。第二次計(jì)數(shù)，是將時(shí)間間隔T2變成脈沖個(gè)數(shù)N保存下來。④時(shí)鐘脈沖控制門G1：當(dāng)uC=1時(shí)，門G1打開，CP脈沖通過門G1加到計(jì)數(shù)器輸入端。（1）電路組成12/14/202247①積分器：Qn=0，對被測電壓uI進(jìn)行積分；Qn=1（2）工作原理雙積分型ADC的工作波形

先定時(shí)（T1）對uI正向積分，得到Up，Up∝uI；再對－UREF積分，積分器的輸出將從Up線性上升到零。這段積分時(shí)間是T2，T2∝Up∝uI；在T2期間內(nèi)計(jì)數(shù)器對時(shí)鐘脈沖CP計(jì)得的個(gè)數(shù)為N，N∝T2∝Up∝uI。由于這種轉(zhuǎn)換需要兩次積分才能實(shí)現(xiàn)，因此稱該電路為雙積分型ADC。12/14/202248（2）工作原理雙積分型ADC的工作波形先定工作過程：

①準(zhǔn)備階段：轉(zhuǎn)換控制信號CR＝0，將計(jì)數(shù)器清0，并通過G2接通開關(guān)S2，使電容C放電；同時(shí)，Qn＝0使S1接通A點(diǎn)。12/14/202249工作過程：①準(zhǔn)備階段：轉(zhuǎn)換控制信號CR＝0，將計(jì)②采樣階段：當(dāng)t＝0時(shí)，CR變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)S2斷開，積分器從0開始對uI積分，積分器的輸出電壓從0V開始下降，即12/14/202250②采樣階段：當(dāng)t＝0時(shí)，CR變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)S

與此同時(shí)，由于uO＜0，故uC＝1，G1被打開，CP脈沖通過G1加到FF0上，計(jì)數(shù)器從0開始計(jì)數(shù)。直到當(dāng)t＝t1時(shí)，F(xiàn)F0～FFn-1都翻轉(zhuǎn)為0態(tài)，而Qn翻轉(zhuǎn)為1態(tài)，將S1由A點(diǎn)轉(zhuǎn)接到B點(diǎn)，采樣階段到此結(jié)束。若CP脈沖的周期為Tc，則T1＝2nTc。12/14/202251與此同時(shí)，由于uO＜0，故uC＝1，G1被打開，

設(shè)UI為輸入電壓在T1時(shí)間間隔內(nèi)的平均值，則第一次積分結(jié)束時(shí)積分器的輸出電壓為12/14/202252設(shè)UI為輸入電壓在T1時(shí)間間隔內(nèi)的平均值，則第一次積分結(jié)

③比較階段：在t=t1時(shí)刻，S1接通B點(diǎn)，-UREF加到積分器的輸入端，積分器開始反向積分，uO開始從Up點(diǎn)以固定的斜率回升，若以t1算作0時(shí)刻，此時(shí)有12/14/202253③比較階段：在t=t1時(shí)刻，S1接通B點(diǎn)，-U

當(dāng)t＝t2時(shí)，uO正好過零，uC翻轉(zhuǎn)為0，G1關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。在T2期間計(jì)數(shù)器所累計(jì)的CP脈沖的個(gè)數(shù)為N，且有T2＝NTC。

12/14/202254當(dāng)t＝t2時(shí)，uO正好過零，uC翻轉(zhuǎn)為0，G1關(guān)閉，計(jì)數(shù)

若以t1算作0時(shí)刻，當(dāng)t＝T2時(shí)，積分器的輸出uO＝0，此時(shí)則有12/14/202255若以t1算作0時(shí)刻，當(dāng)t＝T2時(shí)，積分器的輸出uO＝

可見，T2∝UI。

由于T1＝2nTc，所以有12/14/202256可見，T2∝UI。由于T1＝2nTc，所以有12/

結(jié)論：可見，N∝UI∝uI，實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換，N為轉(zhuǎn)換結(jié)果。

第一，如果減小uI（即圖中的uI′），則當(dāng)t＝T1時(shí)，uO＝Up′，顯然Up′＜Up，從而有T2′＜T2；第二，T1的時(shí)間長度與uI的大小無關(guān)，均為2nTc；第三，第二次積分的斜率是固定的，與Up的大小無關(guān)。由于T2＝NTc，所以12/14/202257結(jié)論：可見，N∝UI∝uI，實(shí)現(xiàn)了A/D轉(zhuǎn)換優(yōu)點(diǎn)1：抗干擾能力強(qiáng)。積分采樣對交流噪聲有很強(qiáng)的抑制能力；如果選擇采樣時(shí)間T1為20ms的整數(shù)倍時(shí)，則可有效地抑制工頻干擾。缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度較慢。完成一次A/D轉(zhuǎn)換至少需要（T1＋T2）時(shí)間，每秒鐘一般只能轉(zhuǎn)換幾次到十幾次。因此它多用于精度要求高、抗干擾能力強(qiáng)而轉(zhuǎn)換速度要求不高的場合。

優(yōu)點(diǎn)2：具有良好的穩(wěn)定性，可實(shí)現(xiàn)高精度。由于在轉(zhuǎn)換過程中通過兩次積分把UI和UREF之比變成了兩次計(jì)數(shù)值之比，故轉(zhuǎn)換結(jié)果和精度與R、C無關(guān)。12/14/202258優(yōu)點(diǎn)1：抗干擾能力強(qiáng)。積分采樣對交流噪聲有很7.２.3ADC的主要技術(shù)參數(shù)1.分辨率

分辨率是指A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的最低位變化一個(gè)數(shù)碼時(shí)，對應(yīng)輸入模擬量的變化量。通常以ADC輸出數(shù)字量的位數(shù)表示分辨率的高低，因?yàn)槲粩?shù)越多，量化單位就越小，對輸入信號的分辨能力也就越高。例如，輸入模擬電壓滿量程為10V，若用8位ADC轉(zhuǎn)換時(shí)，其分辨率為10V/28＝39mV，10位的ADC是9.76mV，而12位的ADC為2.44mV。

返回12/14/2022597.２.3ADC的主要技術(shù)參數(shù)1.分辨率返回12/12.轉(zhuǎn)換誤差

轉(zhuǎn)換誤差表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量與理論上的輸出數(shù)字量之間的差別。通常以輸出誤差的最大值形式給出。

轉(zhuǎn)換誤差也叫相對精度或相對誤差。

例如：某ADC的相對精度為±(1/2)LSB，這說明理論上應(yīng)輸出的數(shù)字量與實(shí)際輸出的數(shù)字量之間的誤差不大于最低位為１的一半。12/14/2022602.轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際3.轉(zhuǎn)換速度

完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間叫做轉(zhuǎn)換時(shí)間，轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，則轉(zhuǎn)換速度越快。雙積分ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間在幾十毫秒至幾百毫秒之間；逐次比較型ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間大都在10～50μs之間；并行比較型ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)10ns。

12/14/2022613.轉(zhuǎn)換速度完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間叫做轉(zhuǎn)7.２.4集成A/D轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用舉例

集成A/D轉(zhuǎn)換器規(guī)格品種繁多，常見的有ADC0804、ADC0809、MC14433等。

1.ADC0804A/D轉(zhuǎn)換器

ADC0804是一種逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器。返回12/14/2022627.２.4集成A/D轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用舉例

（1）ADC0804的主要功能及參數(shù)如下：

①分辨率為8位。②線性誤差為±1/2LSB。③三態(tài)鎖存輸出，輸出電平與TTL兼容。④+5V單電源供電，模擬電壓輸入范圍0～5V。⑤功耗小于20mW。⑥不必進(jìn)行零點(diǎn)和滿度調(diào)整。⑦轉(zhuǎn)換速度較高，可達(dá)100μS。12/14/202263（1）ADC0804的主要功能及參數(shù)如下：①ADC0804引腳圖

UIN+、UIN-：模擬信號輸入端，可接收單極性、雙極性和差模輸入信號。

UREF：基準(zhǔn)電壓輸入端。CLK：時(shí)鐘信號輸入端。CLKR：內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器外接電阻端，與CLK端配合可由芯片產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖。

（2）ADC0804各引腳功能說明如下：

D0～D7：數(shù)據(jù)輸出端，有三態(tài)功能，能與微機(jī)總線相接。。AGND：模擬信號地。DGND：數(shù)字信號地。12/14/202264ADC0804引腳圖UIN+、UIN-：模擬信號輸入端，

WR：寫信號輸入端，低電平有效。當(dāng)CS和WR同時(shí)有效時(shí)，啟動A/D轉(zhuǎn)換。

INTR：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端，低電平有效。轉(zhuǎn)換開始后，INTR為高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，該信號變?yōu)榈碗娖?。因此該信號可作為轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)查詢信號，也可作為中斷請求信號，以通知CPU取走轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。

CS：片選信號輸入端，低電平有效。

RD：讀信號輸入端，低電平有效。當(dāng)CS和RD均有效時(shí)，可讀取轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)據(jù)。12/14/202265WR：寫信號輸入端，低電平有效。當(dāng)CS和WR同時(shí)有效時(shí)，作業(yè)題：課后習(xí)題小結(jié)：

A/D轉(zhuǎn)換須經(jīng)過采樣、保持、量化、編碼四個(gè)步驟才能完成。采樣、保持由采樣－保持電路完成；量化和編碼須在轉(zhuǎn)換過程中實(shí)現(xiàn)。

逐次比較型ADC是將輸入模擬信號和DAC依次產(chǎn)生的比較電壓逐次比較。雙積分型ADC則是通過兩次積分，將輸入模擬信號轉(zhuǎn)換成與之成正比的時(shí)間間隔，并在該時(shí)間間隔內(nèi)對時(shí)鐘脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的。12/14/202266作業(yè)題：課后習(xí)題小結(jié)：A/D轉(zhuǎn)換須經(jīng)過采樣、保持、量化返回首頁下課！任務(wù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器應(yīng)用電路測試12/14/202267返回首頁下課！任務(wù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器應(yīng)用電路測試12/12/吃力。課后總結(jié)12/14/202268吃力。課后總結(jié)12/12/202268返回首頁下課！12/14/202269返回首頁下課！12/12/202269吃力。課后總結(jié)12/14/202270吃力。課后總結(jié)12/12/202270第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換返回任務(wù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器應(yīng)用電路測試專題1數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）專題2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）12/14/202271第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換返回任務(wù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器應(yīng)用第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換7.1.3DAC的轉(zhuǎn)換特性7.1.1DAC的基本概念和結(jié)構(gòu)組成7.1.2

DAC的功能7.1.4DAC的主要技術(shù)指標(biāo)返回7.1.5DAC的轉(zhuǎn)換原理7.1.6集成D/A轉(zhuǎn)換器專題1數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）12/14/202272第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換7.1.3DAC的轉(zhuǎn)換特教學(xué)目的:掌握數(shù)/模轉(zhuǎn)換的基本概念和工作原理，了解D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)。重點(diǎn)：掌握數(shù)/模轉(zhuǎn)換的工作原理。難點(diǎn)：數(shù)/模電路的組成及電路特點(diǎn)。12/14/202273教學(xué)目的:掌握數(shù)/模轉(zhuǎn)換的基本概念和工作原理，了導(dǎo)入新課在電子系統(tǒng)中，經(jīng)常用到數(shù)字量與模擬量的相互轉(zhuǎn)換。如工業(yè)生產(chǎn)過程中的濕度、壓力、溫度、流量，通信過程中的語言、圖像、文字等物理量需要轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，才能由計(jì)算機(jī)處理；而計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)字量也必須再還原成相應(yīng)的模擬量，才能實(shí)現(xiàn)對模擬系統(tǒng)的控制，如數(shù)字音像信號如果不還原成模擬音像信號就不能被人們的視覺和聽覺系統(tǒng)接受。因此，數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器是溝通模擬電路和數(shù)字電路的橋梁，也可稱之為兩者之間的接口，是數(shù)字電子技術(shù)的重要組成部分。12/14/202274導(dǎo)入新課在電子系統(tǒng)中，經(jīng)常用到數(shù)字量與模擬量的相

數(shù)/模轉(zhuǎn)換器中的文字D代表數(shù)字量，A代表模擬量，轉(zhuǎn)換器用C表示。目前常見的D/A轉(zhuǎn)換器中，有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器，倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器等。

構(gòu)成數(shù)字代碼的每一位都具有一定的“權(quán)重”。為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，就必須將每一位代碼按其“權(quán)重”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加，即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量，這就是構(gòu)成D/A變換器的基本思想。1、DAC的基本概念7.1.1DAC的基本概念和結(jié)構(gòu)組成12/14/202275數(shù)/模轉(zhuǎn)換器中的文字D代表數(shù)字量，A代表模擬量，轉(zhuǎn)換2、DAC的結(jié)構(gòu)組成DAC電路的作用是將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與輸入數(shù)字量成正比輸出模擬量。在轉(zhuǎn)換過程中，將輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，以電壓或電流的形式輸出。數(shù)字量輸入模擬量輸出DAC組成框圖基準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)鎖存器電子開關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)求和放大圖中數(shù)據(jù)鎖存器用來暫時(shí)存放輸入的數(shù)字信號。n位鎖存器的并行輸出分別控制n個(gè)模擬開關(guān)的工作狀態(tài)。通過模擬開關(guān)，將參考電壓按權(quán)關(guān)系加到電阻解碼網(wǎng)絡(luò)。12/14/2022762、DAC的結(jié)構(gòu)組成DAC電路的作用是將輸入如上圖所示，DAC的n位數(shù)字輸入量，以串行或并行方式輸入并存儲在數(shù)碼寄存器中；數(shù)碼寄存器輸出的各位二進(jìn)制代碼分別控制對應(yīng)各位的模擬電子開關(guān)，使數(shù)碼為１的位在位權(quán)網(wǎng)絡(luò)上產(chǎn)生與其權(quán)值成正比的電壓（或電流）量，再由求和放大電路將各位權(quán)值所對應(yīng)的電壓（或電流）量相加，即可輸出與輸入數(shù)字量成正比的模擬量。

7.1.2

DAC的功能12/14/202277如上圖所示，DAC的n位數(shù)字輸入量，以串行或并行方式對于有權(quán)碼，先將每位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后相加，即可得到與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸入的數(shù)字量是由n位8421BCD碼表示的數(shù)字信號X時(shí)，其從高位到最低位的權(quán)依次為依次為2n-1、2n-2…21、20等，其大小可表示為：DAC電路的輸出模擬電壓u0（或模擬電流i0）為：電流轉(zhuǎn)換系數(shù)電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)7.1.3DAC的轉(zhuǎn)換特性12/14/202278對于有權(quán)碼，先將每位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬01234567001010011100101110111u0/VD000當(dāng)Ru（或Ri）為1、n＝３時(shí)，根據(jù)上式可得DAC的轉(zhuǎn)換特性曲線如下圖所示：模擬輸出理想特性數(shù)字輸入DAC的轉(zhuǎn)換特性曲線12/14/20227901234567001010011100101110111u1、分辨率：用來說明D/A轉(zhuǎn)換器最小輸出電壓(此時(shí)輸入的數(shù)字代碼只有最低有效位為1，其余各位都是0

)與最大輸出電壓(此時(shí)輸入的數(shù)字代碼所有各位全是1

)之比。例一個(gè)8位和一個(gè)10位的兩個(gè)DAC，其分辨率分別為：

從上式可看出：DAC輸入數(shù)字量的位數(shù)n越多，電路的分辨能力越高。因此，有時(shí)也用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)來表示分辨率的高低。7.1.4DAC的主要技術(shù)指標(biāo)12/14/2022801、分辨率：用來說明D/A轉(zhuǎn)換器最小輸出電壓(此時(shí)輸入的數(shù)字2、絕對精度(或絕對誤差)和非線性度

絕對精度是指輸入端加對應(yīng)滿刻度數(shù)字量時(shí)，DAC輸出的實(shí)際值與理論值之差。一般絕對誤差應(yīng)低于uLSB/2。

在滿刻度范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大值稱為非線性誤差。非線性誤差與滿刻度值之比稱非線性度，常用百分比表示。3、建立時(shí)間

指輸入變化后，輸出值穩(wěn)定到距最終輸出量±uLSB所需的時(shí)間。建立時(shí)間反映了DAC電路轉(zhuǎn)換的速度。

除此之外，在選用DAC器件時(shí)，還需要考慮其電源電壓、輸出方式、輸出值范圍及輸入邏輯電平等參數(shù)。12/14/2022812、絕對精度(或絕對誤差)和非線性度絕對精度是指1、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DACRFXn-1Xn-2X2X1X0∞-++·····URSn-1Sn-2S2S1S0模擬電子開關(guān)u0集成運(yùn)放20

R21

R2n-2

R2n-1

R2n-0

R權(quán)電阻，從最低位到最高位，每一個(gè)位置上的電阻都是相鄰高位電阻值的2倍。反饋網(wǎng)絡(luò)n位二進(jìn)制數(shù)字輸入7.1.5DAC的轉(zhuǎn)換原理12/14/2022821、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DACRFXn-1Xn-2X2X1X0∞-+(1)四位二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路模擬開關(guān)S受輸入數(shù)字信號控制，若d=0，相應(yīng)的S合向同相輸入端（地）；若d=1，相應(yīng)的S合向反相輸入端。i正比于輸入的二進(jìn)制數(shù)，所以實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。12/14/202283(1)四位二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路模擬開關(guān)S受輸入數(shù)二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻值是按4位二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)大小取值的，最低位電阻值最大，為23R，然后依次減半，最高位對應(yīng)的電阻值最小，為20R。不論模擬開關(guān)接到運(yùn)算放大器的反相輸入端（虛地）還是接到地，也就是不論輸入數(shù)字信號是1還是0，各支路的電流是不變的。(2)工作原理12/14/202284二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻值是按4位二進(jìn)制數(shù)的位權(quán)大小取值采用運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是起隔離作用，把負(fù)載電阻與電阻網(wǎng)絡(luò)相隔離，以減小負(fù)載電阻對電阻網(wǎng)絡(luò)的影響；二是可以調(diào)節(jié)RF控制滿刻度值（即輸入數(shù)字信號為全1）時(shí)輸出電壓的大小，使D/A轉(zhuǎn)換器的輸出達(dá)到設(shè)計(jì)要求。(3)運(yùn)放求和放大12/14/202285采用運(yùn)算放大器進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是起隔離作用，把u0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020

R21

R22

R23

RI1I31010

當(dāng)輸入的數(shù)字信號為1010時(shí)，電子模擬開關(guān)的動作受此二進(jìn)制數(shù)控制，相應(yīng)為“1”的開關(guān)接到位置1上；將基準(zhǔn)電壓UR經(jīng)電阻引起的電流通入運(yùn)放的反相輸入端，即流入求和電路；相應(yīng)數(shù)字量為“0”的權(quán)電阻由開關(guān)S直接到“地”。(4)舉例說明權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC工作原理IF12/14/202286u0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020Ru0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020

R21

R22

R23

RI1I31010IF若RF=5KΩ，R=80KΩ時(shí)12/14/202287u0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020Ru0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020

R21

R22

R23

RI1I31011IF仍有RF=5KΩ，R=80KΩI012/14/202288u0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020Ru0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020

R21

R22

R23

RI2I31100IF仍有RF=5KΩ，R=80KΩ

顯然，輸出模擬電壓的大小直接與輸入的二進(jìn)制數(shù)大小成正比，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。12/14/202289u0RFD3D2D1D0∞-++URS3S2S1S020R4位R-2RT型網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的電路主要由R-2RT型電阻網(wǎng)絡(luò)、求和運(yùn)算放大器和模擬電子開關(guān)三部分構(gòu)成，其中R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)是D/A轉(zhuǎn)換電路的核心，求和運(yùn)算放大器構(gòu)成一個(gè)電流、電壓轉(zhuǎn)換器，它將與輸入數(shù)字量成正比的輸入電流轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出。2、R-2RT形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器12/14/2022904位R-2RT型網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的電路主要由R-(1)四位T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路12/14/202291(1)四位T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換電路12/12/20222當(dāng)只有一個(gè)電子模擬開關(guān)S合向1，而其余電子模擬開關(guān)S均合向0時(shí)，從該支路的2R電阻向左、右看去的等效電阻均為2R，該電流流向A點(diǎn)時(shí)，每經(jīng)過一節(jié)R-2R電路，電流就減少一半。(2)工作原理iΣ正比于輸入的二進(jìn)制數(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。(3)求和運(yùn)算放大器的輸出電壓輸出電壓也與輸入數(shù)字量成正比。12/14/202292當(dāng)只有一個(gè)電子模擬開關(guān)S合向1，而其余電子模擬開當(dāng)只有開關(guān)S0合向1，即對應(yīng)輸入的二進(jìn)制數(shù)為d3d2d1d0=0001時(shí)，T形電阻網(wǎng)絡(luò)的等效電路如下:12/14/202293當(dāng)只有開關(guān)S0合向1，即對應(yīng)輸入的二進(jìn)制數(shù)為d3d2dUR3、R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)的電阻均為R和2RRF2R2R2R2RRRR2R∞-++D3D2D1D0S3S1S0S2結(jié)點(diǎn)B結(jié)點(diǎn)C結(jié)點(diǎn)D結(jié)點(diǎn)Eu0模擬電子開關(guān)四位二進(jìn)制數(shù)字輸入基準(zhǔn)電壓12/14/202294UR3、R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器倒T形電結(jié)點(diǎn)B結(jié)點(diǎn)C結(jié)點(diǎn)D結(jié)點(diǎn)E輸出電壓：當(dāng)R=RF時(shí)，輸出電壓：Sn-1Sn-2S1S0S2∞-++RFUR2RRRRR2R2R2R2RDn-1Dn-2D2D1D0u02R12/14/202295結(jié)點(diǎn)B結(jié)點(diǎn)C結(jié)點(diǎn)D結(jié)點(diǎn)E輸出電壓：當(dāng)R=RF時(shí)，輸出電壓：S

R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)流過各支路的電流恒定不變，在開關(guān)狀態(tài)變化時(shí)，不需電流建立時(shí)間，而且R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC轉(zhuǎn)換器中采用了高速電子開關(guān)，所以轉(zhuǎn)換速度很高，在數(shù)模轉(zhuǎn)換器中被廣泛采用。R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)具有哪些特點(diǎn)？

DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器是采用什么制造工藝？DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用的是CMOS工藝制成的雙列直插式單片8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以電流形式輸出。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果學(xué)習(xí)中一定要勤于思索主動練習(xí)，才能掌握已學(xué)知識。12/14/202296R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)流過各支路的電流恒定不變，在開關(guān)狀態(tài)作業(yè)題：課后習(xí)題小結(jié)：

D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器作為模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換電路，在信號檢測、控制、信息處理等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。

D/A轉(zhuǎn)換的基本思想是權(quán)電流相加。電路通過輸入的數(shù)字量控制各位電子開關(guān)，決定是否在電流求和點(diǎn)加入該位的權(quán)電流。倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用較廣的電路結(jié)構(gòu)。12/14/202297作業(yè)題：課后習(xí)題小結(jié)：D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器作為模

DAC0832是8位的電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，在對其輸入8位數(shù)字量后，通過外接運(yùn)放，即可獲得相應(yīng)的模擬電壓。片選信號輸入端CSWR1XFERWR2UCCILEDGNDIO1AGNDIO2D1D0D3D2URRFD6D7D4D5輸入鎖存允許信號端輸入數(shù)據(jù)選通信號數(shù)據(jù)傳送選通信號寫信號2基準(zhǔn)電源輸入端反饋電阻D為數(shù)字量輸入端電流輸出端1和2電源5～15V輸入端模擬“地”數(shù)字“地”7.1.6集成D/A轉(zhuǎn)換器12/14/202298DAC0832是8位的電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，在對

當(dāng)DAC0832的控制端恒處于有效電平時(shí)，芯片為直通工作方式。DAC0832中無運(yùn)算放大器，且為電流輸出，使用時(shí)須外接運(yùn)算放大器。芯片中已設(shè)置了RF，只要將9腳接到運(yùn)算放大器的輸出端即可。若運(yùn)算放大器增益不夠，還須外加反饋電阻。DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理圖XFER4~7D/A轉(zhuǎn)換器G1G2G313~1619121718D7~D4D3~D0ILECSWR1WR281211932010URIO1IO2VCCAGNDDGNDRFLE1LE2輸入寄存器DAC寄存器12/14/202299當(dāng)DAC0832的控制端恒處于有效電平時(shí)，芯片為直通工

R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)流過各支路的電流恒定不變，在開關(guān)狀態(tài)變化時(shí)，不需電流建立時(shí)間，而且R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC轉(zhuǎn)換器中采用了高速電子開關(guān)，所以轉(zhuǎn)換速度很高，在數(shù)模轉(zhuǎn)換器中被廣泛采用。R-2R倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)具有哪些特點(diǎn)？

DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器是采用什么制造工藝？DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用的是CMOS工藝制成的雙列直插式單片8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以電流形式輸出。檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果學(xué)習(xí)中一定要勤于思索主動練習(xí)，才能掌握已學(xué)知識。12/14/2022100R-2R倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)流過各支路的電流恒定不變，在開關(guān)狀態(tài)作業(yè)題：課后習(xí)題小結(jié)：

D/A轉(zhuǎn)換的基本思想是權(quán)電流相加。電路通過輸入的數(shù)字量控制各位電子開關(guān)，決定是否在電流求和點(diǎn)加入該位的權(quán)電流。倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)是應(yīng)用較廣的電路結(jié)構(gòu)。12/14/2022101作業(yè)題：課后習(xí)題小結(jié)：D/A轉(zhuǎn)換的基本思想是權(quán)電流相加第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換7.２.3ADC的主要技術(shù)參數(shù)7.２.1A/D轉(zhuǎn)換基本原理7.２.2A/D轉(zhuǎn)換器工作原理7.２.4集成A/D轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用舉例返回專題2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）12/14/2022102第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換7.２.3ADC的主要技教學(xué)目的:掌握模/數(shù)轉(zhuǎn)換的基本概念和工作原理，了解A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)。重點(diǎn)：掌握模/數(shù)轉(zhuǎn)換的工作原理。難點(diǎn)：模/數(shù)電路的組成及電路特點(diǎn)。12/14/2022103教學(xué)目的:掌握模/數(shù)轉(zhuǎn)換的基本概念和工作原理，了復(fù)習(xí)導(dǎo)入數(shù)/模轉(zhuǎn)換與模/數(shù)轉(zhuǎn)換是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的重要接口，也是數(shù)字測量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件。1、怎樣將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量,用哪種電路實(shí)現(xiàn)

？2、組成D/A轉(zhuǎn)換器的基本思想？DAC的主要技術(shù)參數(shù)有哪些？12/14/2022104復(fù)習(xí)導(dǎo)入數(shù)/模轉(zhuǎn)換與模/數(shù)轉(zhuǎn)換是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的重要接口

A/D轉(zhuǎn)換目標(biāo)：將時(shí)間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散、幅值也離散的數(shù)字信號。四個(gè)步驟：采樣、保持、量化、編碼。返回7.2A/D轉(zhuǎn)換1.采樣與保持

（1）將一個(gè)時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散的模擬量稱為采樣。7.2.1A/D轉(zhuǎn)換基本原理12/14/2022105A/D轉(zhuǎn)換目標(biāo)：將時(shí)間連續(xù)、幅值也連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換為時(shí)采樣過程示意圖

取樣定理：設(shè)取樣脈沖s(t)的頻率為fS，輸入模擬信號x(t)的最高頻率分量的頻率為fmax，必須滿足fs≥2fmaxy(t)才可以正確的反映輸入信號(從而能不失真地恢復(fù)原模擬信號)。12/14/2022106采樣過程示意圖取樣定理：設(shè)取樣脈沖s(t)的頻率為fS

（2）由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，在每次采樣以后，需要把采樣電壓保持一段時(shí)間。

s(t)有效期間，開關(guān)管VT導(dǎo)通，uI向C充電，uO

(=uc)跟隨uI的變化而變化；s(t)無效期間，開關(guān)管VT截止，uO

(=uc)保持不變，直到下次采樣。（由于集成運(yùn)放A具有很高的輸入阻抗，在保持階段，電容C上所存電荷不易泄放。）

采樣―保持電路及輸出波形12/14/2022107（2）由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，在每次采樣以后，需要2.量化和編碼

數(shù)字量最小單位所對應(yīng)的最小量值叫做量化單位△。

將采樣－保持電路的輸出電壓歸化為量化單位△的整數(shù)倍的過程叫做量化。

用二進(jìn)制代碼來表示各個(gè)量化電平的過程，叫做編碼。

一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)只能表示2n個(gè)量化電平，量化過程中不可避免會產(chǎn)生誤差，這種誤差稱為量化誤差。量化級分得越多（n越大），量化誤差越小。

12/14/20221082.量化和編碼數(shù)字量最小單位所對應(yīng)的最小量值叫做量劃分量化電平的兩種方法（a）量化誤差大；（b）量化誤差小

12/14/2022109劃分量化電平的兩種方法12/12/202239直接A/D轉(zhuǎn)換器：并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器間接A/D轉(zhuǎn)換器：雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器電壓轉(zhuǎn)換型A/D轉(zhuǎn)換器1.逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器

天平稱重過程：砝碼（從最重到最輕），依次比較，保留/移去，相加。逐次比較思路：不同的基準(zhǔn)電壓－－砝碼。返回7.２.2A/D轉(zhuǎn)換器工作原理12/14/2022110直接A/D轉(zhuǎn)換器：并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器1.逐次比較逐次逼近型ADC電路框圖

CPDn-1Dn-2Dn-3…D1D0u0(V)uI與uO比較0100…000.5UREF1（Dn-1為1）/0（Dn-1為0）1Dn-110…000.75/0.25UREF1（Dn-2為1）/0（Dn-2為0）2Dn-1Dn-21…00…1（Dn-3為1）/0（Dn-3為0）…………n-1Dn-1Dn-2Dn-3…D11…1（D0為1）/0（D0為0）基準(zhǔn)電壓UREFn位A/D轉(zhuǎn)換器

電路啟動后:12/14/2022111逐次逼近型ADC電路框圖CPDn-1Dn-2Dn-實(shí)例

8位A/D轉(zhuǎn)換器，輸入模擬量uI=6.84V，D/A轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓UREF=10V。相對誤差僅為0.06%。轉(zhuǎn)換精度取決于位數(shù)。CPD7D6D5D4D3D2D1D0u0(V)uI>uO010000000511110000007.502101000006.2513101100006.87504101010006.562515101011006.7187516101011106.79687517101011116.83593751uI>uO為1否則為0

12/14/2022112實(shí)例8位A/D轉(zhuǎn)換器，輸入模擬量uI=6.84V，相對誤

8位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器波形圖

12/14/20221138位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器波形圖12/12/2022432.雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器基本原理：對輸入模擬電壓uI和基準(zhǔn)電壓-UREF分別進(jìn)行積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時(shí)間間隔T2，然后在這個(gè)時(shí)間間隔里對固定頻率的時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果N就是正比于輸入模擬信號的數(shù)字量信號。（1）電路組成12/14/20221142.雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器基本原理：對輸入雙積分型ADC電路

12/14/2022115雙積分型ADC電路12/12/202245④時(shí)鐘脈沖控制門G1：當(dāng)uC=1時(shí)，門G1打開，CP脈沖通過門G1加到計(jì)數(shù)器輸入端。③計(jì)數(shù)器：為n＋1位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。第一次計(jì)數(shù)，是從0開始直到2n對CP脈沖計(jì)數(shù)，形成固定時(shí)間T1＝2nTc（Tc為CP脈沖的周期），T1時(shí)間到時(shí)Qn＝1，使S1從A點(diǎn)轉(zhuǎn)接到B點(diǎn)。第二次計(jì)數(shù)，是將時(shí)間間隔T2變成脈沖個(gè)數(shù)N保存下來。②檢零比較器C：當(dāng)uO≥0時(shí)，uC＝0；當(dāng)uO＜0時(shí)，uC＝1。①積分器：Qn=0，對被測電壓uI進(jìn)行積分；Qn=1，對基準(zhǔn)電壓-UREF進(jìn)行積分。12/14/2022116④時(shí)鐘脈沖控制門G1：當(dāng)uC=1時(shí)，門G1打開，CP①積分器：Qn=0，對被測電壓uI進(jìn)行積分；Qn=1，對基準(zhǔn)電壓-UREF進(jìn)行積分。②檢零比較器C：當(dāng)uO≥0時(shí)，uC＝0；當(dāng)uO＜0時(shí)，uC＝1。③計(jì)數(shù)器：為n＋1位異步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。第一次計(jì)數(shù)，是從0開始直到2n對CP脈沖計(jì)數(shù)，形成固定時(shí)間T1＝2nTc（Tc為CP脈沖的周期），T1時(shí)間到時(shí)Qn＝1，使S1從A點(diǎn)轉(zhuǎn)接到B點(diǎn)。第二次計(jì)數(shù)，是將時(shí)間間隔T2變成脈沖個(gè)數(shù)N保存下來。④時(shí)鐘脈沖控制門G1：當(dāng)uC=1時(shí)，門G1打開，CP脈沖通過門G1加到計(jì)數(shù)器輸入端。（1）電路組成12/14/2022117①積分器：Qn=0，對被測電壓uI進(jìn)行積分；Qn=1（2）工作原理雙積分型ADC的工作波形

先定時(shí)（T1）對uI正向積分，得到Up，Up∝uI；再對－UREF積分，積分器的輸出將從Up線性上升到零。這段積分時(shí)間是T2，T2∝Up∝uI；在T2期間內(nèi)計(jì)數(shù)器對時(shí)鐘脈沖CP計(jì)得的個(gè)數(shù)為N，N∝T2∝Up∝uI。由于這種轉(zhuǎn)換需要兩次積分才能實(shí)現(xiàn)，因此稱該電路為雙積分型ADC。12/14/2022118（2）工作原理雙積分型ADC的工作波形先定工作過程：

①準(zhǔn)備階段：轉(zhuǎn)換控制信號CR＝0，將計(jì)數(shù)器清0，并通過G2接通開關(guān)S2，使電容C放電；同時(shí)，Qn＝0使S1接通A點(diǎn)。12/14/2022119工作過程：①準(zhǔn)備階段：轉(zhuǎn)換控制信號CR＝0，將計(jì)②采樣階段：當(dāng)t＝0時(shí)，CR變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)S2斷開，積分器從0開始對uI積分，積分器的輸出電壓從0V開始下降，即12/14/2022120②采樣階段：當(dāng)t＝0時(shí)，CR變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)S

與此同時(shí)，由于uO＜0，故uC＝1，G1被打開，CP脈沖通過G1加到FF0上，計(jì)數(shù)器從0開始計(jì)數(shù)。直到當(dāng)t＝t1時(shí)，F(xiàn)F0～FFn-1都翻轉(zhuǎn)為0態(tài)，而Qn翻轉(zhuǎn)為1態(tài)，將S1由A點(diǎn)轉(zhuǎn)接到B點(diǎn)，采樣階段到此結(jié)束。若CP脈沖的周期為Tc，則T1＝2nTc。12/14/2022121與此同時(shí)，由于uO＜0，故uC＝1，G1被打開，

設(shè)UI為輸入電壓在T1時(shí)間間隔內(nèi)的平均值，則第一次積分結(jié)束時(shí)積分器的輸出電壓為12/14/2022122設(shè)UI為輸入電壓在T1時(shí)間間隔內(nèi)的平均值，則第一次積分結(jié)

③比較階段：在t=t1時(shí)刻，S1接通B點(diǎn)，-UREF加到積分器的輸入端，積分器開始反向積分，uO開始從Up點(diǎn)以固定的斜率回升，若以t1算作0時(shí)刻，此時(shí)有12/14/2022123③比較階段：在t=t1時(shí)刻，S1接通B點(diǎn)，-U

當(dāng)t＝t2時(shí)，uO正好過零，uC翻轉(zhuǎn)為0，G1關(guān)閉，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。在T2期間計(jì)數(shù)器所累計(jì)的CP脈沖的個(gè)數(shù)為N，且有T2＝NTC。

12/14/2022124當(dāng)t＝t2時(shí)，uO正好過零，uC翻轉(zhuǎn)為0，G1關(guān)閉，計(jì)數(shù)

若以t1算作0時(shí)刻，當(dāng)t＝T2時(shí)，積分器的輸出uO＝0，此時(shí)則有12/14/2022125若以t1算作0時(shí)刻，當(dāng)t＝T2時(shí)