中国矿业大学信电学院：《数字电子技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十章 模数和数模转换

第十章模数和数模转换 第一节D/A转换器 第二节AD转换器

第十章 模数和数模转换 第一节 D/A转换器 第二节 A/D 转换器

概述 计算机系统是一个数字系统、离散系统,而我们生活的外 部世界是一个模拟系统。为使计算机系统能够了解外部世界 对外部事物进行处理,就必须有一个将模拟量转换为数字量, 将数字量转换为模拟量的接口,这就是常说的A/D和D/A。 虽然模拟量是无限可分的、连续的,数字量是离散的,数 字量永远也不能精确地描述模拟量,但由于我们对客观世界的 了解、描述并不总需要极高的精度,所以选择适当精度的数字 量来描述模拟量是完全够用的。 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

概述 计算机系统是一个数字系统、离散系统，而我们生活的外 部世界是一个模拟系统。为使计算机系统能够了解外部世界， 对外部事物进行处理，就必须有一个将模拟量转换为数字量， 将数字量转换为模拟量的接口，这就是常说的 A/D和 D/A。 虽然模拟量是无限可分的、连续的，数字量是离散的，数 字量永远也不能精确地描述模拟量，但由于我们对客观世界的 了解、描述并不总需要极高的精度，所以选择适当精度的数字 量来描述模拟量是完全够用的。 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

能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器,简 称AD转换器或ADC( Analog-to-Digital Converter 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(Digital-to-Analog Converter 功率放大x执行机构 加热炉 DAC 多路开 数字控制计算机 关≯功率放大>执行机构加热炉 信号放大<温度传感器 ADC 多路开关 信号放大 温度传感器 温控系统中D/A和AD运用示意 本章将简单介绍D/A转换器和A/D转换器的几种主要形式

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(Analog-to-Digital Converter)； 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(Digital-to-Analog Converter)。 多 路 开 关 数 字 控 制 计 算 机 DAC ADC 功率放大 … 功率放大 执行机构 … 执行机构 加热炉 … 加热炉 温度传感器 … 温度传感器 信号放大 … 信号放大 多 路 开 关 本章将简单介绍D/A转换器和A/D转换器的几种主要形式。 温控系统中D/A和A/D运用示意 图

§1D/A转换器DAC) 、D/A转换器的基本原理和转换特性 基将输入的每位二进制代码按其权的大小转换成相 本应的模拟量,然后将代表各位的模拟量相加,所得的 原总模拟量就与数字量成正比,这样便实现了从数字量 理 到模拟量的转换。 或 输入 D/A 输出 K,( d.,2n-1+a 2 n-2 n-1 n-2 +…+d1·21+dn·2)

§1 D/A转换器(DAC) 一、D/A转换器的基本原理和转换特性 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 uo 或 i o 输出 D/A d0 d1 dn－1 输入 … ( 2 2 2 2 ) 0 0 1 1 2 2 1 o 1 =  +  + +  +  − − − u K d − d d d n n n u n 

l((V) 转换特性 76543210 1输入为3位二进制数 时的DA转换特性。 000001010011100101110111 转换特性:指输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。 理想的D八A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U=KⅹD;K电压转换比例系数 输出模拟电流石=K1xD;K电流转换比例系数 (D:输入二进制数所代表的十进制数。) 如果输入为m位二进制数dn1dn2…dd,则输出模拟电压为: ln=K2(an1·2n+dn-22"2+…+d1:2+do·2°)

7 6 5 4 3 2 1 0 000 001 010 011 100 101 110 111 uo (V) D 转 换 特 性 即：输出模拟电压 uo =Ku×D ;Ku电压转换比例系数. 输出模拟电流 io=Ki×D ;Ki电流转换比例系数， （D :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-2…d1d0，则输出模拟电压为： ( 2 2 2 2 ) 0 0 1 1 2 2 1 o 1 =  +  + +  +  − − − u K d − d d d n n n u n  转换特性:指输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。 理想的D/A转换特性，应是输出模拟量与输入数字量成正比。 输入为3位二进制数 时的D/A转换特性

给定数字量的D/A转换过程: ()按权展开,求相应位的模拟量; (2)相加求和,求总的模拟量 存在多种网 DAC的一般构成: 络形式。 ()电阻网络:实现按权展开 由晶体管或MoS (2)电子开关:给定数字量; 管组成。 (3)求和电路:完成模拟量相加。 由运放组成

给定数字量的D/A转换过程： ⑴按权展开，求相应位的模拟量； ⑵相加求和，求总的模拟量； ⑴电阻网络：实现按权展开； ⑵电子开关: 给定数字量； ⑶求和电路: 完成模拟量相加。 DAC的一般构成： 存在多种网 络形式。 由晶体管或MOS 管组成。 由运放组成

常见DAC转换方法 二进制权电阻网络DAC 二进制权电流DAC T型电阻网络DAc 倒T型电阻网络DAc

常见DAC转换方法 二进制权电阻网络DAC T型电阻网络DAC 倒T型电阻网络DAC 二进制权电流DAC

、二进制权电阻网络DAC 1.电路 REF REF R 2R 4R 8R 参考电压 do 求和 电路 电子开关:d=1→接“-”;d=0→接“+” 不论d接哪端(虛地或实地),各支路电流不变。 REF REF REF REF 8R 4R 2 2R R

R 2R 4R 8R RF I 1 I I 3 I 2 0 I REF i F i S3 S2 S1 S0 d3 d2 d1 d0 +VREF uo － + R V I R V I R V I R V I REF REF REF REF 0 = 1 = 2 = 3 = 8 4 2 二、二进制权电阻网络DAC 参 考 电 压 电子开关：d＝1→接“-”;d=0 →接“+” 不论d接哪端（虚地或实地），各支路电流不变。 求和 电路 ⒈电路

+ 12 R 2R 4R//V 8R 设R=R/2 2.转换原理 i=lodo +1d1+12d2+ l3d 8R 0+REF V REF d +REF 4R 2R d2+REF- ds R RE(d323+d22+d1:21+d·2)=RENB 2·R 23R 3输出 而=、 RE VREENE NB~M:3+42-2+41:21+n,20 R 2 给定数字量 R=Ra2 W=-REF-N B 2

R 2R 4R 8R RF I 1 I I 3 I 2 0 I REF i F i S3 S2 S1 S0 d3 d2 d1 d0 +VREF uo － + B REF REF REF REF REF REF N R V d d d d R V d R V d R V d R V d R V i I d I d I d I d 3 0 0 1 1 2 2 3 3 3 0 1 2 3 0 0 1 1 2 2 3 3 2 ( 2 2 2 2 ) 2 8 4 2 =  +  +  +  = = + + + = + + + B F REF F F N V R R u R i 3 o 2 = − = − 设RF=R/2 ⒉ 转换原理 ⒊输出 B REF N V u 4 o 2 RF=R/2 = − 0 0 1 1 2 2 3 NB = d3  2 + d  2 + d  2 + d  2 给定数字量

O三、T型电阻网络DAC 1.电路 R 2R AR BR C R D 2R 2R 2R 2R 2R +VR d 2 电子开关:d=1→接“V”;d=0一接“地

R R R 2R 2R 2R 2R 2R RF I∑ S0 S1 S2 S3 d0 d1 d2 d3 +VR uo － + A B C D P 2R 三、T型电阻网络DAC ⒈电路 电子开关：d＝1→接“VR ”;d=0 →接“地