数模转换和模数转换

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1、第8章数/模转换和模/数转换8.1概述8.2数/模转换器(DAC)8.3模/数转换器(ADC)返回主目录第8章数/模转换和模/数转换8.1概述从模拟信号到数字信号的转换称模/数转换(又称A/D转换),完成A/D转换的电路称A/D转换器（简称ADC）；从数字信号到模拟信号的转换称数/模转换（又称D/A转换），完成D/A转换的电路称D/A转换器（简称DAC）。例如，要用计算机对生产过程进行实时控制，其控制过程原理方框图如图8.1所示。可见，ADC和DAC是数字系统和模拟系统相互联系的桥梁，是数字系统的重要组成部分。图8.1计

2、算机对生产过程进行实时控制原理示意图8.2数/模转换器(DAC)8.2.1DAC的基本工作原理8.2.2倒T型电阻网络DAC8.2.3DAC的主要技术指标8.2.4集成DAC举例8.2数/模转换器(DAC)8.2.1DAC的基本工作原理DAC用于将输入的二进制数字量转换为与该数字量成比例的电压或电流。其组成框图如图8.2所示。图中，数据锁存器用来暂时存放输入的数字量，这些数字量控制模拟电子开关，将参考电压源UREF按位切换到电阻译码网络中变成加权电流，然后经运放求和，输出相应的模拟电压，完成D/A转换过程。图8.2DAC方框图

3、图8.3倒T型电阻网络D/A转换器8.2.2倒T型电阻网络DAC如图8.3所示为一个四位倒T型电阻网络DAC（按同样结构可将它扩展到任意位），它由数据锁存器（图中未画）、模拟电子开关（S）、R-2R倒T型电阻网络、运算放大器（A）及基准电压UREF组成。模拟电子开关S3、S2、S1、S0分别受数据锁存器输出的数字信号D3、D2、D1、D0控制。当某位数字信号为1时，相应的模拟电子开关接至运算放大器的反相输入端（虚地）；若为0则接同相输入端（接地）。开关S3～S0是在运算放大器求和点（虚地）与地之间转换，因此不管数字信号D如何

4、变化，流过每条支路的电流始终不变，从参考电压UR输入的总电流也是固定不变的。图8.4倒T型电阻网络简化等效电路图8.3所示电路从UREF向左看，其等效电路如图8.4所示，等效电阻为R，因此总电流I=UREF/R。流入每个2R电阻的电流从高位到低位依次为I/2、I/4、I/8、I/16，流入运算放大器反相输入端的电流为所以运算放大器的输出电压为若RF=R,则有推广到n位DAC，则有例1如图8.3所示，若UR=10V，求对应D3D2D1D0分别为1010、0110和1100时输出电压值。(对应D3D2D1D0为0110和110

5、0时自行练习。)解当D3D2D1D0=1010时，8.2.3DAC的主要技术指标1.分辨率DAC的分辨率是说明DAC输出最小电压的能力。它是指最小输出电压（对应的输入数字量仅最低位为1）与最大输出电压（对应的输入数字量各有效位全为1）之比：分辨率=式中,n表示输入数字量的位数。可见，n越大，分辨最小输出电压的能力也越强。例如，n=8,DAC的分辨率为分辨率==0.00392.转换精度转换精度是指DAC实际输出模拟电压值与理论输出模拟电压值之差。显然，这个差值越小，电路的转换精度越高。3.建立时间（转换速度）

6、建立时间是指,DAC从输入数字信号开始到输出模拟电压或电流达到稳定值时所用的时间。8.2.4集成DAC举例DAC0832是常用的集成DAC，它是用CMOS工艺制成的双列直插式单片八位DAC，可以直接与Z80、8080、8085、MCS51等微处理器相连接。其结构框图和管脚排列图如图8.5所示。图8.5集成DAC0832DAC0832由八位输入寄存器、八位DAC寄存器和八位D/A转换器三大部分组成。它有两个分别控制的数据寄存器，可以实现两次缓冲，所以使用时有较大的灵活性，可根据需要接成不同的工作方式。DAC0832中采用

7、的是倒T型R-2R电阻网络，无运算放大器，是电流输出，使用时需外接运算放大器。芯片中已经设置了Rfb,只要将9号管脚接到运算放大器输出端即可。但若运算放大器增益不够，还需外接反馈电阻。DAC0832芯片上各管脚的名称和功能说明如下：：片选信号，输入低电平有效。ILE：输入锁存允许信号，输入高电平有效。：输入数据选通信号，输入低电平有效。：数据传送选通信号，输入低电平有效。：数据传送控制信号，输入低电平有效。D0～D7：八位输入数据信号。IOUT1：DAC输出电流1。此输出信号一般作为运算放大器的一个差分输入信号

8、（一般接反相端）。VCC：数字部分的电源输入端。UCC可在+5V到+15V范围内选取。DGND：数字电路地。AGND：模拟电路地。结合图8.5(a)可以看出转换器进行各项功能时，对控制信号电平的要求如表8.1所示。DAC0832