数—模转换装置输出的模拟量A就是和输入的数字量D 成正比例的电压或电流信号。即A=KD，其中的K称为转换 比例系数。
以十位DAC为例，输入的是十位二进制代码，共有210
种组合。若输出电压的最大值为5V，则该转换器所能转换
出的最小电压为
5 210
1

5，其V 转换步距也为
1023
，5 显V 然
1023
（3）电压比较器。将数据寄存器中数据对应的电压 与输入电压比较，输出结果用于修改数据寄存器中的 数据。 （4）控制逻辑及时钟。用于实现整机的逻辑控制。 2. 工作过程
FF8－FF1组 成8位数据寄
存器
10个D触发器接成环形 移位寄存器
假设输入电 压uI＝149 V
第Q因8此一－第据1u个9QC二寄2＝C1V为P个存0到，，1C器0来P保大0的到0时留于0状来0，。，0态时0W不为，，8保＝1Wu1留I10与7，0＝。01其02108，余0v，其比W该余较i均数W，为据i小均0使于为，u，0D。＝数
CP为高电平时，S闭合； CP为低电平时，S断开。
S是电子开关
L是开关的 驱动电路
当S闭合时，A1和A2均工作在电压跟随器状态，所以 uo＝u/o＝uI，电容上的电压uC＝uI；当S断开时，由于Ch 上的电压不变，所以输出电压uo的数值得以保持不变。
采样定理：当采样频率不小于输入模拟信号频谱 中最高频率失的采原两样信倍信号时号的，是信采否息样会呢信丢？号可以 不失真地恢复为原模拟信号。
2.转换精度和线性度 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。这误差和运放的 零点漂移、模拟开关的压降以及电阻阻值的偏差 等很多原因引起的。
线性度是指转换器的非线性误差，产生非线性误差的 原因一般是由各模拟通路的偏差和压降不同造成的。
3.输入数字电平和输出电平
输入数字电平是指输入的数字信号分别为0和 1时所对应的输入高、低电平的值，不同的转换器 该值略有区别。输出电平是指输出电压的最大值， 不同型号的转换器该值的相差较大，其中高压输 出型的可达30V，电流输出型的可达3A。
数十 ns
数十 s 数十 ms
12.2.3 常用ADC简介
目前常用ADC大多是单片集成转换器，种类很多。 1.ADC0800系列
ADC0800系列属逐次比较型比较器，如ADC0801， ADC0804，ADC0809等，可把输入模拟信号转换为8 位数字信号输出。
ADC0809片内有带锁存功能的8路模拟开关，可实 现对8路输入模拟电压进行分时转换，输出采用TTL三 态锁存缓冲器，可直接与外部数据总线连接。采用28 脚双列直插封装，其外引线排列图如图所示。
电路和转换控制电路构成，采用20脚双列直插封装，
芯片外接集成运放，将转换成的模拟电流信号放大后
变成电压信号输出。
图12-5 DAC0830系列的外引线排列图
2.集成DA7520

集成DA7520和前述0830系列不同的是其电路只包
含转换网络和模拟电子开关。是10位CMOS电流开关
型转换器，其结构简单，通用性好。DA7520的外引线
…
Dn-1 Dn-2
D1 n 位二进制数输出 D0 D = Dn-1 Dn-2 D1 D0
]”表示取整。
△ 称为 ADC 的单位量化电压或量化单位， 它是 ADC 的最小分辨电压。
可见，输出数字量 D 正比于输入模拟量 uI 。
A /D 转换的一般步骤
输入模拟量
uI(t)
SC
uI(t)
采样保持电路
量化 编码
电路
…
输出数字量
Dn-1 DD10
采样：把时间连续变化的信号变换为时间离散的信号。 保持：保持采样信号，使有充分时间转换为数字信号。 量化：把采样保持电路的输出信号用单位量化电压的
整数倍表示。 编码：把量化的结果用二进制代码表示。
2.集成采样－保持器LF198
A1，A2是网络的输出电流 如果输入的是n位二进制数，则 当取RF＝R时，则上式为 与T形电阻网络的输出电压相同。
12.1.2数—模转换器的主要技术指标
1.分辨率 分辨率是指转换器的最小输出电压与最大输出电压之比。
当输入的数字量为1时（仅最低位为1，其余各位 全部为0），输出最小，当输入的数字量各位全部为1 时，输出最大，此二者之比即为分辨率，例如10位 DAC转换器的分辨率为：
集成运放的输出
模拟电压为U0 如果输入的是n位二进制数，则
如果输入的是n位二进制数，则
当取RF＝3R时，则上式为
例如对四位的数—模转换器而言：
R—2RT形电阻网络数—模转换器的优点是它只 需及和2只两种阻值的电阻，这对选用高精度电阻和 提高转换器的精度都是有利的。
2.倒T形电阻网络数—模转换器
电路组成与转换原理
4.工作温度范围 温度的高低将直接影响到转换器的精度指标，
好的产品工作温度可在-40 ℃ ~150℃之间。
12.1.3 数—模转换器的主要产品介绍
1. DAC0830系列

DAC0830系列是8位分辨率的集成DAC转换电路，
包含转换电路和外围电路，具有双缓冲结构，内部主
要由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位DAC转换
T形电阻网络：当输入的数字信号的某一位为“1”
时，开关接到参考电压UR上，为“0”时接地，这个T 形电阻网络开路时的输出电压UA(未接运算放大器时) 可以应用叠加原理进行计算。
即分别计算只当d0＝1、dl＝l、d2＝l、d3＝l(其余位 为0)时的电压分量，而后叠加得到UA。
应用叠加原理将这四个电压分量叠加，得出T形电 阻网络开路时的输出电压UA，等效内阻(除去电源后开 路网络的等效电阻)为R。
D0
D1
D2
D3 iΣ
RF
-
△
∞ +
uO
0 10 10 10 1 +
S0
S1
S2
S3
2R 2R I0 2R I12R I22R I3
R
R
R
I0
I1
I2
I3
I
VREF
地关打；电向模打压哪拟向由转一开“倒换侧关0”电，TS侧路i倒型打时(电T简向，阻型称“相网电1I应络/”阻U、侧网2转R模时络换支拟，均电路开相可路接关应等)组地和效2成R。一为。故个支下电无路图流论接：虚开
2R 2R I0 2R I12R I22R I3
R
R
R
I0
I1 A I2 B I3 C I
VREF
1)从 A、B、C 节点向左看去，各节点对地的等效电阻均为 2R。
2)不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端(虚地)或接
“地”(也就是不论输入信号是1或是0)，各支路的电流是不变的。
因此，从参考电压端输入的电流为IR＝ 分流公式得出各支路的电流：
0
111 7 = 7/8V 110 6 = 6/8V 101 5 = 5/8V 100 4 = 4/8V 011 3 = 3/8V 010 2 = 2/8V 001 1 = 1/8V 000 0 = 0V
最大量化误差 = = (1/8)V
(15/15)V
111
(13/15)V
110 (11/15)V
第12章 模拟量和数字量的转换
为何要进行数模和模数转换？
数字量
数字量
模拟量
模拟量
传感器 被控对象 自然界物理量
第12章 模拟量和数字量的转换
定义：能将模拟量转换为数字量的装置称为模—数转换器， 简称A/D或ADC；能将数字量转换为模拟量的装置称为数— 模转换器，简称D/A或DAC。ADC和DAC是模拟电路和数字 电路的接口，是联系模拟系统与数字系统的“桥梁”。
1/（210-1）≈0.001 有时也用输入信号的有效位数来表示分辨率，有 效位数越多分辨率就越高。显然分辨率越高，转换的 精度就越高。但分辨率越高其转换电路就越复杂。
表12-1 不同DAC转换器的分辨率
转换器输入数字量的位数
分辨率
4
1/15
8
1/255
10
1/1023
12
1/4095
16
1/65535
特点：
由于要两次积分，因此双积分型ADC转换器的转 换速度较低，但转换数字量位数n增加时，电路复杂程 度增加不大，易于提高分辨率，其通常用在对速度要 求不高的场合，如数字万用表等。
具体电路略
双积分型ADC转换器原理图
(二) 主要参数
1. 分辨率
指 ADC 输出数字量的最低位变化一 个数码时，对应输入模拟量的变化量。
101 (9/15)V
100
(7/15)V 011
(5/15)V
010 (3/15)V
001
(1/15)V 0
000
最大量化误差
= /2 = (1/15)V
7 =14/15V 6 = 12/15V 5 = 10/15V 4 = 8/15V 3 = 6/15V 2 = 4/15V 1 = 2/15V 0 = 0V
排列图如图12.6所示。
图12.6 DA7520的外引线排列图
12.2 模-数转换器
模-数转换一般要经过采样、保持、量化和编码4 个步骤。目前用的较多的是逐次逼近型、双积分型和 电压频率变换型转换器等。
1.A /D 转换的基本原理和一般步骤
模拟输 入信号
uI
D


uＩ
ADC “[
第12章 模拟量和数字量的转换
本章基本要求：
理解数模和模数转换器的概念和作用。 了解数模转换的基本原理。 了解 R - 2R 倒 T 形电阻网络 D/A 转换器的电路与工作 原理。 了解常用 D/A 转换器的类型和主要参数。 了解模数转换的基本原理。 了解常用 A/D 转换器。 了解 A/D 转换器的主要参数。