８线－３线优先编码器：输入、输出均为高电平
逻辑状态关系表
输入u电i 压
7Us / 8 < ui < Us 6Us / 8 < ui < 7Us / 8 5Us / 8 < ui < 6Us / 8 4Us / 8 < ui < 5Us / 8 3Us / 8 < ui < 4Us / 8 2Us / 8 < ui < 3Us / 8 1Us / 8 < ui < 2Us / 8 0 < ui < 1Us / 8
对于权电阻DAC而言，n位二进制数转换 为模拟量：
Uo R2nfU1RR ni01Di2i
Rf
1R 2
U o
UR 2n
n1
Di 2i
i0
输出模拟电压的大小直接与输入 二进制 数的大小成正比，实现了数字量 到模拟量的 转换 。
2.倒 T 型电阻网络 D/A 转换器
A
B
C
D
IREF
I'3 R I'2 R I'1 R
i I0d0 I1d1 I2d2 I3d3 V8RREFd0 V4RREFd1 V2RREFd2 VRREFd3
V2R3ERF(d3 23 d2 22 d1 21 d0 20)
u o R F i F R 2 i V 2 R 4( d E 3 2 F 3 d 2 2 2 d 1 2 1 d 0 2 0 )
第8 章
模拟量与数字量 转换
概述
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；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。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。
数 字 控 制 计 算 机
DAC
多 路 开 关
比较器输入 编码器输出 A B C D E F G D2 D1 D0 11 1 11 1 1 1 1 1 1 11 11 1 0 1 1 0 111110 0 1 0 1 11 1 100 0 1 0 0 1 11 00 0 0 0 1 1 1 1 0 00 0 0 0 1 0 100000 0 0 0 1 0 00 00 0 0 0 0 0
功率放大
…
执行机构
…
功率放大 执行机构
加热炉
…
加热炉
ADC
多 路 开 关
信号放大
…
信号放大
温度传感器
…
温度传感器
第1节 D/A转换器
一、 D/A转换器的基本原理
1 ． D / A 转 换 器 的 基 本 原 理 和 转 换 特 性
基 将输入的每一位二进制代码按其权的大小转 本 换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟 原 量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比， 理 这样便实现了从数字量到模拟量的转换。
-
+
+
G
-
+
+
F
-
+
+
E
编
-
+
+
D
码
-
+
+
C
-
+
+
B
器
-
+
+
A
D2
D1
D0 数字输出
三位并联比较由以下3部分组成：
比较器：由７个电压比较器组成，“＋”输入端 接输入电压ui，“－”输入端接一定值的比较电压uR， 若 ui > uR ，比较器输出为1，反之输出为0。
分压电阻链：由８个电阻组成，将基准电压进行 分压，获得７个比较器的比较电压uR。
量化方法之一 有舍有五入法
二进制数 输出 111
110
101 100 011 010 001 000
舍去小数量化法： 舍去小数直接取整，最大 量化误差为△。
完成量化编码工作的电路 是ADC。按工作原理不同，可 分为直接ADC和间接ADC。
模拟电压 vI/V 8 7 6 5 4 3 2 1 0
量化值
根据取样定理， 取样频率的选取一般 为：
fS 2.5 ~ 3 fImax
vI S (t)
vI
O t1 t2 t3 t4 S(t) tW TS
O t1 t2 t3 t4 vS
O t1 t2 t3 t4 vO
取样 时间 O t1
(tW)
t2
t3
t4
保持时间 (TS－tW)
取样、保持
vS (a) 取样电路 示意图
如果输入的是n位二进制数，则D/A转换器 的输出电压为：
u o V 2 R n( E d n 1 F 2 n 1 d n 2 2 n 2 d 1 2 1 d 0 2 0 )
第2节 A / D 转换器
A/D转换器的任务是将模拟量转换 成数字量,它是模拟信号和数字仪器 的接口。
一、 A/D转换器的基本原理
A
IREF
I'3
+VREF
B
C
R I'2 R I'1
D
R
I'0
I3
I2
I1
I0
2R
2R
2R
2R
2R
S3
S2
S1
S0
iF RF
－
i
uo
+
d3
d2
d1
d0
i I0d0 I1d1 I2d2 I3d3
(116d0 81d1 14d2 12d3)VRREF
V2R4ERF(d3 23 d2 22 d1 21 d0 20)
实际输入电压值与量化值 之间的偏差称为量化误差。
四舍五入量化法： 采用四舍五入的方法量化 取整。最大量化误差为Δ/2。
模拟电压 vI/V 7.5 6.5 7 5.5 6 5 4.5 4 3.5 3 2.5 1.5 2 1 0.5 0
量化值
7Δ =7 V 6Δ =6 V 5Δ =5 V 4Δ =4 V 3Δ =3 V 2Δ =2 V 1Δ =1 V 0Δ =0 V
是接到地，也就是不论输入数字信号是1还是0，各支路的电流不
变的。
I0 V 8 R R EF I1 V 4 R R EF I2 V 2 R R EF I3 V R R EF
+VREF
IREF R
I3 2R I2 4R I1 8R I0
S3
S2
S1
S0
i
设RF=R/2
iF RF
－ uo
+
d3
d2
d1
d0
2 ． D / A 转 换 器 的 主 要 技 术 指 标
（1）分辨率指分辨最小电压的能力。有时也用输入 数字量的有效位数来表示分辨率。
分辨满 率 最量 小程 输输 出 V 出 V电 R LSEB 电 F 压 2n1压 1
（2）输出电压( 电流 )的建立时间输入数字量为全0 到全1，输出电压达到稳定值所需要的时间。超高 速（<100nS);较高速(100nS~1 S)；高速(1 ~ 10 S)； 中速(10~100S）；低速（100S）。
2、逐次逼近式ADC
工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。 若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、 2、1克。设待秤重量Wx = 13.4克，可以用下表 步骤来秤量：
u o R F i F R F i V R 2 4 R R F E ( d 3 F 2 3 d 2 2 2 d 1 2 1 d 0 2 0 )
三、集成D/A转换器及其应用
CS
1
WR1
2
AGND
3
D3
4
D2
5
D1
6
D0
7
UR
8
Rfb
9
DGND 10
20
UCC
19
LCE
18
WR2
17
S(t) L
8
取样－保持电路
30k
S
＋－A2
300
vO 5
7
6 C
（外接）
(b)
（２）量化、编码
用数字量表示取样电压值时，要将取样电压化为某个最小 数量单位(1 LSB) 的整数倍，这一转换过程称为量化，所取的最 小单位称为量化单位，用Δ表示，Δ= 1 LSB。将量化的结果转 化为对应的代码，称为编码。
逐次逼近型A/D转换器 直接型A/D转换器并联比较源自A/D转换器间接型A/D转换器
双积分型ADC
1、并联比较型
Us
ui
R
7Us /8
优点是转换 6Us /8 R
速度快，缺
R
点 是所需比 5Us /8 R
较器数目多，4Us /8 R 位数越多矛 3Us /8
盾越突出。 2Us /8 R
R
Us /8
R
d0 输入 d1
…
D/A
uo或io 输出
dn－ 1
u o K u ( d n 1 2 n 1 d n 2 2 n 2 d 1 2 1 d 0 2 0 )
uo(V)
7
转 换
6 5 4
特
3
性
2
1
D
0
000 001 010 011 100 101 110 111
D/A转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字 量之间的转换关系。图示是输入为3位二进制数时的D/A转 换器的转换特性。理想的D/A转换器的转换特性，应是输出
1 ． A / D 转 换 器 的 基 本 原 理
模数转换一般分为取样、保持和量化、编码两步进行。
时间上和量值上都连续
模拟信号