如果用8位二进制代码来控制图中的S1～S8(Di=1 时Si闭合；Di=0时Si断开)，那么根据二进制代码 的不同，输出电压VO也不同，这就构成了8位的 D/A转换器。
►
可以看出，当代码在0～FFH之间变化时，VO相 应地在0～-(255/256)Vref之间变化。
为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的 D/A转换器采用R-2R梯形电阻网络(见下页)，它 只用两种阻值的电阻(R和2R)。
►
分辨率（Resolution）
输入的二进制数每±1个最低有效位(LSB)使输出变化的 程度。 一般用输入数字量的位数来表示: 如8位、10位

例：一个满量程为5V的10位DAC，±1 LSB的变化将使输出 变化 5/(210-1)=5/1023=0.004888V=4.888mV
►
转换精度（误差） 实际输出值与理论值之间的最大偏差。 一般用最小量化阶⊿来度量，如±1/2 LSB 也可用满量程的百分比来度量，如0.05% FSR LSB: Least Significant Bit FSR: Full Scale Range)
10.1 D/A转换器工作原理 10.2 D/A转换器的主要性能指标 10.3 DAC 0832 D/A转换器 10.4 A/D转换器主要性能指标 10.5 A/D转换器工作原理 10.6 ADC 0809 A/D转换器 10.7 AD 570 A/D转换器
►

本章内容
模拟量输入输出通道的组成 D/A转换器
► A/D转换的四个步骤
采样→保持→量化→编码
►采样/保持：由采样保持电路（S/H）完成 ►量化/编码：由ADC电路完成（ADC：AD变换器）
►
采样

将一个时间上连续变化的模拟量转为时间上断续变化 的（离散的）模拟量。 或：把一个时间上连续变化的模拟量转换为一个脉冲 串，脉冲的幅度取决于输入模拟量。 将采样得到的模拟量值保持下来，使之等于采样控制 脉冲存在的最后瞬间的采样值。 目的： A/D转换期间保持采样值恒定不变。
►保证变换时信号恒定不变
A/D变换器（A/D Converter）
►模拟量转换为数字量
►
D/A变换器（D/A Converter）
►数字量转换为模拟量
►
低通滤波
►平滑输出波形
►
放大驱动
►提供足够的驱动电压，电流
►
D/A变换器的基本原理及技术指标

D/A变换器的基本工作原理
►组成：模拟开关、电阻网络、运算放大器 ►两种电阻网络：权电阻网络、R-2R梯形电阻网络
►基本结构如图：
Rf
数字量
模拟开关 电阻网络
∑
VO Vref
►
运放的放大倍数足够大时，输出电压Vo与输入电 压Vin的关系为：
VO = -
Rf R
V in
R Vin
∑
Rf
式中：Rf 为反馈电阻 R 为输入电阻
Vo
►
若输入端有n个支路, 则输出电压VO与输入电压 Vi的关系为：
V 0 = -R f
模拟量输入 (数据采集)
模拟量输出 (过程控制)
输入通道
工 业 生 产 过 物理量 变换 传 感 器 放大 滤波 多路转换 & 采样保持
A/D 转换
输入 接口
10101100 微 型
计 信号 处理 信号 变换 I/O 接口
算 机 00101101
输出通道
执行 机构 放大 驱动 D/A 转换 输出 接口
3. 转换时间 完成一次A/D转换所需要的时间，称为A/D转换 电路的转换时间
4 .温度系数和增益系数：
这两项指标都是表示A/D转换器受环境温度影响 的程度的。 5. 对电源电压变化的抑制比 用改变电源电压使数据发生±1LSB变化时所对应
的电源电压变化范围来表示
► 用途
将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便于计算机进行处理。 常用于数据采集系统或数字化声音。
……
port1
0832-1
A10-A0 译码器 port2 0832-2
port3
本例中三个端口地址的用途： port1 选择0832-1的输入寄存器 port2 选择0832-2的输入寄存器 port3 选择0832-1和0832-2的DAC寄存器 MOV AL，data MOV DX，port1 OUT DX，AL MOV DX，port2 OUT DX，AL MOV DX，port3 OUT DX，AL 转换 HLT ; 要转换的数据送AL ; 0832-1的输入寄存器地址送DX ; 数据送0832-1的输入寄存器 ; 0832-2输入寄存器地址送DX ; 数据送0832-2的输入寄存器 ; DAC寄存器端口地址送DX ; 数据送DAC寄存器，并启动同步
5V 19 “1” ILE
AGND
“0” CS
WR1 WR2
1 2
18 17
20 10
VCC DGND
“0”
XFER
►
单缓冲方式

使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直通。CPU只需一次写 入即开始转换。控制比较简单。见教材p352图。
转换要有两个步骤：
►将数据写入输入寄存器 CS#=0、WR1#=0、ILE=1 ►将输入寄存器的内容写入DAC寄存器 WR2#=0、XFER#=0

i=1
n
1 Ri
V in
Rf
R1
式中：Ri 为第i支路的输 入电阻 Vin
… Rn
∑
VO
►
令每个支路的输入电阻为2iRf , 并令Vin为一基准 电压Vref，则有
V 0 = -R f

i=1
n
1 2 Rf
i
V re f = -
i=1
n
1 2
i
V re f
►
如果每个支路由一个开关Si控制，Si=1表示Si合 上，Si=0表示Si断开，则上式变换为
►
保持

►
对于慢速变化的信号，可省略采样保持电路
► ►
►
采样通常采用等时间间隔采样。 采样频率fs不能低于2fimax（fimax为输入信号 Vin的最高次谐波分量的频率）； fs的上限受计算机的速度、存储容量、器件速度 的限制。

实际中一般取fs为fimax的4-5倍。
采样—保持—量化—编码 10.5.1

只有当电压值正好等于量化电平的整数倍时，量化后才是准确值， 否则量化后的结果都只能是输入模似量的近似值。这种由于量化 而产生的误差叫做量化误差。量化误差是由于量化电平的有限性 造成的，所以它是原理性误差，只能减小，而无法消除。为减小 量化误差，根本的办法是减小量化电平（即增加字长）。
►
►
原理及连接使用方法
原理及连接使用方法
A/D转换器
概述
►
模拟量I/O接口的作用：

实际工业生产环境——连续变化的模拟量
►例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量
计算机内部——离散的数字量
►二进制数、十进制数
工业生产过程的闭环控制
模拟量 数字量 数字量 模拟量
传感器
A/D
计算机
D/A
执行元件
s(t)
采样器
f(t)
K
fs(t
►
由MOS管采样开关T、保持电容Ch和运放构成的跟随器三 部分组成。
Vin
采样控制
T
Ch
S(t)
－
＋
Vout
采样控制信号S(t)=1时，T导通，Vin向Ch充电，Vc和Vout跟
踪Vin变化，即对Vin采样。S(t)=0时，T截止，Vout将保持前一 瞬间采样的数值不变。
►
双缓冲方式（标准方式）


►
优点：数据接收与D/A转换可异步进行； 可实现多个DAC同步转换输出——分时写入、同步转换
直通方式
使内部的两个寄存器都处于直通状态。模拟输出始终跟随输入变化。 不能直接与数据总线连接，需外加并行接口(如74LS373、8255等)。

应用举例：
MOV MOV ROTATE：INC OUT JMP DX，PORTA ；PORTA为D/A转换器端口 AL，0FFH ；初值 AL DX，AL ；往D/A转换器输出数据 ROTATE
4q
100
011
3q
2q q 0
3q
010 2q 001 q 0 000
q
0V
001
000
只舍不入法
四舍五入法
►
量化就是用基本的量化电平的个数来表示采样到模拟电 压值。即把时间上离散而数值上连续的模拟量以一定的 准确度变换为时间上、数值上都离散的具有标准量化级 的等效数字值。（量化电平的大小取决于A/D变换器的 字长）
►
转换时间

从开始转换到与满量程值相差±1/2 LSB所对应的模拟 量所需要的时间
V VFULL 1/2 LSB
0
tC
t
10.3 0832D/A转换器
10.3.1 DAC 0832的结构
基准电源输入线
D7 D6 . . . D0
13 D 14 15 16 4 5 6 7
Q
D
Q
D
Q 8
8位 输 入 寄 存 器
► ►
► ► ► ►
►
D/A转换可分为两个阶段：

CS#=0、WR1#=0、ILE=1，使输入数据锁存到输入寄存器； WR2#=0、XFER#=0，数据传送到DAC寄存器，并开始转换。
D0 ～ D7 CS
写输入 寄存器
WR1 ILE （高电平）
写DAC 寄存器