数模和模数转换课件

第7章数/模和模/数转换

7.1.2DAC转换器的主要技术指标

7.1.1常见的D/A转换器7.1D/A转换7.1.3集成D/A转换器DAC0832简介及其应用返回结束放映12/2/20221第7章数/模和模/数转换7.1.2DAC转换器复习555定时器的逻辑功能？555定时器为何能实现脉冲波形？电容在脉冲电路中扮演怎样的角色？12/2/20222复习555定时器的逻辑功能？11/30/20222第7章数/模和模/数转换

模拟量：温度、湿度、压力、流量、速度等。从模拟信号到数字信号的转换称为模/数转换（简称A/D转换），实现模/数转换的电路叫做A/D转换器（简称ADC）；从数字信号到模拟信号的转换称为数/模转换（简称D/A转换），实现数/模转换的电路称为D/A转换器（简称DAC）。

12/2/20223第7章数/模和模/数转换模拟量：温度、湿度、压力第7章数/模和模/数转换

典型数字控制系统框图12/2/20224第7章数/模和模/数转换典型数字控制系统框图117.1.1常见的D/A转换器

数/模转换就是将数字量转换成与它成正比的模拟量。

返回7.1D/A转换

数字量：(D3D2D1D0)2＝(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10(1101)2＝(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10

模拟量：uo＝K(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10uo＝K(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10(K为比例系数)1.D/A转换基本原理

12/2/202257.1.1常见的D/A转换器数/模转换就是将数字量

n位D/A转换器方框图

组成D/A转换器的基本指导思想：将数字量按权展开相加，即得到与数字量成正比的模拟量。D/A转换器的种类很多,主要有：权电阻网络DAC、T形电阻网络DAC倒T形电阻网络DAC、权电流DAC12/2/20226n位D/A转换器方框图组成D/A转换器的基本指导思2.二进制电阻网络D/A转换器（1）.权电阻网络D/A转换器的组成及转换原理12/2/202272.二进制电阻网络D/A转换器（1）.权电阻网络D/上图是4位二进制数权电阻网络D/A转换器的原理图。它有四大组成部份，分别是：权电阻网络（由23R、22R、21R、20R组成）；模拟电子开关（由晶体管或场效应管组成）；基准电压（由稳定性较高的恒压源组成）和运算放大器（由反相加法运算器和反馈电阻、平衡电阻组成）。

12/2/20228上图是4位二进制数权电阻网络D/A转换器的原理图。它12/2/2022911/30/20229（2）.权电阻网络D/A转换器优缺点二进制权电阻网络D/A转换器的优点是：电路简单，使用电阻少，可适用于各种有权码。由于是各位同时进行转换，因此速度较快。二进制权电阻网络D/A转换器的缺点是：各位电阻之间应严格保持依次相差一半的要求；其次，网络中各电阻阻值的差别太大，尤其是当输入数字信号位数较多时，这种差别就更加突出。例如，输入数字信号为10位二进制数时，网络中最大的电阻阻值与最小的电阻阻值之比为512：1。若R=10K，则权电阻网络D/A转换器中最小的电阻阻值为Rf=5K，最大的电阻阻值为5.12MΩ,在阻值变化范围如此大的情况下，要严格保持每个电阻阻值依次相差一半的要求并保证一定的精度是十分困难的，尤其对制作集成电路更加不利。

12/2/202210（2）.权电阻网络D/A转换器优缺点二进制权电阻网络D3.倒T形电阻网络D/A转换器（1）.电路组成电路由解码网络、模拟开关、求和放大器和基准电源组成。

倒T型电阻网络DAC原理图

基准参考电压

双向模拟开关D＝1时接运放D＝0时接地R－2R倒T形电阻解码网络

求和集成运算放大器

返回12/2/2022113.倒T形电阻网络D/A转换器（1）.电路组成倒（2）.工作原理

由于集成运算放大器的电流求和点Σ为虚地，所以每个2R电阻的上端都相当于接地，从网络的A、B、C点分别向右看的对地电阻都是2R。12/2/202212（2）.工作原理由于集成运算放大器的电流求和点Σ为

因此流过四个2R电阻的电流分别为I/2、I/4、I/8、I/16。电流是流入地，还是流入运算放大器，由输入的数字量Di通过控制电子开关Si来决定。故流入运算放大器的总电流为：12/2/202213因此流过四个2R电阻的电流分别为I/2、I/4、I/8

由于从UREF向网络看进去的等效电阻是R，因此从UREF流出的电流为：

12/2/202214由于从UREF向网络看进去的等效电阻是R，因此从UREF

故：12/2/202215故：11/30/202215

因此输出电压可表示为：12/2/202216因此输出电压可表示为：11/30/202216

由此可见，输出模拟电压uO与输入数字量D成正比，实现了数模转换。

对于n位的倒T形电阻网络DAC，则：12/2/202217由此可见，输出模拟电压uO与输入数字量D成正比，实现了数

电路特点：（1）解码网络仅有R和2R两种规格的电阻，这对于集成工艺是相当有利的；

（2）这种倒T形电阻网络各支路的电流是直接加到运算放大器的输入端，它们之间不存在传输上的时间差，故该电路具有较高的工作速度。

因此，这种形式的DAC目前被广泛的采用。12/2/202218电路特点：（2）这种倒T形电阻网络各支路的电流是直接7.1.2DAC的主要技术指标1.分辨率

分辨率是指输出电压的最小变化量与满量程输出电压之比。输出电压的最小变化量就是对应于输入数字量最低位为1，其余各位均为0时的输出电压。满量程输出电压就是对应于输入数字量全部为1时的输出电压。对于n位D/A转换器，分辨率可表示为：

分辨率＝

位数越多，能够分辨的最小输出电压变化量就越小，分辨率就越高。也可用位数n来表示分辨率。返回12/2/2022197.1.2DAC的主要技术指标1.分辨率2.精度转换精度是指电路实际输出的模拟电压值和理论输出的模拟电压值之差。通常用最大误差与满量程输出电压之比的百分数表示。通常要求D/A转换器的误差小于ULSB/2。

例如，某D/A转换器满量程输出电压为10V，如果误差为1%，就意味着输出电压的最大误差为±0.1V。百分数越小，精度越高。转换精度是一个综合指标，包括零点误差、增益误差等，它不仅与D/A转换器中元件参数的精度有关，而且还与环境温度、集成运放的温度漂移以及D/A转换器的位数有关。12/2/2022202.精度转换精度是指电路实际输出的模拟电压值和理论输出3.转换时间

D/A转换器从输入数字量到转换成稳定的模拟输出电压所需要的时间称为转换速度。不同的DAC其转换速度也是不相同的，一般约在几微秒到几十微秒的范围内。

12/2/2022213.转换时间D/A转换器从输入数字量到转换成稳定4.转换输出极性及范围

D/A转换器的输出信号的极性有单极性和双极性两种。D/A转换器的输出信号有电流输出和电压输出两种形式。对电流输出的D/A转换器，经常需要外接运放将电流转换为电压的形式输出。

12/2/2022224.转换输出极性及范围D/A转换器的输出信号的极性有常用的集成DAC有AD7520、DAC0832、DAC0808、DAC1230、MC1408、AD7524等，这里仅对AD7520作简要介绍。

1.D/A转换器DAC0832

DAC0832是CMOS工艺，8位D/A转换器芯片，20脚双列直插封装。逻辑电平输入与TTL兼容。有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式、双缓冲方式。可与单片机或微处理器直接接口，也可单独使用。返回7.1.3集成D/A转换器及其应用12/2/202223常用的集成DAC有AD7520、DAC0832、DDAC0832主要由两个8位寄存器（输入寄存器、DAC寄存器）和8位D/A转换器组成。如图所示，图7.1.5（a）是其逻辑框图，图7.1.5（b）是其引脚图。12/2/202224DAC0832主要由两个8位寄存器（输入寄存器、DAC寄12/2/20222511/30/2022252.DAC0832的应用DAC0832的应用有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式、双缓冲方式。

（1）.直通方式图7.1.6

直通方式连接图7.1.6为直通方式的连接方法。ILE接高电平，、、接地。若系统中只有一个0832，可将直接接地；若系统中有几个0832，可用控制线或地址线与相连，需要哪个0832输出时，就使其有效，输入数据直接通入D/A转换级转换并输出。输入寄存器DAC寄存器工作于不锁存状态。此方式适用于输入数字量变化速度比较缓慢的场合。⑵单缓冲方式

12/2/2022262.DAC0832的应用DAC0832的应用有（2）.单缓冲方式当输入数据变化速度较快或系统中有多个设备共用数据线时，为保证D/A转换器正常工作，需要对输入数据进行锁存，单缓冲方式和双缓冲方式都利用输入寄存器和DAC寄存器对输入数据进行锁存。

单缓冲方式适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量不需要同时输出的场合。

12/2/202227（2）.单缓冲方式当输入数据变化速度较快或系统中有多（3）.双缓冲方式双缓冲方式适用于系统同时使用几个0832，它们共用数据线，并要求几个0832同时输出的场合。

双缓冲方式连接12/2/202228（3）.双缓冲方式双缓冲方式适用于系统同时使用几个0第7章数/模和模/数转换

7.1.2DAC转换器的主要技术指标

7.1.1常见的D/A转换器7.1D/A转换7.1.3集成D/A转换器DAC0832简介及其应用返回结束放映12/2/202229第7章数/模和模/数转换7.1.2DAC转换器复习555定时器的逻辑功能？555定时器为何能实现脉冲波形？电容在脉冲电路中扮演怎样的角色？12/2/202230复习555定时器的逻辑功能？11/30/20222第7章数/模和模/数转换

模拟量：温度、湿度、压力、流量、速度等。从模拟信号到数字信号的转换称为模/数转换（简称A/D转换），实现模/数转换的电路叫做A/D转换器（简称ADC）；从数字信号到模拟信号的转换称为数/模转换（简称D/A转换），实现数/模转换的电路称为D/A转换器（简称DAC）。

12/2/202231第7章数/模和模/数转换模拟量：温度、湿度、压力第7章数/模和模/数转换

典型数字控制系统框图12/2/202232第7章数/模和模/数转换典型数字控制系统框图117.1.1常见的D/A转换器

数/模转换就是将数字量转换成与它成正比的模拟量。

返回7.1D/A转换

数字量：(D3D2D1D0)2＝(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10(1101)2＝(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10

模拟量：uo＝K(D3×23＋D2×22＋D1×21＋D0×20)10uo＝K(1×23＋1×22＋0×21＋1×20)10(K为比例系数)1.D/A转换基本原理

12/2/2022337.1.1常见的D/A转换器数/模转换就是将数字量

n位D/A转换器方框图

组成D/A转换器的基本指导思想：将数字量按权展开相加，即得到与数字量成正比的模拟量。D/A转换器的种类很多,主要有：权电阻网络DAC、T形电阻网络DAC倒T形电阻网络DAC、权电流DAC12/2/202234n位D/A转换器方框图组成D/A转换器的基本指导思2.二进制电阻网络D/A转换器（1）.权电阻网络D/A转换器的组成及转换原理12/2/2022352.二进制电阻网络D/A转换器（1）.权电阻网络D/上图是4位二进制数权电阻网络D/A转换器的原理图。它有四大组成部份，分别是：权电阻网络（由23R、22R、21R、20R组成）；模拟电子开关（由晶体管或场效应管组成）；基准电压（由稳定性较高的恒压源组成）和运算放大器（由反相加法运算器和反馈电阻、平衡电阻组成）。

12/2/202236上图是4位二进制数权电阻网络D/A转换器的原理图。它12/2/20223711/30/20229（2）.权电阻网络D/A转换器优缺点二进制权电阻网络D/A转换器的优点是：电路简单，使用电阻少，可适用于各种有权码。由于是各位同时进行转换，因此速度较快。二进制权电阻网络D/A转换器的缺点是：各位电阻之间应严格保持依次相差一半的要求；其次，网络中各电阻阻值的差别太大，尤其是当输入数字信号位数较多时，这种差别就更加突出。例如，输入数字信号为10位二进制数时，网络中最大的电阻阻值与最小的电阻阻值之比为512：1。若R=10K，则权电阻网络D/A转换器中最小的电阻阻值为Rf=5K，最大的电阻阻值为5.12MΩ,在阻值变化范围如此大的情况下，要严格保持每个电阻阻值依次相差一半的要求并保证一定的精度是十分困难的，尤其对制作集成电路更加不利。

12/2/202238（2）.权电阻网络D/A转换器优缺点二进制权电阻网络D3.倒T形电阻网络D/A转换器（1）.电路组成电路由解码网络、模拟开关、求和放大器和基准电源组成。

倒T型电阻网络DAC原理图

基准参考电压

双向模拟开关D＝1时接运放D＝0时接地R－2R倒T形电阻解码网络

求和集成运算放大器

返回12/2/2022393.倒T形电阻网络D/A转换器（1）.电路组成倒（2）.工作原理

由于集成运算放大器的电流求和点Σ为虚地，所以每个2R电阻的上端都相当于接地，从网络的A、B、C点分别向右看的对地电阻都是2R。12/2/202240（2）.工作原理由于集成运算放大器的电流求和点Σ为

因此流过四个2R电阻的电流分别为I/2、I/4、I/8、I/16。电流是流入地，还是流入运算放大器，由输入的数字量Di通过控制电子开关Si来决定。故流入运算放大器的总电流为：12/2/202241因此流过四个2R电阻的电流分别为I/2、I/4、I/8

由于从UREF向网络看进去的等效电阻是R，因此从UREF流出的电流为：

12/2/202242由于从UREF向网络看进去的等效电阻是R，因此从UREF

故：12/2/202243故：11/30/202215

因此输出电压可表示为：12/2/202244因此输出电压可表示为：11/30/202216

由此可见，输出模拟电压uO与输入数字量D成正比，实现了数模转换。

对于n位的倒T形电阻网络DAC，则：12/2/202245由此可见，输出模拟电压uO与输入数字量D成正比，实现了数

电路特点：（1）解码网络仅有R和2R两种规格的电阻，这对于集成工艺是相当有利的；

（2）这种倒T形电阻网络各支路的电流是直接加到运算放大器的输入端，它们之间不存在传输上的时间差，故该电路具有较高的工作速度。

因此，这种形式的DAC目前被广泛的采用。12/2/202246电路特点：（2）这种倒T形电阻网络各支路的电流是直接7.1.2DAC的主要技术指标1.分辨率

分辨率是指输出电压的最小变化量与满量程输出电压之比。输出电压的最小变化量就是对应于输入数字量最低位为1，其余各位均为0时的输出电压。满量程输出电压就是对应于输入数字量全部为1时的输出电压。对于n位D/A转换器，分辨率可表示为：

分辨率＝

位数越多，能够分辨的最小输出电压变化量就越小，分辨率就越高。也可用位数n来表示分辨率。返回12/2/2022477.1.2DAC的主要技术指标1.分辨率2.精度转换精度是指电路实际输出的模拟电压值和理论输出的模拟电压值之差。通常用最大误差与满量程输出电压之比的百分数表示。通常要求D/A转换器的误差小于ULSB/2。

例如，某D/A转换器满量程输出电压为10V，如果误差为1%，就意味着输出电压的最大误差为±0.1V。百分数越小，精度越高。转换精度是一个综合指标，包括零点误差、增益误差等，它不仅与D/A转换器中元件参数的精度有关，而且还与环境温度、集成运放的温度漂移以及D/A转换器的位数有关。12/2/2022482.精度转换精度是指电路实际输出的模拟电压值和理论输出3.转换时间

D/A转换器从输入数字量到转换成稳定的模拟输出电压所需要的时间称为转换速度。不同的DAC其转换速度也是不相同的，一般约在几微秒到几十微秒的范围内。

12/2/2022493.转换时间D/A转换器从输入数字量到转换成稳定4.转换输出极性及范围

D/A转换器的输出信号的极性有单极性和双极性两种。D/A转换器的输出信号有电流输出和电压输出两种形式。对电流输出的D/A转换器，经常需要外接运放将电流转换为电压的形式输出。

12/2/2022504.转换输出极性及范围D/A转换器的输出信号的极性有常用的集成DAC有AD7520、DAC0832、DAC0808、DAC1230、MC1408、AD7524等，这里仅对AD7520作简要介绍。

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