2009-7-27 1
第 7章 数 /模和模 /数转换
7.1.3 DAC的主要技术参数
7.1.1 D/A转换基本原理
7.1.2 倒 T形电阻网络 DAC
7.1 D/A转换
7.1.4 集成 D/A转换器及其应用结束放映
2009-7-27 2
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？
2009-7-27 3
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）。
2009-7-27 4
第 7章 数 /模和模 /数转换典型数字控制系统框图
2009-7-27 5
7.1.1 D/A转换基本原理数 /模转换就是将数字量转换成与它成正比的模拟量。
7.1 D/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)10
uo＝ K(1× 23＋ 1× 22＋ 0× 21＋ 1× 20)10
(K为比例系数 )
2009-7-27 6
图 7-1 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 DAC
2009-7-27 7
7.1.2 倒 T形电阻网络 DAC
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。
图 7-2 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
2009-7-27 8
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。
2009-7-27 9
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：
0123 D16 ID8ID4ID2II
2009-7-27 10
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：
RI
RE FU?
2009-7-27 11
故,
)2D2D2D2(D
R2
UI 0
0
1
1
2
2
3
34
R E F
2009-7-27 12
因此输出电压可表示为,
2009-7-27 13
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,
2009-7-27 14
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 。
2009-7-27 15
7.1.3 DAC的主要技术参数
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 ＝
12
1
n
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。
2009-7-27 16
2,转换速度
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 。
2009-7-27 17
3,转换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 。
2009-7-27 18
4,非线性误差通常把 D/A转换器输出电压值与理想输出电压值之间偏差的最大值定义为非线性误差 。
D/A转换器的非线性误差主要由模拟开关以及运算放大器的非线性引起。
5,温度系数在输入不变的情况下,输出模拟电压随温度变化而变化的量,称为 DAC的温度系数 。
一般用满刻度的百分数表示温度每升高一度输出电压变化的值。
2009-7-27 19
7.1.4 集成 D/A转换器及其应用常 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 AD7520
AD7520是 10位的 D/A转换集成芯片，与微处理器完全兼容。该芯片以接口简单、转换控制容易、通用性好、性能价格比高等特点得到广泛的应用。
2009-7-27 20
图 7-3 AD7520内部逻辑结构图该芯片只含倒 T形电阻网络、电流开关和反馈电阻，不含运算放大器，输出端为电流输出。
具体使用时需要 外接 集成运算放大器和基准电压源。
2009-7-27 21
图 7-4 AD7520外引脚图
D0～ D9：数据输入端
IOUT1：电流输出端 1
IOUT2：电流输出端 2
Rf,10KΩ反馈电阻引出端 Vcc：
电源输入端
UREF：基准电压输入端
GND：地 。
2009-7-27 22
分辨率,10位线性误差,± (1/2)LSB（ LSB表示输入数字量最低位 ）,若用输出电压满刻度范围 FSR的百分数表示则为 0.05%FSR。
转换速度,500ns
温度系数,0.001%/℃
AD7520的主要性能参数如下：
2009-7-27 23
10位二进制加法计数器从全
,0”加到全,1”，电路的模拟输出电压 uo由 0V增加到最大值。
如果计数脉冲不断，则可在电路的输出端得到周期性的锯齿波。
2,应用举例 （组成锯齿波发生器）
图 7-5 AD7520组成的锯齿波发生器图 7-5 AD7520组成的锯齿波发生器
2009-7-27 24
作业题
7-4
7-5
第 7章 数 /模和模 /数转换
7.1.3 DAC的主要技术参数
7.1.1 D/A转换基本原理
7.1.2 倒 T形电阻网络 DAC
7.1 D/A转换
7.1.4 集成 D/A转换器及其应用结束放映
2009-7-27 2
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？
2009-7-27 3
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）。
2009-7-27 4
第 7章 数 /模和模 /数转换典型数字控制系统框图
2009-7-27 5
7.1.1 D/A转换基本原理数 /模转换就是将数字量转换成与它成正比的模拟量。
7.1 D/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)10
uo＝ K(1× 23＋ 1× 22＋ 0× 21＋ 1× 20)10
(K为比例系数 )
2009-7-27 6
图 7-1 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 DAC
2009-7-27 7
7.1.2 倒 T形电阻网络 DAC
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。
图 7-2 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
2009-7-27 8
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。
2009-7-27 9
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：
0123 D16 ID8ID4ID2II
2009-7-27 10
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：
RI
RE FU?
2009-7-27 11
故,
)2D2D2D2(D
R2
UI 0
0
1
1
2
2
3
34
R E F
2009-7-27 12
因此输出电压可表示为,
2009-7-27 13
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,
2009-7-27 14
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 。
2009-7-27 15
7.1.3 DAC的主要技术参数
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 ＝
12
1
n
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。
2009-7-27 16
2,转换速度
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 。
2009-7-27 17
3,转换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 。
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4,非线性误差通常把 D/A转换器输出电压值与理想输出电压值之间偏差的最大值定义为非线性误差 。
D/A转换器的非线性误差主要由模拟开关以及运算放大器的非线性引起。
5,温度系数在输入不变的情况下,输出模拟电压随温度变化而变化的量,称为 DAC的温度系数 。
一般用满刻度的百分数表示温度每升高一度输出电压变化的值。
2009-7-27 19
7.1.4 集成 D/A转换器及其应用常 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 AD7520
AD7520是 10位的 D/A转换集成芯片，与微处理器完全兼容。该芯片以接口简单、转换控制容易、通用性好、性能价格比高等特点得到广泛的应用。
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图 7-3 AD7520内部逻辑结构图该芯片只含倒 T形电阻网络、电流开关和反馈电阻，不含运算放大器，输出端为电流输出。
具体使用时需要 外接 集成运算放大器和基准电压源。
2009-7-27 21
图 7-4 AD7520外引脚图
D0～ D9：数据输入端
IOUT1：电流输出端 1
IOUT2：电流输出端 2
Rf,10KΩ反馈电阻引出端 Vcc：
电源输入端
UREF：基准电压输入端
GND：地 。
2009-7-27 22
分辨率,10位线性误差,± (1/2)LSB（ LSB表示输入数字量最低位 ）,若用输出电压满刻度范围 FSR的百分数表示则为 0.05%FSR。
转换速度,500ns
温度系数,0.001%/℃
AD7520的主要性能参数如下：
2009-7-27 23
10位二进制加法计数器从全
,0”加到全,1”，电路的模拟输出电压 uo由 0V增加到最大值。
如果计数脉冲不断，则可在电路的输出端得到周期性的锯齿波。
2,应用举例 （组成锯齿波发生器）
图 7-5 AD7520组成的锯齿波发生器图 7-5 AD7520组成的锯齿波发生器
2009-7-27 24
作业题
7-4
7-5
