A/D,D/A转换第九章图 9.3 典型的数字控制系统
0
Uo82255
Uo82254
Uo821
Uo822
Uo823
产生的锯齿波的过程
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
A/D转换器的作用数字电路模拟量对象 A/D转换
A/D转换器（ ADC）,将模拟量转换为数字量。通常要经过四个步骤：
采样、保持、量化和编码 。
1,采样与保持
◆ 所谓采样,就是将一个时间上 连续 变化的模拟量转化为时间上 离散 变化的模拟量 。
◆ 采样结果存储起来,直到下次采样,这个过程称作保持 。
一般,采样器和保持电路一起总称为采样保持电路 。
2,量化与编码的过程
◆ 将采样电平归化为与之接近的离散数字电平,这个过程称作量化 。
◆ 由零到最大值 （ MAX） 的模拟输入范围被划分为 n个值,称为 量化阶梯 。 而相邻量化阶梯之间的中点值称为 比较电平 。
◆ 模数转换电路分为,直接比较型 和 间接比较型
◆ 直接比较型：就是将输入模拟信号直接与标准的参考电压比较,从而得到数字量 。 属于这种类型常见的有并行 ADC和逐次比较型 ADC。
◆ 间接比较型：输入模拟量不是直接与参考电压比较,而是将二者变为中间的某种物理量再进行比较,然后将比较所得的结果进行数字编码 。
3,A/D转换器的类型
（ 1）并行 ADC
▲,直接 ADC
表 9.1 三位并行 ADC转换真值表输入模拟信号 比较器输出C
7 C6 C5 C4 C3 C2 C1
数字输出
D2 D1 D0
0<uI<VREF/14 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
VREF /14< uI <3 VREF /14 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
3 VREF /14< uI <5 VREF /14 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0
5 VREF /14< uI <7 VREF /14 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1
7 VREF /14< uI <9 VREF /14 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0
9 VREF /14< uI <11 VREF /14 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1
11 VREF /14< uI <13 VREF /14 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0
13 VREF /14< uI < VREF /14 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
对于 n位输出二进制码，并行 ADC就需要 2n-1个比较器。
并行 ADC适用于速度要求很高，而输出位数较少的场合。
（ 2）逐次比较型 ADC
图 9.7 四位逐次比较型 ADC原理框图图 9.8 四位逐次比较型 ADC转换时序波形逐次逼近型 ADC
四位 D/A转换器
QQQQ
FF1 FF0FF2FF3
S R S R S R S R
≥1 ≥1 ≥1
& & & &
Q0Q1Q2Q3Q4
五位顺序脉冲发生器CP 时钟脉冲
&
&
&
&
d1 d0d2
d3
E
UOUI
电压比较器逐次逼近寄存器
d0
d1
d2
d3
控制逻辑门
D/A转换器 （ DAC） 就是一种将离散的数字量转换为连续变化的模拟量的电路 。
4,D/A转换基本原理和类型
1) D/A转换的基本原理图 9.11 数模转换的示意图
D0～ Dn-1为输入的 n位二进制数字量
uO为输出模拟量
VREF为实现转换所需的参考电压（又称基准电压）。
三者应满足下列关系式：
n
R E F
O 2
VXu
00112211 22.,,,,,22 DDDDX nnnn
)22.,,,,,22(2 00112211R E FO DDDDVu nnnnn
为二进制数字量所代表的十进制数。
例如当 n=3,参考电压为 10V时,D/A转换器输入二进制数和转换后的输出模拟电压量见表 9.2所示 。
输入 000 001 010 011 100 101 110 111
uO/V 0 1.25 2.5 3.75 5 6.25 7.5 8.75
其中因此
ADC0809是一个 8位 8通道的 AD转换器。
2) 常用集成 ADC简介 — ADC 0809
选择的通道
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
IN0
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
C B A
ADC0809功能分析
CLK：时钟信号，可由单片机 ALE信号分频得到。
转换有以下几步,
1,ALE 信号 （上升沿有效） 上升沿有效，
锁存地址并选中相应通道。
2,ST 信号 (下降沿有效）
有效，开始转换。
A/D转换期间 ST为低电平。
3,EOC信号 （高电平结束） 输出高电平，
表示转换结束 。
4,OE信号 （高电平允许输出） 有效，允许输出转换结果。
START
I3
I4
I5
I6
I7
I2I1
I0
OE
EOC
CLK
+UREF
ADDAADDB
ADDC
ALE
-UREF
2-12-2
2-3
2-4
2-5
2-6
2-7
2-8
ADC0809
3) 常用集成 DAC简介 —— 0830系列
CS,输入寄存器选通信号，
ILE：输入寄存器锁存信号
：输入寄存器写信号，1WR
XFER,传送控制信号
,DAC寄存器写信号2WR
DAC0832是一个八位 D/A转换器，转换时间 1微秒，结构如下：
输出为电流
，
接一运算放大器可转换为电压
。
LE1或 LE2=1，当前寄存器的输出跟随输入的数据 (直通 )
LE1或 LE2=0，锁存数据 (锁存 )
当 = = =0,ILE=1,DAC寄存器处于直通方式。当 =1，数据锁存，模拟输出不变,=0时，
模拟输出更新。这称为 单缓冲 工作方式。
（ 3） 0832的工作方式
◆ 双缓冲方式
DAC0832包含两个数字寄存器 ——
输入寄存器和 DAC寄存器，因此称为双缓冲。在一个系统中，任何一个 DAC都可以同时保留两组数据，其次，双缓冲允许在系统中使用任何数目的 DAC。
◆ 单缓冲方式与直通方式在不需要双缓冲的场合，可提高数据通过率
1WR 1WR
CS XFER2WR
作 业
0
Uo82255
Uo82254
Uo821
Uo822
Uo823
产生的锯齿波的过程
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
A/D转换器的作用数字电路模拟量对象 A/D转换
A/D转换器（ ADC）,将模拟量转换为数字量。通常要经过四个步骤：
采样、保持、量化和编码 。
1,采样与保持
◆ 所谓采样,就是将一个时间上 连续 变化的模拟量转化为时间上 离散 变化的模拟量 。
◆ 采样结果存储起来,直到下次采样,这个过程称作保持 。
一般,采样器和保持电路一起总称为采样保持电路 。
2,量化与编码的过程
◆ 将采样电平归化为与之接近的离散数字电平,这个过程称作量化 。
◆ 由零到最大值 （ MAX） 的模拟输入范围被划分为 n个值,称为 量化阶梯 。 而相邻量化阶梯之间的中点值称为 比较电平 。
◆ 模数转换电路分为,直接比较型 和 间接比较型
◆ 直接比较型：就是将输入模拟信号直接与标准的参考电压比较,从而得到数字量 。 属于这种类型常见的有并行 ADC和逐次比较型 ADC。
◆ 间接比较型：输入模拟量不是直接与参考电压比较,而是将二者变为中间的某种物理量再进行比较,然后将比较所得的结果进行数字编码 。
3,A/D转换器的类型
（ 1）并行 ADC
▲,直接 ADC
表 9.1 三位并行 ADC转换真值表输入模拟信号 比较器输出C
7 C6 C5 C4 C3 C2 C1
数字输出
D2 D1 D0
0<uI<VREF/14 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
VREF /14< uI <3 VREF /14 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1
3 VREF /14< uI <5 VREF /14 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0
5 VREF /14< uI <7 VREF /14 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1
7 VREF /14< uI <9 VREF /14 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0
9 VREF /14< uI <11 VREF /14 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1
11 VREF /14< uI <13 VREF /14 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0
13 VREF /14< uI < VREF /14 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
对于 n位输出二进制码，并行 ADC就需要 2n-1个比较器。
并行 ADC适用于速度要求很高，而输出位数较少的场合。
（ 2）逐次比较型 ADC
图 9.7 四位逐次比较型 ADC原理框图图 9.8 四位逐次比较型 ADC转换时序波形逐次逼近型 ADC
四位 D/A转换器
QQQQ
FF1 FF0FF2FF3
S R S R S R S R
≥1 ≥1 ≥1
& & & &
Q0Q1Q2Q3Q4
五位顺序脉冲发生器CP 时钟脉冲
&
&
&
&
d1 d0d2
d3
E
UOUI
电压比较器逐次逼近寄存器
d0
d1
d2
d3
控制逻辑门
D/A转换器 （ DAC） 就是一种将离散的数字量转换为连续变化的模拟量的电路 。
4,D/A转换基本原理和类型
1) D/A转换的基本原理图 9.11 数模转换的示意图
D0～ Dn-1为输入的 n位二进制数字量
uO为输出模拟量
VREF为实现转换所需的参考电压（又称基准电压）。
三者应满足下列关系式：
n
R E F
O 2
VXu
00112211 22.,,,,,22 DDDDX nnnn
)22.,,,,,22(2 00112211R E FO DDDDVu nnnnn
为二进制数字量所代表的十进制数。
例如当 n=3,参考电压为 10V时,D/A转换器输入二进制数和转换后的输出模拟电压量见表 9.2所示 。
输入 000 001 010 011 100 101 110 111
uO/V 0 1.25 2.5 3.75 5 6.25 7.5 8.75
其中因此
ADC0809是一个 8位 8通道的 AD转换器。
2) 常用集成 ADC简介 — ADC 0809
选择的通道
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
IN0
IN1
IN2
IN3
IN4
IN5
IN6
IN7
C B A
ADC0809功能分析
CLK：时钟信号，可由单片机 ALE信号分频得到。
转换有以下几步,
1,ALE 信号 （上升沿有效） 上升沿有效，
锁存地址并选中相应通道。
2,ST 信号 (下降沿有效）
有效，开始转换。
A/D转换期间 ST为低电平。
3,EOC信号 （高电平结束） 输出高电平，
表示转换结束 。
4,OE信号 （高电平允许输出） 有效，允许输出转换结果。
START
I3
I4
I5
I6
I7
I2I1
I0
OE
EOC
CLK
+UREF
ADDAADDB
ADDC
ALE
-UREF
2-12-2
2-3
2-4
2-5
2-6
2-7
2-8
ADC0809
3) 常用集成 DAC简介 —— 0830系列
CS,输入寄存器选通信号，
ILE：输入寄存器锁存信号
：输入寄存器写信号，1WR
XFER,传送控制信号
,DAC寄存器写信号2WR
DAC0832是一个八位 D/A转换器，转换时间 1微秒，结构如下：
输出为电流
，
接一运算放大器可转换为电压
。
LE1或 LE2=1，当前寄存器的输出跟随输入的数据 (直通 )
LE1或 LE2=0，锁存数据 (锁存 )
当 = = =0,ILE=1,DAC寄存器处于直通方式。当 =1，数据锁存，模拟输出不变,=0时，
模拟输出更新。这称为 单缓冲 工作方式。
（ 3） 0832的工作方式
◆ 双缓冲方式
DAC0832包含两个数字寄存器 ——
输入寄存器和 DAC寄存器，因此称为双缓冲。在一个系统中，任何一个 DAC都可以同时保留两组数据，其次，双缓冲允许在系统中使用任何数目的 DAC。
◆ 单缓冲方式与直通方式在不需要双缓冲的场合，可提高数据通过率
1WR 1WR
CS XFER2WR
作 业
