第 8章 数 /模转换和模 /数转换
授课计划
教学内容
教学小结
一、授课计划
1、教学目标
1、了解 DAC,ADC的分类及主要参数；
2、掌握集成 D/A转换器芯片 DAC0832的应用。
3、掌握集成 A/D转换器芯片 ADC0809的应用
2、重点与难点
1、重点,掌握 A/D,D/A转换的典型应用电路
2、难点,D/A,A/D转换器集成芯片的选用
3、学时分配：共 4学时
?第 1,2学时,A/D转换集成芯片及其应用
?第 3,4学时,D/A转换集成芯片及其应用
8.1 D/A转换器 （第 1,2学时）
随着数字电子技术的迅猛发展，特别是计算机在自动控制、自动检测、
电子信息处理及许多其他领域的广泛应用，用数字电路来处理模拟信号的方
式更加普遍。
称重传
感器
小信号
放大器
A/D
微处理
器 CPU
D/A
放大
驱动
料门
开关
驱动
显示
mg
Δ U 模拟量 数字量 数字量 模拟量
图 8.1 电脑包装秤的框图
一,D/A转换器的基本原理
对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，
然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，
从而实现了数字 /模拟转换。
8.1.1权电阻网络 D/A转换器
一个多位二进制数中每一位上的 1所代表的数值的大小称为这一
位的权。 n位二进制数 dn=dn-1dn-2…… d1d0，从高位到最低位的权依
次为 2n-1,2n-2 … 21,20。
电阻网络 D/A转换的原理图 中 S3S2S1S0是四个电子开关, 它们是接通地还是接通
参考电压 UREF, 分别接收输入代码 d3d2d1d0的控制 。 di=0时, Si接通地； di=1时
,S2接通参考电压, 支路上有电流 Ii流向求和放大器 A。
求和放大器 A的反向输入端 U-和输出端 U之间接有负反馈电阻 RF（ R/2），则 A
工作在线性区有 U-=U+=0（虚接地），在认为 A输入电流 Ib近似为零的条件下可
以得到。
取 代入上式得
（ 8.2.2）
对于 n位数权电阻 D/A转换器, 运算放大器的反馈电阻取为 R/2,时有
U0= -(dn-12n-1+dn-22n-2+… d121+d020)
当 Dn= dn-1 dn-2… d1d0 =00...0 时,有 U0=0
当 Dn= dn-1 dn-2…d 1d0=111…11 时,有 V0= - （ 8.2.3）
从式 （ 8.2.3） 中可以看到,UREF为正电压时, 输出电压 u0始终为负值 。
要想得到正的输出电压 u0,可以将 UREF取为负值 。
权电阻网络的 D/A转换器的优点是结构比较简单, 所用的电阻元件数很
少 。 它的缺点是各个电阻的阻值相差很大 。 按等比数列取值, 尤其在输
入信号的位数较多时, 这个问题就更加突出 。 如当输入信号达到 8位时,
取权电阻网络最小的电阻 R=5KΩ,则最大电阻为 27R=0.64MΩ,两者相
差 128倍 。 要想在极为宽的范围内, 每个阻值都有很高的精度是十分困难
的, 尤其制作集成电路十分不利 。 因此在集成 DAC中很少单独使用此电
路 。
2/RR F ?
8.1.2 倒 T形电阻网络 D/A转换器（ 4位）
所以, 无论 Si处于何种位置, 与 Si相连的 2R电阻均接, 地, （ 地或虚地 ） 。
图中 S0～ S3为模拟开关, 由输入数码 Di控制,
当 Di=1时, Si接运算放大器反相输入端 （ 虚地 ）, 电流 Ii流入求和电路；
当 Di=0时, Si将电阻 2R接地 。
可算出，基准电流 I=UREF/R，
输出电压：
则流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2,I/4,I/8,I/16。
于是得总电流：
将输入数字量扩展到 n位, 则有：
可简写为,UO=－ KNB,
其中
NB=
，
权电流型 D/A转换器
为进一步提高 D/A转换器的转换精度, 可采用权电流型 D/A转换器 。
基准电流：
由倒 T形电阻网络分析可知,IE3=I/2,IE2=I/4,IE1=I/8，
IE0=I/16，于是可得输出电压为
可推得 n位倒 T形权电流 D/A转换器的输出电压：
8.1.3 8位 DAC集成芯片及其作用
DAC0832是 8位权电流型 D/A转换器, 其中 D0～ D7是数字量
输入端 。
用 这类器件构成的 D/A转换器时, 需要外接运算放大器和
产生基准电流用的电阻 R1。
当 UREF=10V,
R1=5kΩ,
Rf=5kΩ 时,
输出电压为：
数 字 输 出 模 拟 输 出
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1
…
0 1 1 1 1 1 1 1
1 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 1
…
1 1 1 1 1 1 1 1
0V
0.039V
4.96V
5V
5.039V
9.96V
DAC0832D/A转换器输出与输入的关系（ 设 VREF=10V）
1.转换精度
D/A转换器的主要技术指标
此外, 也可用 D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比来表示
分辨率, N位 D/A转换器的分辨率可表示为 1/
2.转换速度
3,温度系数 —— 在输入不变的情况下, 输出模拟电压随温度变化产
生的变化量 。 一般用满刻度输出条件下温度每升高 1℃, 输出电压
变化的百分数作为温度系数 。
（ 2） 转换速率 （ SR） —— 在大信号工作状态下模拟电压的变化率 。
（ 1） 分辨率 —— D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数 。
输入数字量位数越多, 分辨率越高 。 所以, 在实际应用中, 常用字量
的位数表示 D/A转换器的分辨率 。
（ 1） 建立时间 （ tset） —— 当输入的数字量发生变化时, 输出电压变
化到相应稳定电压值所需时间 。 最短可达 0.1μ S。
)12( ?n
8.2 A/D转换器 （第 3,4学时）
8.2.1 ADC的基本原理
由于 输入的模拟信号在时间上是连续量, 所以一般的 A/D转
换过程为,取样, 保持, 量化和编码 。
取样定理：
因为每次把取样电压转换为相应的数字量
都需要一定的时间, 所以在每次取样以后, 必
须把取样电压保持一段时间 。 可见, 进行 A/D
转换时所用的输入电压, 实际上是每次取样结
束时的 vI值 。
式中 fS为取样频率, fimax为输入信号 vI的最高
频率 。
取样 — 保持电路
电路组成及工作原理 （ 取 Ri=Rf）,
当控制信号 vL为高电平时, T导通, vI经电阻 Ri和 T向电容
Ch充电 。
则充电结束后 vO=－ vI=vC。
N沟道 MOS管 T作为开关用 。
当控制信号返回低电平后, T截止 。 Ch无放电回路, 所以 vO
的数值,可被保存下来 。
8.2.2直接 A/D转换器
1,并行比较型 A/D转换器 （ 3位 ）
并行比较型 A/D转换器真值表
转换原理：
2,逐次比较型 A/D转换器
输出数
字信号
逻辑电路
8.2.3间接 A/D转换器
1,双积分型 A/D转换器
它由积分器, 过零比较器 （ C）, 时钟脉冲控制门 （ G） 和定
时器, 计数器 （ FF0～ FFn） 等几部分组成 。
（ 2）第一次积分阶段
工作原理：
（ 1）准备阶段
计数器清零，
积分电容放电，
vO=0V。
t=0时，开关 S1与 A端
接通，输入电压 vI加到
积分器的输入端。积分
器从 0开始积分：
由于 vO<0V,过零比较器输出 vC=1,控制门 G打开 。 计数器从 0
开始计数 。
经过 2n个时钟脉冲后, 触发器 FF0～ FFn－ 1都翻转到 0态, 而 Qn=1,开
关 S1由 A点转到 B点, 第一次积分结束 。 第一次积分时间为：
第一次积分结束时, 积分器的输出电压 VP为：
（ 3） 第二次积分阶段
当 t=t1时, S1转接到 B点, 基准电压－ VREF加到积分器的输入端；
积分器开始向相反进行第二次积分 。
当 t=t2时，积分器输出电压 vO>0V，比较器输出 vC=0，控制门 G被
闭，计数停止。
在此阶段结束时 vO的表达式
可写为：
设 T2=t2－ t1，于是有：
设在此期间计数器所累计的时钟脉冲个数为 λ,则：
可见,T2与 VI成正比,T2就是双积分 A/D转换过程的中间变量。
上式表明，计数器中所计得的数 λ （ λ=Qn-1…Q 1Q0），与在取
样时间 T1内输入电压的平均值 VI成正比。只要 VI<VREF，转换器就
能将输入电压转换为数字量。
T2=λTC
2,V-F变换型的 A/D转换器
V-F变换型 A/D转换器的电路结构框图, 它由压控振荡器 （ VCO）, 寄
存器, 计数器及其时钟信号 CP的控制闸门 G组成 。
VC0输出脉冲的频率 fOVT随输入模拟电压 Vi的变化而改变, 且在一定
的变化范围内 fOUT与 Vi之间保持较好的线性关系 。 VC0的输出信号是一
种调频信号, 而这种调频信号不仅易于传输和检出, 还有很强的抗干
扰能力, 所以 V-F变换型 A/D转换器非常适合应用在遥测, 遥控系统中
。
闸门 G由信号 VG控制 。 当 UG为高电平时, VC0 的输出脉冲通过闸门 G
给计数器计数 。 由于 VG是固定宽度的脉冲信号, 所以在 TG时间里通过
闸门的脉冲 N与 fOVT成正比, 因此也就与 Vi成正比 。 因此, 每个 UG周期
结束时计数器里数字就是所需要的转换结果 。
输出端的寄存器是为了避免输出端的数字跳动 。 每当转换结束时用
UG的下降沿将计数器的状态置于寄存器中 。 V-F变换精度取决于线性度
和稳定度 。
8.2.4集成芯片 ADC0809及其应用
在单片集成 A/D转换器中, 逐次比较型使用较多, 下面以 ADC0808/0809为例介绍 A/D集成芯片及其应用 。
1,ADC0808/0809引脚及使用说明
ADC0808/0809是 CMOS集成工艺制成的逐次比较型 A/D转换芯片 。 分辨率 10位, 转换时间 100μ S,输入模拟电压范围
0至 6.5V,片内含 8通道多路开关, 锁存逻辑控制调制器, 具有三态输出锁存缓冲器, 能与微机兼容, 输出电平与 TTL
,CMOS兼容 。 单电源 +5V～ 6.5V工作 。 引脚排列见图 8.20所示, 各引脚功能为：
1） IN0 ~ IN7（第 1～ 5 脚，第 26 ～ 28脚）,8路模拟量输入脚，可以从 8个脚输入 OV至 +5V待转换模拟电 。
2） CLOCK（ 第 10脚 ）,时钟 CP输入端, ADC0808/0809只有在 CP信号同步下,才能进行 A/D转换 。 时钟
频率的上限是 640KHZ。
3） ALE（第 22脚）：地址锁存允许端。
~ALE=1时地址锁存和译码部分把上面所述的 CBA的值输入和译码并接通 IN0 IN7之一。
当 ALE=0时, 把 CBA的值锁存起来 。
4） START（ 第 6脚 ）,启动脉冲输入端, 启动脉冲的上升沿清除逐次逼近寄存器 SAR,下跳沿启动 ADC
开始转换 。
~5） VDD(第 11脚 )：电源输入端,+5V +6.5V。
6） GND（ 第 13脚 ）,地
7） VREF（ +） （ 第 12脚 ） VREF-（ 第 16脚 ）,分别为基准电压的高电平和低电平端 。
8） EOC（ 第 7脚 ）,转换结束信号端 。 EOC=0,表示转换正在进行, 输出数据不可信 。 EOC=1表示转换
已完成, 输出数据可信 。
9） BO～ B7（ 第 8,14,15,17～ 21脚 ）,转换所得八位输出数据, B7是最高位, BO是最低位 。
10） OE（ 第 9脚 ）,允许输出端 。 OE端控制输出锁存器的三态门 。 当 OE=1时, 转换所得的数据送到 B0
～ B7端, 当 OE=0时, B0～ B7脚对外呈高阻状态 。
11） ADDA,ADDB,ADDC（ 第 25～ 23脚 ）,通道地址输入端 。 例如当 CBA=001时, 模拟量 IN1输至
ADC0808/0809,CBA=010时,IN2输入 ADC0809… 依次类推 。
图 8.20 ADC0808/0809引脚端排列图
图 8.21 ADC0808/0809的功能框图
表 8.4 ADC0808/0809真值表2,ADC0808/0809真值表和功能框图 （表 8.4和图 8.21）
ALE C B A 接通信号
1 0 0 0 IN0
1 0 0 1 IN1
1 0 1 0 IN2
1 0 1 1 IN3
1 1 0 0 IN4
1 1 0 1 IN5
1 1 1 0 IN6
1 1 1 1 IN7
0 X X X 均不通
3、典型应用线路图（见图 8.22）
图 8.22 ADC 0808/0809典型应用接线图
A/D转换器的主要技术指标
（ 1） 分辨率 —— 说明 A/D转换器对输入信号的分辨能力 。
一般以输出二进制 （ 或十进制 ） 数的位数表示 。 因为, 在最大输入电压一定时,
输出位数愈多, 量化单位愈小, 分辨率愈高 。
1,转换精度
例如, 相对误差 ≤ ± LSB/2,就表明实际输出的数字量和理论上应得到的输
出数字量之间的误差小于最低位的半个字 。
（ 2） 转换误差 —— 它表示 A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字
量之间的差别 。 常用最低有效位的倍数表示 。
2,转换时间 —— 指从转换控制信号到来开始, 到输出端得到稳定的数字信号
所经过的时间 。
并行比较 A/D转换器转换速度最高；逐次比较型 A/D转换器次之；间接 A/D转
换器的速度最慢 。
本章小结
1,DAC和 ADC模拟信号与数字设备, 数字系统之间不可缺少的接口部件
DAC的原理是利用线性电阻网络来分配数字量各位的权, 使输出电流
与数字量成正比, 然后利用运算放大器转换成模拟的电压输出 。 在
DAC中, 本章介绍了运用很广泛的倒 T型电阻网络的 DAC的工作原理 。
2,A/D转换的过程是采样 /保持 /量化 /编码的过程；构成 ADC的基本思
想是将输入的模拟电压与基准电压相比较 （ 直接或间接比较 ）, 转
换成数字量输出 。 在 ADC中, 介绍了逐次逼近型, 双积分两种 ADC。
3,使用 DAC和 ADC时最关心的是转换精度和转换时间 。 转换精度受芯片
外部影响的因素主要有：电源电压和参考电压的稳定度, 运算放大
器的稳定性, 环境温度等, 受芯片本身影响因素有：分辨率, 量化
误差, 相对误差, 线性误差等 。
4,为了能对单片集成芯片 ADC和 DAC有感性认识, 分别解剖了 DAC0832
型, ADC0808/0809型集成芯片 。 对于单片集成芯片, 只要求掌握其
外部特性, 引脚功能, 使用方法等即可 。
课后作业
T8.2, 常用的 DAC有哪几种, 其特点分别是什么？
T8.3,什么是 A/D转换？ 常见的 ADC有哪几种？ 其特点分别是什么？
T8.5, 有一个八位倒 T型电阻网络 DAC中, 已知 UREF=10V,试求如下输入数
字时的输出电压值 。
（ 1） 各位全为 1； （ 2） 仅最高位为 1；
（ 3） 10011000； （ 4） 0111101
T8.7,某 8位 ADC电路满值输入电压变 12V,当输入电压值分别为 63.9mv，
6.93V,11.7V时, 输出数字量是多少？
T8.8,一个位逐次逼近型 ADC,满值输入电压为 10V,时钟频率约 2.5MHZ，
试求
（ 1） 转换时间是多少？
（ 2） Vi=8.5v,输出数字量是多少？
（ 3） Vi=2.4v输出数字量是多少？
授课计划
教学内容
教学小结
一、授课计划
1、教学目标
1、了解 DAC,ADC的分类及主要参数；
2、掌握集成 D/A转换器芯片 DAC0832的应用。
3、掌握集成 A/D转换器芯片 ADC0809的应用
2、重点与难点
1、重点,掌握 A/D,D/A转换的典型应用电路
2、难点,D/A,A/D转换器集成芯片的选用
3、学时分配：共 4学时
?第 1,2学时,A/D转换集成芯片及其应用
?第 3,4学时,D/A转换集成芯片及其应用
8.1 D/A转换器 （第 1,2学时）
随着数字电子技术的迅猛发展，特别是计算机在自动控制、自动检测、
电子信息处理及许多其他领域的广泛应用，用数字电路来处理模拟信号的方
式更加普遍。
称重传
感器
小信号
放大器
A/D
微处理
器 CPU
D/A
放大
驱动
料门
开关
驱动
显示
mg
Δ U 模拟量 数字量 数字量 模拟量
图 8.1 电脑包装秤的框图
一,D/A转换器的基本原理
对于有权码，先将每位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，
然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，
从而实现了数字 /模拟转换。
8.1.1权电阻网络 D/A转换器
一个多位二进制数中每一位上的 1所代表的数值的大小称为这一
位的权。 n位二进制数 dn=dn-1dn-2…… d1d0，从高位到最低位的权依
次为 2n-1,2n-2 … 21,20。
电阻网络 D/A转换的原理图 中 S3S2S1S0是四个电子开关, 它们是接通地还是接通
参考电压 UREF, 分别接收输入代码 d3d2d1d0的控制 。 di=0时, Si接通地； di=1时
,S2接通参考电压, 支路上有电流 Ii流向求和放大器 A。
求和放大器 A的反向输入端 U-和输出端 U之间接有负反馈电阻 RF（ R/2），则 A
工作在线性区有 U-=U+=0（虚接地），在认为 A输入电流 Ib近似为零的条件下可
以得到。
取 代入上式得
（ 8.2.2）
对于 n位数权电阻 D/A转换器, 运算放大器的反馈电阻取为 R/2,时有
U0= -(dn-12n-1+dn-22n-2+… d121+d020)
当 Dn= dn-1 dn-2… d1d0 =00...0 时,有 U0=0
当 Dn= dn-1 dn-2…d 1d0=111…11 时,有 V0= - （ 8.2.3）
从式 （ 8.2.3） 中可以看到,UREF为正电压时, 输出电压 u0始终为负值 。
要想得到正的输出电压 u0,可以将 UREF取为负值 。
权电阻网络的 D/A转换器的优点是结构比较简单, 所用的电阻元件数很
少 。 它的缺点是各个电阻的阻值相差很大 。 按等比数列取值, 尤其在输
入信号的位数较多时, 这个问题就更加突出 。 如当输入信号达到 8位时,
取权电阻网络最小的电阻 R=5KΩ,则最大电阻为 27R=0.64MΩ,两者相
差 128倍 。 要想在极为宽的范围内, 每个阻值都有很高的精度是十分困难
的, 尤其制作集成电路十分不利 。 因此在集成 DAC中很少单独使用此电
路 。
2/RR F ?
8.1.2 倒 T形电阻网络 D/A转换器（ 4位）
所以, 无论 Si处于何种位置, 与 Si相连的 2R电阻均接, 地, （ 地或虚地 ） 。
图中 S0～ S3为模拟开关, 由输入数码 Di控制,
当 Di=1时, Si接运算放大器反相输入端 （ 虚地 ）, 电流 Ii流入求和电路；
当 Di=0时, Si将电阻 2R接地 。
可算出，基准电流 I=UREF/R，
输出电压：
则流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2,I/4,I/8,I/16。
于是得总电流：
将输入数字量扩展到 n位, 则有：
可简写为,UO=－ KNB,
其中
NB=
，
权电流型 D/A转换器
为进一步提高 D/A转换器的转换精度, 可采用权电流型 D/A转换器 。
基准电流：
由倒 T形电阻网络分析可知,IE3=I/2,IE2=I/4,IE1=I/8，
IE0=I/16，于是可得输出电压为
可推得 n位倒 T形权电流 D/A转换器的输出电压：
8.1.3 8位 DAC集成芯片及其作用
DAC0832是 8位权电流型 D/A转换器, 其中 D0～ D7是数字量
输入端 。
用 这类器件构成的 D/A转换器时, 需要外接运算放大器和
产生基准电流用的电阻 R1。
当 UREF=10V,
R1=5kΩ,
Rf=5kΩ 时,
输出电压为：
数 字 输 出 模 拟 输 出
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 1
…
0 1 1 1 1 1 1 1
1 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 1
…
1 1 1 1 1 1 1 1
0V
0.039V
4.96V
5V
5.039V
9.96V
DAC0832D/A转换器输出与输入的关系（ 设 VREF=10V）
1.转换精度
D/A转换器的主要技术指标
此外, 也可用 D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比来表示
分辨率, N位 D/A转换器的分辨率可表示为 1/
2.转换速度
3,温度系数 —— 在输入不变的情况下, 输出模拟电压随温度变化产
生的变化量 。 一般用满刻度输出条件下温度每升高 1℃, 输出电压
变化的百分数作为温度系数 。
（ 2） 转换速率 （ SR） —— 在大信号工作状态下模拟电压的变化率 。
（ 1） 分辨率 —— D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数 。
输入数字量位数越多, 分辨率越高 。 所以, 在实际应用中, 常用字量
的位数表示 D/A转换器的分辨率 。
（ 1） 建立时间 （ tset） —— 当输入的数字量发生变化时, 输出电压变
化到相应稳定电压值所需时间 。 最短可达 0.1μ S。
)12( ?n
8.2 A/D转换器 （第 3,4学时）
8.2.1 ADC的基本原理
由于 输入的模拟信号在时间上是连续量, 所以一般的 A/D转
换过程为,取样, 保持, 量化和编码 。
取样定理：
因为每次把取样电压转换为相应的数字量
都需要一定的时间, 所以在每次取样以后, 必
须把取样电压保持一段时间 。 可见, 进行 A/D
转换时所用的输入电压, 实际上是每次取样结
束时的 vI值 。
式中 fS为取样频率, fimax为输入信号 vI的最高
频率 。
取样 — 保持电路
电路组成及工作原理 （ 取 Ri=Rf）,
当控制信号 vL为高电平时, T导通, vI经电阻 Ri和 T向电容
Ch充电 。
则充电结束后 vO=－ vI=vC。
N沟道 MOS管 T作为开关用 。
当控制信号返回低电平后, T截止 。 Ch无放电回路, 所以 vO
的数值,可被保存下来 。
8.2.2直接 A/D转换器
1,并行比较型 A/D转换器 （ 3位 ）
并行比较型 A/D转换器真值表
转换原理：
2,逐次比较型 A/D转换器
输出数
字信号
逻辑电路
8.2.3间接 A/D转换器
1,双积分型 A/D转换器
它由积分器, 过零比较器 （ C）, 时钟脉冲控制门 （ G） 和定
时器, 计数器 （ FF0～ FFn） 等几部分组成 。
（ 2）第一次积分阶段
工作原理：
（ 1）准备阶段
计数器清零，
积分电容放电，
vO=0V。
t=0时，开关 S1与 A端
接通，输入电压 vI加到
积分器的输入端。积分
器从 0开始积分：
由于 vO<0V,过零比较器输出 vC=1,控制门 G打开 。 计数器从 0
开始计数 。
经过 2n个时钟脉冲后, 触发器 FF0～ FFn－ 1都翻转到 0态, 而 Qn=1,开
关 S1由 A点转到 B点, 第一次积分结束 。 第一次积分时间为：
第一次积分结束时, 积分器的输出电压 VP为：
（ 3） 第二次积分阶段
当 t=t1时, S1转接到 B点, 基准电压－ VREF加到积分器的输入端；
积分器开始向相反进行第二次积分 。
当 t=t2时，积分器输出电压 vO>0V，比较器输出 vC=0，控制门 G被
闭，计数停止。
在此阶段结束时 vO的表达式
可写为：
设 T2=t2－ t1，于是有：
设在此期间计数器所累计的时钟脉冲个数为 λ,则：
可见,T2与 VI成正比,T2就是双积分 A/D转换过程的中间变量。
上式表明，计数器中所计得的数 λ （ λ=Qn-1…Q 1Q0），与在取
样时间 T1内输入电压的平均值 VI成正比。只要 VI<VREF，转换器就
能将输入电压转换为数字量。
T2=λTC
2,V-F变换型的 A/D转换器
V-F变换型 A/D转换器的电路结构框图, 它由压控振荡器 （ VCO）, 寄
存器, 计数器及其时钟信号 CP的控制闸门 G组成 。
VC0输出脉冲的频率 fOVT随输入模拟电压 Vi的变化而改变, 且在一定
的变化范围内 fOUT与 Vi之间保持较好的线性关系 。 VC0的输出信号是一
种调频信号, 而这种调频信号不仅易于传输和检出, 还有很强的抗干
扰能力, 所以 V-F变换型 A/D转换器非常适合应用在遥测, 遥控系统中
。
闸门 G由信号 VG控制 。 当 UG为高电平时, VC0 的输出脉冲通过闸门 G
给计数器计数 。 由于 VG是固定宽度的脉冲信号, 所以在 TG时间里通过
闸门的脉冲 N与 fOVT成正比, 因此也就与 Vi成正比 。 因此, 每个 UG周期
结束时计数器里数字就是所需要的转换结果 。
输出端的寄存器是为了避免输出端的数字跳动 。 每当转换结束时用
UG的下降沿将计数器的状态置于寄存器中 。 V-F变换精度取决于线性度
和稳定度 。
8.2.4集成芯片 ADC0809及其应用
在单片集成 A/D转换器中, 逐次比较型使用较多, 下面以 ADC0808/0809为例介绍 A/D集成芯片及其应用 。
1,ADC0808/0809引脚及使用说明
ADC0808/0809是 CMOS集成工艺制成的逐次比较型 A/D转换芯片 。 分辨率 10位, 转换时间 100μ S,输入模拟电压范围
0至 6.5V,片内含 8通道多路开关, 锁存逻辑控制调制器, 具有三态输出锁存缓冲器, 能与微机兼容, 输出电平与 TTL
,CMOS兼容 。 单电源 +5V～ 6.5V工作 。 引脚排列见图 8.20所示, 各引脚功能为：
1） IN0 ~ IN7（第 1～ 5 脚，第 26 ～ 28脚）,8路模拟量输入脚，可以从 8个脚输入 OV至 +5V待转换模拟电 。
2） CLOCK（ 第 10脚 ）,时钟 CP输入端, ADC0808/0809只有在 CP信号同步下,才能进行 A/D转换 。 时钟
频率的上限是 640KHZ。
3） ALE（第 22脚）：地址锁存允许端。
~ALE=1时地址锁存和译码部分把上面所述的 CBA的值输入和译码并接通 IN0 IN7之一。
当 ALE=0时, 把 CBA的值锁存起来 。
4） START（ 第 6脚 ）,启动脉冲输入端, 启动脉冲的上升沿清除逐次逼近寄存器 SAR,下跳沿启动 ADC
开始转换 。
~5） VDD(第 11脚 )：电源输入端,+5V +6.5V。
6） GND（ 第 13脚 ）,地
7） VREF（ +） （ 第 12脚 ） VREF-（ 第 16脚 ）,分别为基准电压的高电平和低电平端 。
8） EOC（ 第 7脚 ）,转换结束信号端 。 EOC=0,表示转换正在进行, 输出数据不可信 。 EOC=1表示转换
已完成, 输出数据可信 。
9） BO～ B7（ 第 8,14,15,17～ 21脚 ）,转换所得八位输出数据, B7是最高位, BO是最低位 。
10） OE（ 第 9脚 ）,允许输出端 。 OE端控制输出锁存器的三态门 。 当 OE=1时, 转换所得的数据送到 B0
～ B7端, 当 OE=0时, B0～ B7脚对外呈高阻状态 。
11） ADDA,ADDB,ADDC（ 第 25～ 23脚 ）,通道地址输入端 。 例如当 CBA=001时, 模拟量 IN1输至
ADC0808/0809,CBA=010时,IN2输入 ADC0809… 依次类推 。
图 8.20 ADC0808/0809引脚端排列图
图 8.21 ADC0808/0809的功能框图
表 8.4 ADC0808/0809真值表2,ADC0808/0809真值表和功能框图 （表 8.4和图 8.21）
ALE C B A 接通信号
1 0 0 0 IN0
1 0 0 1 IN1
1 0 1 0 IN2
1 0 1 1 IN3
1 1 0 0 IN4
1 1 0 1 IN5
1 1 1 0 IN6
1 1 1 1 IN7
0 X X X 均不通
3、典型应用线路图（见图 8.22）
图 8.22 ADC 0808/0809典型应用接线图
A/D转换器的主要技术指标
（ 1） 分辨率 —— 说明 A/D转换器对输入信号的分辨能力 。
一般以输出二进制 （ 或十进制 ） 数的位数表示 。 因为, 在最大输入电压一定时,
输出位数愈多, 量化单位愈小, 分辨率愈高 。
1,转换精度
例如, 相对误差 ≤ ± LSB/2,就表明实际输出的数字量和理论上应得到的输
出数字量之间的误差小于最低位的半个字 。
（ 2） 转换误差 —— 它表示 A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字
量之间的差别 。 常用最低有效位的倍数表示 。
2,转换时间 —— 指从转换控制信号到来开始, 到输出端得到稳定的数字信号
所经过的时间 。
并行比较 A/D转换器转换速度最高；逐次比较型 A/D转换器次之；间接 A/D转
换器的速度最慢 。
本章小结
1,DAC和 ADC模拟信号与数字设备, 数字系统之间不可缺少的接口部件
DAC的原理是利用线性电阻网络来分配数字量各位的权, 使输出电流
与数字量成正比, 然后利用运算放大器转换成模拟的电压输出 。 在
DAC中, 本章介绍了运用很广泛的倒 T型电阻网络的 DAC的工作原理 。
2,A/D转换的过程是采样 /保持 /量化 /编码的过程；构成 ADC的基本思
想是将输入的模拟电压与基准电压相比较 （ 直接或间接比较 ）, 转
换成数字量输出 。 在 ADC中, 介绍了逐次逼近型, 双积分两种 ADC。
3,使用 DAC和 ADC时最关心的是转换精度和转换时间 。 转换精度受芯片
外部影响的因素主要有：电源电压和参考电压的稳定度, 运算放大
器的稳定性, 环境温度等, 受芯片本身影响因素有：分辨率, 量化
误差, 相对误差, 线性误差等 。
4,为了能对单片集成芯片 ADC和 DAC有感性认识, 分别解剖了 DAC0832
型, ADC0808/0809型集成芯片 。 对于单片集成芯片, 只要求掌握其
外部特性, 引脚功能, 使用方法等即可 。
课后作业
T8.2, 常用的 DAC有哪几种, 其特点分别是什么？
T8.3,什么是 A/D转换？ 常见的 ADC有哪几种？ 其特点分别是什么？
T8.5, 有一个八位倒 T型电阻网络 DAC中, 已知 UREF=10V,试求如下输入数
字时的输出电压值 。
（ 1） 各位全为 1； （ 2） 仅最高位为 1；
（ 3） 10011000； （ 4） 0111101
T8.7,某 8位 ADC电路满值输入电压变 12V,当输入电压值分别为 63.9mv，
6.93V,11.7V时, 输出数字量是多少？
T8.8,一个位逐次逼近型 ADC,满值输入电压为 10V,时钟频率约 2.5MHZ，
试求
（ 1） 转换时间是多少？
（ 2） Vi=8.5v,输出数字量是多少？
（ 3） Vi=2.4v输出数字量是多少？
