单片机仿真头
引入
Analog Digital
引入
“翻译”
电子设计竞赛赛题 ……
Analog Digital
引入
“翻译”
9.1 概述
9.2 D/A转换器
9.3 A/D转换器
9.4 D/A和 A/D转换器综合应用
第 9章 模数与数模转
换器
New！
9.1.0 学习要求与学习重点
New！
9.1.2 A/D转换基本原理
9.1.1 D/A转换基本原理
9.1 本章总论
★ 本章学习要求
·掌握 D/A, A/D转换的基本原理
·掌握各种 D/A, A/D转换器的工作原理；
·掌握几种集成 D/A,A/D转换器的应用；
·能够估计 D/A,A/D转换器的误差 。
9.1.0 学习要求与学习重点
Email me please if you have any questions,win_d@263.net
9.1.0 学习要求与学习重点
★ 本章学习重点
·D/A, A/D转换原理
·D/A, A/D转换器的设计思路和工作原理
·集成 D/A, A/D转换器的应用
★ D/A转换原理
9.1.1 D/A转换基本原理
基础知识
★ D/A转换参数
★ D/A转换原理
基础知识9.1.1 D/A转换基本原理
若要 D→A, 须有一个模拟参考量 R,使得
A=DR
设 max{A}=R
则 0≤D≤1
D是一个不大于 1的 n进制数 。
本课程中, D是二进制数：
D=a12－ 1+a22－ 2+…+ an2－ n,ai∈ (0,1)
基础知识9.1.1 D/A转换基本原理
★ D/A转换原理
可用一个参考电压 VREF作模拟参考量。
基础知识9.1.1 D/A转换基本原理
★ D/A转换原理
基础知识9.1.1 D/A转换基本原理
★ D/A转换原理
A=DR D=a12－ 1+a22－ 2+…+ an2－ n
A=DR= ( a12 n－ 1+a22 n－ 2+… +an2 0)
A=DR= ( Dn－ 12 n－ 1+ Dn－ 22 n－ 2+… + D02 0)
量化单位 ——D的一个最低有效
位（ LSB）
★ D/A转换参数
基础知识9.1.1 D/A转换基本原理
● 分辨力 ——D/A转换器分辨模拟量最小
值的能力，也就是最低位 LSB所代表的模拟量。
● 分辨率 ——D/A转换器的位数。 D/A转换
器分辨最小模拟量的能力也就越强。
分辨力与分辨率是统一的，有的材料对二
者不加区分。
★ D/A转换参数
应用基础9.1.1 D/A转换基本原理
● 满量程 ——D/A转换器可输出模拟量的最
大值。
(2 n－ 1)VREF
通常用 2nVREF指代满量程 ——标称满量程。
★ D/A转换参数
应用基础9.1.1 D/A转换基本原理
● 精度
一般以满量程相对误差来说明 D/A转换器
的精度,
ΔUmax——最大绝对误差
★ A/D转换原理
9.1.2 A/D转换基本原理
基础知识
★ A/D转换参数
★ A/D转换原理
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
A/D转换 ——将模拟信号变换为数字信号
若参考量为 R，
则 D≈A/R
★ A/D转换原理
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
量化单位
★ A/D转换原理
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
★ A/D转换原理
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
量化误差 ——因 mmin 不能是无
穷小而带来的误差。量化误差是不
可消除的。
★ A/D转换原理
？ 问题？9.1.2 A/D转换基本原理
采用了 A/D转换器，会不会使
整个系统处理数据的精度降低？
★ A/D转换参数
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
● 分辨力与分辨率
★ A/D转换参数
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
● 量化误差
★ A/D转换参数
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
● 精度
γ± nLSB
γ——满量程相对误差
nLSB——量化带来的误差
A/D转换器的精度不仅仅取决于量化误
差，而是由多种因素决定的。如某 A/D转换
器的精度为 ± 0.5%± 1LSB。 ± 1LSB称为一
个字误差，通常即为量化误差误差。
★ A/D转换参数
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
● 线性
★ A/D转换参数
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
● 转换时间 ——完成一次转换所用的时间
★ A/D转换参数
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
● 转换速率 ——每秒转换的次数
9.2.1 权电阻型 D/A转换器
New！
9.2.3 集成 D/A转换器及其应用
9.2.2 R-2R网络型 D/A转换器
9.2 D/A转换器
9.2.1 权电阻型 D/A转换器
基础知识
9.2.1 权电阻型 D/A转换器
基础知识
uo=－ IRf
基础知识
9.2.2 R-2R网络型 D/A转换器
应用基础
9.2.3 集成 D/A转换器及其应用
7520——典型 10bit DAC
·采用 CMOS电子开关
·与 TTL电平兼容
·电源电压范围,5～ 15V
·采用 R-2R电阻网络
9.2.3 集成 D/A转换器及其应用
工程应用
应用基础
9.2.3 集成 D/A转换器及其应用
0832——与 μP兼容的 8bitDAC
·采用 CMOS和薄膜 Si-Cr电阻相容工艺, 温漂低
·具有二级数字输入缓冲锁存器, 可与数据 μP数据
总线直接相连, 无需另接锁存器
·属乘法 D/A转换器 ——可工作于四个象限
·与 TTL电平兼容
·数字地与模拟地可分开，使用灵活
应用基础
9.2.3 集成 D/A转换器及其应用
MAX5013—— 新产品 12bit高速 DAC
·工作速率达 100MHZ
·建立时间仅 13ns
·内含主 -从式锁存器
·电源电压 +5V或 -5.2V
·与 TTL和 ECL电导兼容
工程应用
9.2.3 集成 D/A转换器及其应用
扩充知识
9.2.3 集成 D/A转换器及其应用
No_360S D-A转换器
八路 13位数模转换器 MAX547
图象处理 DAC
9.3.1 并行比较型 A/D转换器
New！
9.3.4 逐次比较型 A/D转换器
9.3.3 并 -串比较型 A/D转换器
9.3 A/D转换器
9.3.2 串行比较型 A/D转换器
9.3.6 A/D转换器产品举例
9.3.5 双积分型 A/D转换器
9.3.1 并行比较型 A/D转换器
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 基本原理
串行比较型 A/D转换器
Content:Ch9ADC and DAC\9.3 ADC\… 基本原理
9.3.1 串行比较型 A/D转换器
DOUT
并 -串比较型 A/D转换器
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 基本原理
9.3.1 并 -串比较型 A/D转换器
逐次比较型 A/D转换器
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\…
9.3.4 逐次比较型 ADC
基本原理
Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC\…
9.3.5 双积分型 ADC
基本原理
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\…
9.3.5 双积分型 ADC
基本原理
数
双积分型 A/D转换器
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\…
9.3.5 双积分型 ADC
基本原理
时段①：固定时间积分,
到时结束
时段②：固定斜率积分，
过零结束
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\…
9.3.5 双积分型 ADC
基本原理
数
双积分型 A/D转换器
优点：精度较高，对元件要求低
缺点：速度低
9.3.6 A/D转换器产品举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 工程应用基础
① ADC0809
特点：
·属 CMOS电路
·8路模拟输入, 8 bit 输出 (3S门 )
·与常用 μP兼容
·采用逐次比较法，转换时间约 100μs
9.3.6 A/D转换器产品举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 工程应用基础
ADC0809
9.3.6 A/D转换器产品举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 工程应用基础
② ICL7106/7107
特点：
·直接输出 7段译码信号
·7106驱动 LCD； 7107驱动 LED
·十进制 3位半 A/D转换器
·双积分型电路, 内含基准源
9.3.6 A/D转换器产品举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 工程应用
ICL7107
ICL7107构成直流电压表
9.3.6 A/D转换器产品举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 工程应用基础
③ MAX1011
特点：
·6bit高速 A/D转换器, 速率可达 90M
·带偏移矫正的 55MHZ带宽差动放大器
·功耗仅 190mW
·有效位为 5.85bit
9.3.6 A/D转换器产品举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 工程应用
9.3.6 A/D转换器产品举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 工程应用
④ A/D转换器最新产品举例
★ TI推出业界首个集成 12位 a-d转换器和
超低功耗闪存的微控制器系列
★ Σ-ΔADC
9.4.1 应用领域
New！
9.4.3 综合应用举例
9.4.2 产品选用原则
9.4 D/A和 A/D转换器
综合应用
9.4.1 ADC 与 DAC 应用领域
Content:Ch9 ADC and DAC\9.4 How to use\… 工程应用
·简单数字应用系统
·数字计算机应用系统
·通信
·音频 /视频系统
·测量仪器
9.4.2 ADC 与 DAC产品选用原则
Content:Ch9 ADC and DAC\9.4 How to use\… 工程应用
·选择电路类型选择
·转换速率选择
·分辨率与精度选择
·功能选择
·性能价格比
·ADC 选用一例
9.4.2 ADC 与 DAC产品选用原则
Content:Ch9 ADC and DAC9.4 How to use\… 工程应用
ADC 工程选用一例
放大
简化
简化
位置传感信号
电动机控制信号
规范化
9.4.2 ADC 与 DAC产品选用原则
Content:Ch9 ADC and DAC\9.4 How to use\… 工程应用
ADC 工程选用一例
计算机
控制系统
机械
运动机构
位置传感信息
电动机控制信号
传感器输出电
压为 0~5V，分
辨力为 2.5mV
运动控制范围为
0~200mm，控制精
度不低于 0.2mm
ADC
ADC在何处？
9.4.3 ADC 与 DAC 综合应用举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.4 How to use\… 工程应用
★ 历届全国大学生电子设计竞赛题目
Email me please if you have any questions,win_d@263.net
★ 问题征集
9.4.3 ADC 与 DAC 综合应用举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.4 How to use\… 工程应用
问题征集
通过观察，较系统地提出一
个 ADC 与 /或 DAC 应用的问题。
本章小结
1,A/D转换器和 D/A转换器是数字系统和各种工
程技术相联系的桥梁, 在二者之间起着, 翻译, 的
作用 。
2,实现 D/A转换和 A/D转换, 都需要一个模拟参
考量 R,使得
A=DR 和 D≈
R
A
3,常用的 D/A转换器主要有权电阻型和 R-2R网络
型两种电路 。 由于 R-2R网络型的电阻种类少, 易于
集成和提高精度, 因此多为集成 D/A转换器所采用 。
4,常用的 A/D转换器主要有双积分型, 逐次比较
型和并行比较型三种 。 三种电路在精度, 转换速率
及其他参数等方面各具特色, 因而应用都比较广泛 。
本章小结
5,作为产品的实例, 本章介绍了几种中, 大规
模集成电路,7520, 0832,MAX5013； 0809,
7106/7107,MAX1011。 它们中既有应用广泛的传
统电路, 也有刚刚推向市场的新产品 。
6,由于 D/A转换器和 A/D转换器在电子系统, 特
别是数字系统中的应用越来越广泛, 加之技术与工
艺的进步, 其新产品也不断涌现 。 因此, 要根据实
际需要来选择各项指标以及价格, 厂商等, 切不可
片面地追求某一项指标 。
本章小结
引入
Analog Digital
引入
“翻译”
电子设计竞赛赛题 ……
Analog Digital
引入
“翻译”
9.1 概述
9.2 D/A转换器
9.3 A/D转换器
9.4 D/A和 A/D转换器综合应用
第 9章 模数与数模转
换器
New！
9.1.0 学习要求与学习重点
New！
9.1.2 A/D转换基本原理
9.1.1 D/A转换基本原理
9.1 本章总论
★ 本章学习要求
·掌握 D/A, A/D转换的基本原理
·掌握各种 D/A, A/D转换器的工作原理；
·掌握几种集成 D/A,A/D转换器的应用；
·能够估计 D/A,A/D转换器的误差 。
9.1.0 学习要求与学习重点
Email me please if you have any questions,win_d@263.net
9.1.0 学习要求与学习重点
★ 本章学习重点
·D/A, A/D转换原理
·D/A, A/D转换器的设计思路和工作原理
·集成 D/A, A/D转换器的应用
★ D/A转换原理
9.1.1 D/A转换基本原理
基础知识
★ D/A转换参数
★ D/A转换原理
基础知识9.1.1 D/A转换基本原理
若要 D→A, 须有一个模拟参考量 R,使得
A=DR
设 max{A}=R
则 0≤D≤1
D是一个不大于 1的 n进制数 。
本课程中, D是二进制数：
D=a12－ 1+a22－ 2+…+ an2－ n,ai∈ (0,1)
基础知识9.1.1 D/A转换基本原理
★ D/A转换原理
可用一个参考电压 VREF作模拟参考量。
基础知识9.1.1 D/A转换基本原理
★ D/A转换原理
基础知识9.1.1 D/A转换基本原理
★ D/A转换原理
A=DR D=a12－ 1+a22－ 2+…+ an2－ n
A=DR= ( a12 n－ 1+a22 n－ 2+… +an2 0)
A=DR= ( Dn－ 12 n－ 1+ Dn－ 22 n－ 2+… + D02 0)
量化单位 ——D的一个最低有效
位（ LSB）
★ D/A转换参数
基础知识9.1.1 D/A转换基本原理
● 分辨力 ——D/A转换器分辨模拟量最小
值的能力，也就是最低位 LSB所代表的模拟量。
● 分辨率 ——D/A转换器的位数。 D/A转换
器分辨最小模拟量的能力也就越强。
分辨力与分辨率是统一的，有的材料对二
者不加区分。
★ D/A转换参数
应用基础9.1.1 D/A转换基本原理
● 满量程 ——D/A转换器可输出模拟量的最
大值。
(2 n－ 1)VREF
通常用 2nVREF指代满量程 ——标称满量程。
★ D/A转换参数
应用基础9.1.1 D/A转换基本原理
● 精度
一般以满量程相对误差来说明 D/A转换器
的精度,
ΔUmax——最大绝对误差
★ A/D转换原理
9.1.2 A/D转换基本原理
基础知识
★ A/D转换参数
★ A/D转换原理
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
A/D转换 ——将模拟信号变换为数字信号
若参考量为 R，
则 D≈A/R
★ A/D转换原理
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
量化单位
★ A/D转换原理
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
★ A/D转换原理
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
量化误差 ——因 mmin 不能是无
穷小而带来的误差。量化误差是不
可消除的。
★ A/D转换原理
？ 问题？9.1.2 A/D转换基本原理
采用了 A/D转换器，会不会使
整个系统处理数据的精度降低？
★ A/D转换参数
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
● 分辨力与分辨率
★ A/D转换参数
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
● 量化误差
★ A/D转换参数
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
● 精度
γ± nLSB
γ——满量程相对误差
nLSB——量化带来的误差
A/D转换器的精度不仅仅取决于量化误
差，而是由多种因素决定的。如某 A/D转换
器的精度为 ± 0.5%± 1LSB。 ± 1LSB称为一
个字误差，通常即为量化误差误差。
★ A/D转换参数
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
● 线性
★ A/D转换参数
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
● 转换时间 ——完成一次转换所用的时间
★ A/D转换参数
基础知识9.1.2 A/D转换基本原理
● 转换速率 ——每秒转换的次数
9.2.1 权电阻型 D/A转换器
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9.2.3 集成 D/A转换器及其应用
9.2.2 R-2R网络型 D/A转换器
9.2 D/A转换器
9.2.1 权电阻型 D/A转换器
基础知识
9.2.1 权电阻型 D/A转换器
基础知识
uo=－ IRf
基础知识
9.2.2 R-2R网络型 D/A转换器
应用基础
9.2.3 集成 D/A转换器及其应用
7520——典型 10bit DAC
·采用 CMOS电子开关
·与 TTL电平兼容
·电源电压范围,5～ 15V
·采用 R-2R电阻网络
9.2.3 集成 D/A转换器及其应用
工程应用
应用基础
9.2.3 集成 D/A转换器及其应用
0832——与 μP兼容的 8bitDAC
·采用 CMOS和薄膜 Si-Cr电阻相容工艺, 温漂低
·具有二级数字输入缓冲锁存器, 可与数据 μP数据
总线直接相连, 无需另接锁存器
·属乘法 D/A转换器 ——可工作于四个象限
·与 TTL电平兼容
·数字地与模拟地可分开，使用灵活
应用基础
9.2.3 集成 D/A转换器及其应用
MAX5013—— 新产品 12bit高速 DAC
·工作速率达 100MHZ
·建立时间仅 13ns
·内含主 -从式锁存器
·电源电压 +5V或 -5.2V
·与 TTL和 ECL电导兼容
工程应用
9.2.3 集成 D/A转换器及其应用
扩充知识
9.2.3 集成 D/A转换器及其应用
No_360S D-A转换器
八路 13位数模转换器 MAX547
图象处理 DAC
9.3.1 并行比较型 A/D转换器
New！
9.3.4 逐次比较型 A/D转换器
9.3.3 并 -串比较型 A/D转换器
9.3 A/D转换器
9.3.2 串行比较型 A/D转换器
9.3.6 A/D转换器产品举例
9.3.5 双积分型 A/D转换器
9.3.1 并行比较型 A/D转换器
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 基本原理
串行比较型 A/D转换器
Content:Ch9ADC and DAC\9.3 ADC\… 基本原理
9.3.1 串行比较型 A/D转换器
DOUT
并 -串比较型 A/D转换器
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 基本原理
9.3.1 并 -串比较型 A/D转换器
逐次比较型 A/D转换器
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\…
9.3.4 逐次比较型 ADC
基本原理
Content:Ch9 ADC and DAC9.3 ADC\…
9.3.5 双积分型 ADC
基本原理
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\…
9.3.5 双积分型 ADC
基本原理
数
双积分型 A/D转换器
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\…
9.3.5 双积分型 ADC
基本原理
时段①：固定时间积分,
到时结束
时段②：固定斜率积分，
过零结束
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\…
9.3.5 双积分型 ADC
基本原理
数
双积分型 A/D转换器
优点：精度较高，对元件要求低
缺点：速度低
9.3.6 A/D转换器产品举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 工程应用基础
① ADC0809
特点：
·属 CMOS电路
·8路模拟输入, 8 bit 输出 (3S门 )
·与常用 μP兼容
·采用逐次比较法，转换时间约 100μs
9.3.6 A/D转换器产品举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 工程应用基础
ADC0809
9.3.6 A/D转换器产品举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 工程应用基础
② ICL7106/7107
特点：
·直接输出 7段译码信号
·7106驱动 LCD； 7107驱动 LED
·十进制 3位半 A/D转换器
·双积分型电路, 内含基准源
9.3.6 A/D转换器产品举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 工程应用
ICL7107
ICL7107构成直流电压表
9.3.6 A/D转换器产品举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 工程应用基础
③ MAX1011
特点：
·6bit高速 A/D转换器, 速率可达 90M
·带偏移矫正的 55MHZ带宽差动放大器
·功耗仅 190mW
·有效位为 5.85bit
9.3.6 A/D转换器产品举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 工程应用
9.3.6 A/D转换器产品举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.3 ADC\… 工程应用
④ A/D转换器最新产品举例
★ TI推出业界首个集成 12位 a-d转换器和
超低功耗闪存的微控制器系列
★ Σ-ΔADC
9.4.1 应用领域
New！
9.4.3 综合应用举例
9.4.2 产品选用原则
9.4 D/A和 A/D转换器
综合应用
9.4.1 ADC 与 DAC 应用领域
Content:Ch9 ADC and DAC\9.4 How to use\… 工程应用
·简单数字应用系统
·数字计算机应用系统
·通信
·音频 /视频系统
·测量仪器
9.4.2 ADC 与 DAC产品选用原则
Content:Ch9 ADC and DAC\9.4 How to use\… 工程应用
·选择电路类型选择
·转换速率选择
·分辨率与精度选择
·功能选择
·性能价格比
·ADC 选用一例
9.4.2 ADC 与 DAC产品选用原则
Content:Ch9 ADC and DAC9.4 How to use\… 工程应用
ADC 工程选用一例
放大
简化
简化
位置传感信号
电动机控制信号
规范化
9.4.2 ADC 与 DAC产品选用原则
Content:Ch9 ADC and DAC\9.4 How to use\… 工程应用
ADC 工程选用一例
计算机
控制系统
机械
运动机构
位置传感信息
电动机控制信号
传感器输出电
压为 0~5V，分
辨力为 2.5mV
运动控制范围为
0~200mm，控制精
度不低于 0.2mm
ADC
ADC在何处？
9.4.3 ADC 与 DAC 综合应用举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.4 How to use\… 工程应用
★ 历届全国大学生电子设计竞赛题目
Email me please if you have any questions,win_d@263.net
★ 问题征集
9.4.3 ADC 与 DAC 综合应用举例
Content:Ch9 ADC and DAC\9.4 How to use\… 工程应用
问题征集
通过观察，较系统地提出一
个 ADC 与 /或 DAC 应用的问题。
本章小结
1,A/D转换器和 D/A转换器是数字系统和各种工
程技术相联系的桥梁, 在二者之间起着, 翻译, 的
作用 。
2,实现 D/A转换和 A/D转换, 都需要一个模拟参
考量 R,使得
A=DR 和 D≈
R
A
3,常用的 D/A转换器主要有权电阻型和 R-2R网络
型两种电路 。 由于 R-2R网络型的电阻种类少, 易于
集成和提高精度, 因此多为集成 D/A转换器所采用 。
4,常用的 A/D转换器主要有双积分型, 逐次比较
型和并行比较型三种 。 三种电路在精度, 转换速率
及其他参数等方面各具特色, 因而应用都比较广泛 。
本章小结
5,作为产品的实例, 本章介绍了几种中, 大规
模集成电路,7520, 0832,MAX5013； 0809,
7106/7107,MAX1011。 它们中既有应用广泛的传
统电路, 也有刚刚推向市场的新产品 。
6,由于 D/A转换器和 A/D转换器在电子系统, 特
别是数字系统中的应用越来越广泛, 加之技术与工
艺的进步, 其新产品也不断涌现 。 因此, 要根据实
际需要来选择各项指标以及价格, 厂商等, 切不可
片面地追求某一项指标 。
本章小结
