第 12章 数 /模和模 /数转换
12-1 数 /模转换器
12-2 模 /数转换器
12-1 数 /模转换器
从模拟信号到数字信号的转换称模 /数转换 (又称
A/D转换 ),完成 A/D转换的电路称 A/D转换器（简称
ADC）；
从数字信号到模拟信号的转换称数 /模转换（又称
D/A转换），完成 D/A转换的电路称 D/A转换器（简称
DAC）。
1.DAC基本工作原理
数据寄存器又称数据缓冲储存器或数据锁存器，
其功能是接受、存储和输出数据，主要由触发器和
控制门组成。 n个触发器可以储存 n位二进制数据。
DAC用于将输入的二进制数字量转换为与该数
字量成比例的电压或电流。
数据锁存器用来暂时存放输入的数字量,这些
数字量控制模拟电子开关,将参考电压源 UREF按位
切换到电阻译码网络中变成加权电流，然后经运放
求和，输出相应的模拟电压，完成 D/A转换过程。
数据
锁存器…
D
0
D
1
D
n － 1
…
模拟电
子开关 …
电阻译
码网络 …
求和
运放
参考电压源
模拟输出
U
2.DAC转换器的主要技术指标
（ 1）分辨率
分辨率用输入二进制数的有效位数表示 。 在分辨
率为 n位的 D/A转换器中, 输出电压能区分 2n个不同
的输入二进制代码状态, 能给出 2n个不同等级的输出
模拟电压 。
（ 2） 转换精度
D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际
值与理想值之差, 即最大静态转换误差 。
（ 3） 输出建立时间
从输入数字信号起, 到输出电压或电流到达稳定
值时所需要的时间, 称为输出建立时间 。
3.倒 T型电阻网络 DAC
由数据锁存器、模拟电子开关（ S）,R-2R倒 T型
电阻网络、运算放大器（ A）及基准电压 UREF组成。
2 R 2 R 2 R
I
16
I
8
S
0
S
1
R
2 R
I
4
S
2
R
2 R
I
2
S
3
R
△
∞
D
0
D
1
D
2
D
3
R
F
U
o
U
RE F
＋
＋
－
I
模拟电子开关 S3,S2,S1,S0分别受数据锁存器
输出的数字信号 D3,D2,D1,D0控制。当某位数字
信号为 1时，相应的模拟电子开关接至运算放大器的
反相输入端（虚地）；若为 0则接同相输入端（接
地）。开关 S3～ S0是在运算放大器求和点（虚地）与
地之间转换，因此不管数字信号 D如何变化，流过每
条支路的电流始终不变，从参考电压 UR输入的总电
流也是固定不变的。
2 R
I
16
2 R
I
16
R
2 R
I
8
R
2 R
I
4
R
2 R
I
2
U
R E F
R
U
R E F
I =
等效电路
4.集成 DAC
DAC0832 是常用的集成 DAC，它是用 CMOS工
艺制成的双列直插式单片八位 DAC，可以直接与 Z80、
8080,8085,MCS51等微处理器相连接。
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
D7 Q7 D7
8位
输
入
锁
存
器
DAC寄
存
器
Q7
8位
DAC
LE1 LE1
＆ILE
＆
＆
CS
WR1
WR2
XFER
UREF
IOUT2
IOUT1
Rfb
AGND
VCC
DGND
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
DAC
0832
CS
WR1
AGND
D3
D2
D1
D0
UREF
Rfb
DGND
IOUT2
VCC
ILE
WR2
XFER
D4
D5
D6
D7
IOUT1
片选信号,输入低电平有效。
ILE,输入锁存允许信号,输入高电平有效。
输入数据选通信号,输入低电平有效。
数据传送选通信号,输入低电平有效。
数据传送控制信号,输入低电平有效。
D0～ D7：八位输入数据信号。
IOUT1,DAC输出电流 1。此输出信号一般作为运算放
大器的一个差分输入信号（一般接反相端）。
VCC,数字部分的电源输入端。 UCC可在 +5V到 +15V
范围内选取。
DGND,数字电路地。
AGND,模拟电路地。
12-2 模 /数转换器
从模拟信号到数字信号的转换称模 /数转换 (又称
A/D转换 ),完成 A/D转换的电路称 A/D转换器（简称
ADC）。
1.ADC基本工作原理
A/D转换是将模拟信号转换为数字信号。转换
过程通过取样、保持、量化和编码四个步骤完成。
（ 1
取样（又称抽样或采样）是将时间上连续变化
的模拟
信号转换为时间上离散的模拟信号，即转换为一系
列等间
隔的脉冲。
to t
to
o t
CP
Ui
Uo
TS
抽样器
CP
Ui Uo
（ 2 ）量化和编码
输入的模拟信号经取样 — 保持后,得到的是阶
梯形模拟信号。必须将阶梯形模拟信号的幅度等分
成 n级，每级规定一个基准电平值，然后将阶梯电平
分别归并到最邻近的基准电平上。
0 0 0
0 0 0 0 0 1
0 0 0
1 0 0
0 1 1
1 1 1
1 1 0
1 0 1
1 0 1
0 1 1
0 1 1
0 1 0
0 0 1
编码
等级
0
1
2
3
4
5
6
7
8
0
1
2
3
4
5
6
7
ADC可分为直接 ADC和间接 ADC两大类。
在直接 ADC中，输入模拟信号直接被转换成相
应的数字信号，如计数型 ADC,逐次逼近型 ADC和
并行比较型 ADC等，其特点是工作速度高，转换精
度容易保证，调准也比较方便。
在间接 ADC中，输入模拟信号先被转换成某种
中间变量（如时间、频率等），然后再将中间变量
转换为最后的数字量，如单次积分型 ADC、双积分
型 ADC等，其特点是工作速度较低，但转换精度可
以做得较高，且抗干扰性强，一般在测试仪表中用
得较多。
2.逐次逼近 ADC
包括四个部分：比较器,DAC、逐次逼近寄存
器和控制逻辑。
△
∞
＋
U
o
控制电路
时序脉冲电路
数码输入
寄存器
D A C
＋
－
逐次逼近型 ADC是将大小不同的参考电压与输
入模拟电压逐步进行比较，比较结果以相应的二进
制代码表示。
转换前先将寄存器清零。转换开始后，控制逻
辑将寄存器的最高位置为 1，使其输出为 100…0 。这
个数码被 D/A转换器转换成相应的模拟电压 Uo,送到
比较器与输入 Ui进行比较。
若 Uo＞ Ui，说明寄存器输出数码过大,故将最
高位的 1变成 0，同时将次高位置 1； 若 Uo≤Ui,说明寄
存器输出数码还不够大，则应将这一位的 1保留，依
次类推将下一位置 1进行比较,直到最低位为止。
3,ADC的主要技术指标
包括四个部分：比较器,DAC、逐次逼近寄存
器和控制逻辑。
（ 1
ADC的分辨率指 A/D转换器对输入模拟信号的
分辨能力。
分辨率 =
FSRn21
（ 2
转换速度是指完成一次 A/D转换所需的时间。转
换时间是从接到模拟信号开始，到输出端得到稳定的
数字信号所经历的时间。转换时间越短，说明转换速
度越高。
（ 3
在理想情况下，所有的转换点应在一条直线上。
相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差，
一般用最低有效位来表示。
4,集成 ADC
ADC0809是常见的集成 ADC。它是采用 CMOS
工艺制成的八位八通道单片 A/D转换器，采用逐次逼
近型 ADC，适用于分辨率较高而转换速度适中的场
合。
由八路模拟开关、地址锁存与译码器,ADC、
三态输出锁存缓冲器组成。
8
选
1
模
拟
开
关
IN
0
IN
1
IN
2
IN
3
IN
4
IN 5
IN
6
IN
7
地
址
锁
存
与
译
码
ADD B
ADD A
ADD C
ALE
U
IN
比较器
逐次近似
寄存器 SAR
定时控制逻辑
CLK
START
EOC
树状开关
U ST
三
态
输
出
锁
存
器
D
0
D
1
D
2
D 3
D
4
D
5
D
6
D
7
OE
256 R 网络
U
R
(＋ ) U
R
(－ )
△ ∞
＋
＋
－
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14 15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
AD
C0
80
9
IN 3
IN 4
IN 5
IN 6
IN 7
START
EOC
D 3
OE
CLK
VCC
UR(＋ )
GND
D 1 D 2
UR(－ )
D 0
D 4
D 5
D 6
D 7
ALE
ADD C
ADD B
ADD A
IN 0
IN 1
IN 2
OE
D
7
～ D
0
E O C
S T A R T
A L E
A D D A A D D B A D D C