数字系统的特点,输入、输出都是数字量。
自然界所存在的物理量大多数是模拟量, 如温度, 湿度,
压力, 流量, 速度, 时间等 。 数字系统不能直接处理模拟量,
所以要把模拟量先转换为数字量 （ A/D),然后送入数字系统中
去处理 。 数字系统把处理的结果以数字量的形式送出, 经过数
模 （ D/A)转换电路再将数字信号转换为模拟信号送到控制执行
元件, 执行元件按照控制程序要求精确控制受控对象 。
工
业
电
炉
放大 A/D 微处理器
ROM
4KX8
显示
键盘D/A可控硅
为了保证数据处理的准确性, A/D转换器和 D/A转换器必
须达到一定的 转换精度 。 同时, 为了适应快速过程的检测和
控制, A/D转换器和 D/A转换器必须有足够快的 转换速度 。
在目前常见的 D/A转换器中，有 权电阻网络 D/A转换器, 梯
形电阻网络、倒梯形电阻网络 D/A转换器 。 A/D转换器的类型也
很多，可以分为 直接 A/D转换器和间接 A/D转换器 两大类。
直接 A/D转换器,输入的模拟信号直接被转换成相应的数
字信号。
间接 A/D转换器,是将输入的模拟信号先转换成某个中间
变量 （ 如时间 T,频率 F等 ）, 然后再将中间变量转换为最后
的数字量 。
考虑到 D/A转换器的工作原理比较简单，而有些 A/D转换
器需要用到 D/A转换器作为内部反馈电路，所以首先讨论 D/A
转换器工作原理，再介绍 A/D转换器。
D/A转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号，
以电压（或电流）的形式输出。因此,D/A转换器可以看作
是一个译码器。一般常用的线性 D/A转换器，其输出的模拟
电压 V和数字量 D成正比关系。 V=KD,K为常数。
一、基本原理
输入是
n位二
进制数
D/A
i
n
i
iOO Dkiv 2)(
1
0
??
?
?D
0D
1
Dn-1 k:转换比例系数
输出模拟电压（或模拟电流）与输入数字量成正比关系。
假设：转换比例系数 K=1,输入数字量 n=3
001122 222)( DDDiv OO ???输出模拟电压（或模拟电流）为：
)13,2,1,0( ?? ni ?
iD
0 ≦ ≦ 1
位权值
D2 D1 D0 VO/V
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 2
0 1 1 3
1 0 0 4
1 0 1 5
1 1 0 6
1 1 1 7
001122 222)( DDDiv OO ???
从转换特性表中看出：
★ 每一个二进制代码的数字信号，通过
位数（位权值）的计算，都可以对应一个相
应的十进制数。
★ 相邻两个数字信号转换出来的数值
是不连续的, 说明转换电路存在转换误差 。
这个误差也就是 D/A转换电路所能分解的最
小量, 通常称为 量化级 。
D/A转换特性
7
6
5
4
3
2
1
000 001 010 011 100 101 110 111 000
VO/V
D
转换误差＝ 满值?
n2
1
mVV 8757213 ??n = 3
n = 4 mVV 4 3 77
2
1
4 ??
n = 10 mVV 8.67
2
1
10 ??
n = 12 mVV 7.17
2
1
12 ??
输入数字信号的位数越多，输出的模拟信号越接近
连续模拟信号，转换的精度也就越高。
（输入数字信号全 1时的输出
最大模拟电压）
D3 D2 D1 D0
VREF
S3 S2 S1 S0
23R22R21R20R
RF
+-+
★ 电路构成：（以 4位 D/A为例）
☆ 模拟电子开关 S：
D i = 0,S i = GNDD i =1,S i = VREF
☆ 权电阻网络,是一个加权求和电路, 通
过它可以把输入数字量 D中的各位 1按位
权变化为相应的电流, 再经过运放求和,
最终得到与 D成正比的模拟电压 VO。
位权电阻分别为,20R,21R,22R,23R
☆ 基准电压,VREF通过模拟开关，按权关系加到电阻解码网络。
☆ 求和放大器,由运放构成的反向放大器组成。作为求和权电阻网络
的缓冲器，使输出模拟电压 VO不受负载变化的影响。并且可以通过
改变反馈电阻 Rf的大小来调节转换比例系数。
模拟开关受二进制数码 D i 的控制。 D3D2D1D0控制相应的模拟
电子开关 S3S2S1S0。
D3D2D1D0=1000时：
S3接 VREF,其余接地
I3 I2 I1 I0
R
VI REF
03 2?
D3D2D1D0=0100时：
S2接 VREF,其余接地 RVI REF12 2?
D3D2D1D0=0010时,
S1接 VREF,其余接地 RVI REF21 2?
R
VI REF
30 2?
D3D2D1D0=0001时：
S0接 VREF,其余接地
D3D2D1D0=1111时：
D3D2D1D0全部接 VREF
根据叠加原理求和放
大器总输入电流为：
0123 IIIIi ????
03122130 2222 DR
VD
R
VD
R
VD
R
V REFREFREFREF ????
)2222(2 001122333 DDDDRV REF ????
i
i i
R E F DRV 22 3
03 ??
?
i
)3,2,1,0(?i
1 0 0 00 1 1 1D
3 D2 D1 D0
VREF
S3 S2 S1 S0
23R22R21R20R
RF
+-+
对于 n位权电阻网络 D/A转换器总电流为：
i
n
i
in
REF D
R
Vi 2
2
1
0
1 ?
?
?
??
求和放大器输出电压为：
i
n
i
in
fR E F
fo DR
RViRv 2
2
1
0
1 ?
?
?
?????
i
n
i
in
REFf DV
R
R 2
2
2 1
0
??
?
? －
输出模拟电压 VO的大小与输入的
二进制数码的数值大小成正比,in
i i
D21
0?
?
?
★ 输入二进制数码位数越多，量化级越小,D/A输出电压越
接近模拟电压。
同时还与量化级有关。
nREF
V
2
例 1：设 4位 D/A转换器输入二进制数码 D3D2D1D0=1101,基
准电压 VREF=-8V,Rf = R/2,求输出电压 VO。
i
n
i
in
REFf
o D
V
R
Rv 2
2
2 1
0
??
?
?? )21202121(2 81 01234 ??????????? －
V5.6?
电路结构简单，使用电阻数目少,n位有 n
个电阻。
电阻取值范围大。
如果 n=8,取 R=10KΩ,那么 27R=1.28MΩ
在 10KΩ ~1.28MΩ宽范围内要保证电阻的精
度是十分困难的。
例 2：设 4位 D/A转换器输入二进制数码为
0000~1111,基准电压 VREF=-8V,Rf = R/2,求
输出电压 VO。并画出输出 VO波形。
D3 D2 D1 D0 VO
0 0 0 0 0
0 0 0 1 0.5
0 0 1 0 1
0 0 1 1 1.5
0 1 0 0 2
0 1 0 1 2.5
0 1 1 0 3
0 1 1 1 3.5
1 0 0 0 4
1 0 0 1 4.5
1 0 1 0 5
1 0 1 1 5.5
1 1 0 0 6
1 1 0 1 6.5
1 1 1 0 7
1 1 1 1 7.5
i
n
i
in
REFf
o D
V
R
Rv 2
2
2 1
0
??
?
??
)1248(16 8 0123 DDDD ?????? －
t
6 7
4
1
3
2
5
OV
0
★ T型网络中只有两种
电阻 R,2R
★ 从任何一个接点向
左, 右, 下看进去的等
效电阻均为 2R。
0 1 2 3
开关支路接
点流进的电流等
分为二，从左、
右支路流出。
R
VI REF
3?I
2/I2/I
S3S2S1S0
D0 D1 D2 D3
+
+
-R 2R
2R2R2R2R2R
RR
VREF
RF
VREF
2R 2R
2R
D3D2D1D0=0001时：
S0接 VREF,其余接地
R
VI REF
30 ? I0 I1 I2 I3
该电流 每通过
一个接点二等分一次,
到求和电路输入端共
通过 0,1,2,3四
个节点, 所以,
4
'
00 2
1
3 ??? R
VII REF
3
'
11 2
1
3 ??? R
VII REF
2
'
22 2
1
3 ??? R
VII REF
1
'
33 2
1
3 ??? R
VII R E F
D3D2D1D0=0010时：
D3D2D1D0=0100时：
D3D2D1D0=1000时：
D3D2D1D0=1111时：
'3'2'1'0 IIIIi ????
0 1 2 3
i '0I'12
1 0 0 00 1 1 1
S3S2S1S0
D0 D1 D2 D3
+
+
-R 2R
2R2R2R2R2R
RR
VREF
RF
31221304 2
1
32
1
32
1
32
1
3 DR
VD
R
VD
R
VD
R
V REFREFREFREF ????
'3'2'1'0 IIIIi ????
)21212121(3 31221304 DDDDRV REF ????
)2222(213 001122334 DDDDRV REF ????
i
i
i
R E F D
R
V 2
2
1
3
3
0
4 ?
?
?
求和放大器
输出电压,i
i
i
fREF
fO DR
RViRv 2
32
3
0
4 ?
?
??? －
i
n
i
i
f
n
REF
fO DR
RViRv 2
32
1
0
??
?
??? － 成正比和数字量 iO Dv
R-2R T型电阻网络 D/A转换器的优点：
电阻种类少，只有 R,2R两种。
（将两个 R串连使用，只用一种电阻，电阻精度容易满足。）
R-2R T型电阻网络 D/A转换器的缺点：
★ 速度比较慢，过节点要分流，再到运放传输过程比较长。
★ 动态时，假设数字量由 1000→0111,会出现尖峰干扰脉冲。
1000 0000 0100 0110 0111
由于 R-2RT型 D/A高位先到达求和放大器，其变化过程为
高位先变，低位后变。
输出产生尖峰脉冲
★ 要克服 R-2RT型电阻网络 D/A转换器速
度慢，会出现尖峰干扰脉冲等缺点，应
采用 R-2R倒 T型 D/A转换器。
1000
0000
0100
0110 0111
★ 倒 T型电阻网络 D/A转换器
仍具有 T型网络的特点，过一
个接点电流二等分一次。
工作原理
★ 每条支路上的电流直接到运
放输入端，减少了传输时间。
☆ 当输入数字信号任何一位为 1时：对应电子开关
将电阻接运放输入端。
☆ 当输入数字信号任何一位为 0时：对应电子开关
将电阻接地。
☆ 由于运放反向输入端的电位始终接近于, 0”电位
（ 虚地 ）, 所以无论开关接在那一边, 都相当于接
在, 地, 电位上 。 流过每条支路的电流始终不变 。
画出 R-2R倒 T型电阻网络等效电路：
D0 D1 D2 D3
++- VO
2R
VREF
RF
S3S2S1S0
2R 2R 2R 2R
RRR
R
VI REF?
I
所以每条支路电流为：
4031223 2,2,2,2
IIIIIIII ????
★ 流入电阻网络的
总电流为：
0123 IIIIi ＋＋＋?
从等效电路向左看进去，
其等效电阻都是 R。
★ 电阻网络总电流每
流经一个节点，就二
等分一次。
I
2I22I32I42I
★ 流入运放输入端总
电流为：
iD
0 D1 D2 D3
++- VO
2R
VREF
RF
S3S2S1S0
2R 2R 2R 2R
RRR
2R 2R 2R 2R 2R
RRR REFV
R
REFV
0123 IIIIi ＋＋＋?
)21212121( 0413223 DDDDRV REF ????
)222221 001122334 DDDDRV REF ???? （
i
i
i
R E F D
R
V 2
2
1 3
0
4 ?
?
?
i
i
i
REFf
fO D
V
R
RiRv 2
2
3
0
4 ?
?
????
i
n
i
in
REFf
fO D
V
R
RiRv 2
2
1
0
??
?
????
★ 每条支路电流直接流入运
放输入端, 不存在传输时间差,
提高了工作速度 。 同时也有效
防止动态过程中输出端可能出
现的尖峰干扰脉冲 。 是目前 D/A
转换速度较快的一种, 也是用
的最多的一种 D/A转换器 。
D/A电路 D/A输出 转换系数 求和表达式
权电阻
R-2RT型
R-2R倒 T
fO iRv ??
nREF
f VRR 22－
nREF
f VRR 23－
nREF
f VRR 2?
i
n
i
iD 2
1
0
??
?
三种 D/A转换器输出表达式：
D0 D1 D2 D3
++- VO
2R
VREF
RF
S
3
S
2
S
1
S
0
2R 2R 2R 2R
RRR
在 D/A转换器中通常用 分辨率 和 转换误差 来描述转换精度。
☆ 分辨率
分辨率是指输入数字量最低有效位为 1时，对应输出可
分辩的电压变化量 △ V与最大输出电压 Vm 之比：
12
1
??
?
n
mV
V分辨率＝
分辨率越高, 转换时对输入
量的微小变化的反应越灵敏 。 而
分辨率与输入数字量的位数有关,
n越大, 分辨率越高 。
即：最小输出电压
与最大输出电压之
比的百分数表示。
说明 D/A转换 器
对输入信号的分
辩能力 。
由于 D/A转换器中各元件参数的偏差，基准电压的波动，
和运放的零点漂移都可以影响 D/A的转换精度。主要误差包括：
⑴ 非线性误差
它是电子开关导通的电压降和电阻网络电阻值偏差产生
的，常用满刻度的百分比表示。
⑵ 比例系数误差
它是基准电压 VERF偏离标准
值所引起的误差，也用满刻度
的百分比表示。
⑶ 漂移误差
由集成运放的零点漂移所造
成的误差。增益的改变也会引
起增益误差。
要 获 得 高 精 度 的
D/A转换器, 不能仅依
靠提高输入数字量的位
数, （ 位数越高, 其价
格越贵 ） 。 还必须有高
稳定度的基准电压 VREF
和低漂移的运放相配合,
才能获得较高的转换精
度 。
从数字信号输入 DAC起，到输出电流（或电压）达到稳
定值所需的时间称为建立时间。建立时间的大小决定了转换
速度的快慢。
目前 10~12位单片集成 D/A转换器（不包括运放）的建立
时间可以在 1μ S以内。
由于 D/A转换器的各个环节在参数和性能上不可避免
存在有误差，所以实际能达到的转换精度还要看转换误
差的大小。
转换精度取决于转换误差，转换误差常用输出电压满
刻度 FSR(满量程的 1/2n)的百分数表示，也可以用最低有
效位的倍数表示。
例如：转换误差为 1/2LSB,表示输出模拟电压的绝对误
差等于最低有效位输出模拟电压的一半。
集成 D/A 转换
器种类很多,
DAC0832是通用单
片 8位 D/A转换器,
直接可以和 Z80、
MCS51等微处理器
相连 。
0832由一个八位输入锁存器、一个八位 DAC寄存器和
一个八位 D/A转换器三大部分组成。
D/A转换器采用倒 T型 R-2R电阻网络。
DAC0832内部无运放，是电流输出，使用时须外加运放。
芯片内部已设置了反馈电阻 R f,如果运放增益不够，外
部还要加反馈电阻。
锁
存
器
寄
存
器
D/A
7D
6D
5D
4D
3D
2D
1D
0D
7Q 7D 7Q 7D REFV
2OUTI
1LE
DGND
CCV
AGND
fR
1OUTI
&
&
&
2LELIE
CS
1WR
2WR
XFER
:ILE
:CS
:21 X F E RWRWR,、
:REFV
:fR
:1OUTI
:2OUTI
:DGND
:AGND
D7~D0:八位输入数据信号
数字地
模拟地
VCC:电源（＋ 5V)
反馈电阻接线端
基准电压输入端
外加一个精确、稳定的基
准电压源，（－ 10V~+10V)
片选信号，输入低电平有效。
数据传送选通信号，输入低电平有效。
输入锁存允许信号，高电平有效。
DAC输出电流 1，作运放一个差分输入信号。当 DAC寄存器全 1时，
电流最大，全 0时，电流最小。
DAC输出电流 2，作运放另一个差分输入信号（一般接地）。
IOUT1,IOUT2满足如
下关系,IOUT1＋
IOUT2＝常数
锁
存
器
寄
存
器
D/A
7D
6D
5D
4D
3D
2D
1D
0D
7Q 7D 7Q 7D REFV
2OUTI
1LE
DGND
CCV
AGND
fR
1OUTI
&
&
&
2LELIE
CS
1WR
2WR
XFER
锁
存
器
寄
存
器
D/A
7D
6D
5D
4D
3D
2D
1D
0D
7Q 7D 7Q 7D REFV
2OUTI
1LE
DGND
CCV
AGND
fR
1OUTI
&
&
&
2LELIE
CS
1WR
2WR
XFER
同时有效时：和、当 1WRCSIL E
00
1 1
LE1为高电平，输
入数据 D7~D0进入锁存
器。
同时有效时：和当 XFERWR 2
LE2为高电平, 在
此期间, 锁存器中的数
据进入 DAC寄存器 。
00
1
八位 D/A转换电路随时
将 DAC寄存器的数据转换为
模拟信号, 由 IOUT1,IOUT2输
出 。
0832D/A转换器有双
缓冲型、单缓冲型、和直
通型等三种工作方式。
由于 DAC0832芯片中有
两个数据寄存器, 可以通过
控制信号将数据先锁存在输
入锁存器中, 当需要 D/A转换
时, 再将锁存器中锁存的数
据信号装入 DAC 寄存器并进
行 D/A转换, 从而达到两极缓
冲工作方式 。
0
0
R
2OUTI
DGND
CCV
AGND
fR
1OUTI
7D
1WR
LIE
REFV
V5?
CSXFER
2WR
OV
?
?
0D
如果令 DAC寄存器处于
常通状态，则只控制输入数据
锁存器，可以使两个寄存器同
时选通和锁存，这就是单缓冲
工作方式。
如果使两个寄存器都处于常通
状态，这时两个寄存器的输出跟随
数字输入变化而变化,D/A 转换器
的输出也同时跟着变化，这种情况
应用于连续反馈过程控制系统。
0D R
2OUTI
DGND
CCV
AGND
fR
1OUTI
7D
1WR
LIE
REFV
V5?
CSXFER
2WR
OV
?
?
0D
R
2OUTI
DGND
CCV
AGND
fR
1OUTI
7D
1WR
LIE
REFV
V5?
CSXFER
2WR
OV
?
?
⑴ 数字系统和模拟系统的接口电路
⑵ 任意波形产生器
★ 锯齿波 n位
加法
计数
器
D/A LBFCP
ROM D/A
波形的形
状取决于 ROM
中的数据, 改变
ROM 中的数据
可以得到不同的
波形 。
⑴ 若最小输出电压增量为 0.02V,试问当输入代码为
01001101时，输出电压 VO为多少伏？
⑵ 若其分辨率用百分数表示，则应是多少？
⑶ 若某一系统中要求 D/A转换的精度小于 0.25%,试问这一
D/A转换器能否应用？
题意分析：
本例题涉及转换器几个参数，一是最小输出电压增
量；二是分辨率；三是转换精度。
最小电压增量,对应于输入最小数字量的输出模拟电压。
即指数字量每增加一个单位输出模拟电压
的增加量。
分辨率,定义为对最小数字量的分辩能力。一般用输入
数字量的位数表示，也可以用最小输出电压与
最大输出电压之比的百分数表示。
12
1
??
?
n
mV
V分辨率＝
转换精度,
用最低有效位的倍数表示。转换误差为 1/2LSB,表
示输出模拟电压的绝对误差等于最低有效位输出模拟电
压的一半。
解：
⑴ 当最小输出电压增量为 0.02V时,输入代码为
01001101时，所对应的输出电压 VO为：
VO=0.02X(26+23+22+20)=1.54V
⑵ 8位 D/A转换器的分辨率百分数为：
1 / 28-1X100%=0.3922%
⑶ 若要求精度小于 0.25%,其分辨率应小于 0.5%。例
题 8位 D/A的分辨率为 0.3922%满足系统对精度的要求。
⑴ 推导出 VO和 D3D2D1D0之间的关
系表达式。
⑵ 说明转换电路工作原理，画出
VO和 D0D1D2D3的工作波形图。
i
i
in
R E Ff DV
R
Rv 2
2
2 3
0
0 ?
?
???
i
i
iD
V
R
R 2
2
16 3
0
4 ?
?
????
00112233 2222 DDDD ????
首先分析是那一种 D/A转换
电路？
然后分析是模几计数器：
S3 S2 S1 S0
23R22R21R20R +
-
+
VVREF16? ?
RRF 21?
OV
3Q
2Q 1Q 0Q
74161
LD
TCT
PCTCP CR
1 &
CP
t
324
0
6
1
5
78
VVO/
0Q
2Q
1Q
3Q
自然界所存在的物理量大多数是模拟量, 如温度, 湿度,
压力, 流量, 速度, 时间等 。 数字系统不能直接处理模拟量,
所以要把模拟量先转换为数字量 （ A/D),然后送入数字系统中
去处理 。 数字系统把处理的结果以数字量的形式送出, 经过数
模 （ D/A)转换电路再将数字信号转换为模拟信号送到控制执行
元件, 执行元件按照控制程序要求精确控制受控对象 。
工
业
电
炉
放大 A/D 微处理器
ROM
4KX8
显示
键盘D/A可控硅
为了保证数据处理的准确性, A/D转换器和 D/A转换器必
须达到一定的 转换精度 。 同时, 为了适应快速过程的检测和
控制, A/D转换器和 D/A转换器必须有足够快的 转换速度 。
在目前常见的 D/A转换器中，有 权电阻网络 D/A转换器, 梯
形电阻网络、倒梯形电阻网络 D/A转换器 。 A/D转换器的类型也
很多，可以分为 直接 A/D转换器和间接 A/D转换器 两大类。
直接 A/D转换器,输入的模拟信号直接被转换成相应的数
字信号。
间接 A/D转换器,是将输入的模拟信号先转换成某个中间
变量 （ 如时间 T,频率 F等 ）, 然后再将中间变量转换为最后
的数字量 。
考虑到 D/A转换器的工作原理比较简单，而有些 A/D转换
器需要用到 D/A转换器作为内部反馈电路，所以首先讨论 D/A
转换器工作原理，再介绍 A/D转换器。
D/A转换器是将输入的二进制数字信号转换成模拟信号，
以电压（或电流）的形式输出。因此,D/A转换器可以看作
是一个译码器。一般常用的线性 D/A转换器，其输出的模拟
电压 V和数字量 D成正比关系。 V=KD,K为常数。
一、基本原理
输入是
n位二
进制数
D/A
i
n
i
iOO Dkiv 2)(
1
0
??
?
?D
0D
1
Dn-1 k:转换比例系数
输出模拟电压（或模拟电流）与输入数字量成正比关系。
假设：转换比例系数 K=1,输入数字量 n=3
001122 222)( DDDiv OO ???输出模拟电压（或模拟电流）为：
)13,2,1,0( ?? ni ?
iD
0 ≦ ≦ 1
位权值
D2 D1 D0 VO/V
0 0 0 0
0 0 1 1
0 1 0 2
0 1 1 3
1 0 0 4
1 0 1 5
1 1 0 6
1 1 1 7
001122 222)( DDDiv OO ???
从转换特性表中看出：
★ 每一个二进制代码的数字信号，通过
位数（位权值）的计算，都可以对应一个相
应的十进制数。
★ 相邻两个数字信号转换出来的数值
是不连续的, 说明转换电路存在转换误差 。
这个误差也就是 D/A转换电路所能分解的最
小量, 通常称为 量化级 。
D/A转换特性
7
6
5
4
3
2
1
000 001 010 011 100 101 110 111 000
VO/V
D
转换误差＝ 满值?
n2
1
mVV 8757213 ??n = 3
n = 4 mVV 4 3 77
2
1
4 ??
n = 10 mVV 8.67
2
1
10 ??
n = 12 mVV 7.17
2
1
12 ??
输入数字信号的位数越多，输出的模拟信号越接近
连续模拟信号，转换的精度也就越高。
（输入数字信号全 1时的输出
最大模拟电压）
D3 D2 D1 D0
VREF
S3 S2 S1 S0
23R22R21R20R
RF
+-+
★ 电路构成：（以 4位 D/A为例）
☆ 模拟电子开关 S：
D i = 0,S i = GNDD i =1,S i = VREF
☆ 权电阻网络,是一个加权求和电路, 通
过它可以把输入数字量 D中的各位 1按位
权变化为相应的电流, 再经过运放求和,
最终得到与 D成正比的模拟电压 VO。
位权电阻分别为,20R,21R,22R,23R
☆ 基准电压,VREF通过模拟开关，按权关系加到电阻解码网络。
☆ 求和放大器,由运放构成的反向放大器组成。作为求和权电阻网络
的缓冲器，使输出模拟电压 VO不受负载变化的影响。并且可以通过
改变反馈电阻 Rf的大小来调节转换比例系数。
模拟开关受二进制数码 D i 的控制。 D3D2D1D0控制相应的模拟
电子开关 S3S2S1S0。
D3D2D1D0=1000时：
S3接 VREF,其余接地
I3 I2 I1 I0
R
VI REF
03 2?
D3D2D1D0=0100时：
S2接 VREF,其余接地 RVI REF12 2?
D3D2D1D0=0010时,
S1接 VREF,其余接地 RVI REF21 2?
R
VI REF
30 2?
D3D2D1D0=0001时：
S0接 VREF,其余接地
D3D2D1D0=1111时：
D3D2D1D0全部接 VREF
根据叠加原理求和放
大器总输入电流为：
0123 IIIIi ????
03122130 2222 DR
VD
R
VD
R
VD
R
V REFREFREFREF ????
)2222(2 001122333 DDDDRV REF ????
i
i i
R E F DRV 22 3
03 ??
?
i
)3,2,1,0(?i
1 0 0 00 1 1 1D
3 D2 D1 D0
VREF
S3 S2 S1 S0
23R22R21R20R
RF
+-+
对于 n位权电阻网络 D/A转换器总电流为：
i
n
i
in
REF D
R
Vi 2
2
1
0
1 ?
?
?
??
求和放大器输出电压为：
i
n
i
in
fR E F
fo DR
RViRv 2
2
1
0
1 ?
?
?
?????
i
n
i
in
REFf DV
R
R 2
2
2 1
0
??
?
? －
输出模拟电压 VO的大小与输入的
二进制数码的数值大小成正比,in
i i
D21
0?
?
?
★ 输入二进制数码位数越多，量化级越小,D/A输出电压越
接近模拟电压。
同时还与量化级有关。
nREF
V
2
例 1：设 4位 D/A转换器输入二进制数码 D3D2D1D0=1101,基
准电压 VREF=-8V,Rf = R/2,求输出电压 VO。
i
n
i
in
REFf
o D
V
R
Rv 2
2
2 1
0
??
?
?? )21202121(2 81 01234 ??????????? －
V5.6?
电路结构简单，使用电阻数目少,n位有 n
个电阻。
电阻取值范围大。
如果 n=8,取 R=10KΩ,那么 27R=1.28MΩ
在 10KΩ ~1.28MΩ宽范围内要保证电阻的精
度是十分困难的。
例 2：设 4位 D/A转换器输入二进制数码为
0000~1111,基准电压 VREF=-8V,Rf = R/2,求
输出电压 VO。并画出输出 VO波形。
D3 D2 D1 D0 VO
0 0 0 0 0
0 0 0 1 0.5
0 0 1 0 1
0 0 1 1 1.5
0 1 0 0 2
0 1 0 1 2.5
0 1 1 0 3
0 1 1 1 3.5
1 0 0 0 4
1 0 0 1 4.5
1 0 1 0 5
1 0 1 1 5.5
1 1 0 0 6
1 1 0 1 6.5
1 1 1 0 7
1 1 1 1 7.5
i
n
i
in
REFf
o D
V
R
Rv 2
2
2 1
0
??
?
??
)1248(16 8 0123 DDDD ?????? －
t
6 7
4
1
3
2
5
OV
0
★ T型网络中只有两种
电阻 R,2R
★ 从任何一个接点向
左, 右, 下看进去的等
效电阻均为 2R。
0 1 2 3
开关支路接
点流进的电流等
分为二，从左、
右支路流出。
R
VI REF
3?I
2/I2/I
S3S2S1S0
D0 D1 D2 D3
+
+
-R 2R
2R2R2R2R2R
RR
VREF
RF
VREF
2R 2R
2R
D3D2D1D0=0001时：
S0接 VREF,其余接地
R
VI REF
30 ? I0 I1 I2 I3
该电流 每通过
一个接点二等分一次,
到求和电路输入端共
通过 0,1,2,3四
个节点, 所以,
4
'
00 2
1
3 ??? R
VII REF
3
'
11 2
1
3 ??? R
VII REF
2
'
22 2
1
3 ??? R
VII REF
1
'
33 2
1
3 ??? R
VII R E F
D3D2D1D0=0010时：
D3D2D1D0=0100时：
D3D2D1D0=1000时：
D3D2D1D0=1111时：
'3'2'1'0 IIIIi ????
0 1 2 3
i '0I'12
1 0 0 00 1 1 1
S3S2S1S0
D0 D1 D2 D3
+
+
-R 2R
2R2R2R2R2R
RR
VREF
RF
31221304 2
1
32
1
32
1
32
1
3 DR
VD
R
VD
R
VD
R
V REFREFREFREF ????
'3'2'1'0 IIIIi ????
)21212121(3 31221304 DDDDRV REF ????
)2222(213 001122334 DDDDRV REF ????
i
i
i
R E F D
R
V 2
2
1
3
3
0
4 ?
?
?
求和放大器
输出电压,i
i
i
fREF
fO DR
RViRv 2
32
3
0
4 ?
?
??? －
i
n
i
i
f
n
REF
fO DR
RViRv 2
32
1
0
??
?
??? － 成正比和数字量 iO Dv
R-2R T型电阻网络 D/A转换器的优点：
电阻种类少，只有 R,2R两种。
（将两个 R串连使用，只用一种电阻，电阻精度容易满足。）
R-2R T型电阻网络 D/A转换器的缺点：
★ 速度比较慢，过节点要分流，再到运放传输过程比较长。
★ 动态时，假设数字量由 1000→0111,会出现尖峰干扰脉冲。
1000 0000 0100 0110 0111
由于 R-2RT型 D/A高位先到达求和放大器，其变化过程为
高位先变，低位后变。
输出产生尖峰脉冲
★ 要克服 R-2RT型电阻网络 D/A转换器速
度慢，会出现尖峰干扰脉冲等缺点，应
采用 R-2R倒 T型 D/A转换器。
1000
0000
0100
0110 0111
★ 倒 T型电阻网络 D/A转换器
仍具有 T型网络的特点，过一
个接点电流二等分一次。
工作原理
★ 每条支路上的电流直接到运
放输入端，减少了传输时间。
☆ 当输入数字信号任何一位为 1时：对应电子开关
将电阻接运放输入端。
☆ 当输入数字信号任何一位为 0时：对应电子开关
将电阻接地。
☆ 由于运放反向输入端的电位始终接近于, 0”电位
（ 虚地 ）, 所以无论开关接在那一边, 都相当于接
在, 地, 电位上 。 流过每条支路的电流始终不变 。
画出 R-2R倒 T型电阻网络等效电路：
D0 D1 D2 D3
++- VO
2R
VREF
RF
S3S2S1S0
2R 2R 2R 2R
RRR
R
VI REF?
I
所以每条支路电流为：
4031223 2,2,2,2
IIIIIIII ????
★ 流入电阻网络的
总电流为：
0123 IIIIi ＋＋＋?
从等效电路向左看进去，
其等效电阻都是 R。
★ 电阻网络总电流每
流经一个节点，就二
等分一次。
I
2I22I32I42I
★ 流入运放输入端总
电流为：
iD
0 D1 D2 D3
++- VO
2R
VREF
RF
S3S2S1S0
2R 2R 2R 2R
RRR
2R 2R 2R 2R 2R
RRR REFV
R
REFV
0123 IIIIi ＋＋＋?
)21212121( 0413223 DDDDRV REF ????
)222221 001122334 DDDDRV REF ???? （
i
i
i
R E F D
R
V 2
2
1 3
0
4 ?
?
?
i
i
i
REFf
fO D
V
R
RiRv 2
2
3
0
4 ?
?
????
i
n
i
in
REFf
fO D
V
R
RiRv 2
2
1
0
??
?
????
★ 每条支路电流直接流入运
放输入端, 不存在传输时间差,
提高了工作速度 。 同时也有效
防止动态过程中输出端可能出
现的尖峰干扰脉冲 。 是目前 D/A
转换速度较快的一种, 也是用
的最多的一种 D/A转换器 。
D/A电路 D/A输出 转换系数 求和表达式
权电阻
R-2RT型
R-2R倒 T
fO iRv ??
nREF
f VRR 22－
nREF
f VRR 23－
nREF
f VRR 2?
i
n
i
iD 2
1
0
??
?
三种 D/A转换器输出表达式：
D0 D1 D2 D3
++- VO
2R
VREF
RF
S
3
S
2
S
1
S
0
2R 2R 2R 2R
RRR
在 D/A转换器中通常用 分辨率 和 转换误差 来描述转换精度。
☆ 分辨率
分辨率是指输入数字量最低有效位为 1时，对应输出可
分辩的电压变化量 △ V与最大输出电压 Vm 之比：
12
1
??
?
n
mV
V分辨率＝
分辨率越高, 转换时对输入
量的微小变化的反应越灵敏 。 而
分辨率与输入数字量的位数有关,
n越大, 分辨率越高 。
即：最小输出电压
与最大输出电压之
比的百分数表示。
说明 D/A转换 器
对输入信号的分
辩能力 。
由于 D/A转换器中各元件参数的偏差，基准电压的波动，
和运放的零点漂移都可以影响 D/A的转换精度。主要误差包括：
⑴ 非线性误差
它是电子开关导通的电压降和电阻网络电阻值偏差产生
的，常用满刻度的百分比表示。
⑵ 比例系数误差
它是基准电压 VERF偏离标准
值所引起的误差，也用满刻度
的百分比表示。
⑶ 漂移误差
由集成运放的零点漂移所造
成的误差。增益的改变也会引
起增益误差。
要 获 得 高 精 度 的
D/A转换器, 不能仅依
靠提高输入数字量的位
数, （ 位数越高, 其价
格越贵 ） 。 还必须有高
稳定度的基准电压 VREF
和低漂移的运放相配合,
才能获得较高的转换精
度 。
从数字信号输入 DAC起，到输出电流（或电压）达到稳
定值所需的时间称为建立时间。建立时间的大小决定了转换
速度的快慢。
目前 10~12位单片集成 D/A转换器（不包括运放）的建立
时间可以在 1μ S以内。
由于 D/A转换器的各个环节在参数和性能上不可避免
存在有误差，所以实际能达到的转换精度还要看转换误
差的大小。
转换精度取决于转换误差，转换误差常用输出电压满
刻度 FSR(满量程的 1/2n)的百分数表示，也可以用最低有
效位的倍数表示。
例如：转换误差为 1/2LSB,表示输出模拟电压的绝对误
差等于最低有效位输出模拟电压的一半。
集成 D/A 转换
器种类很多,
DAC0832是通用单
片 8位 D/A转换器,
直接可以和 Z80、
MCS51等微处理器
相连 。
0832由一个八位输入锁存器、一个八位 DAC寄存器和
一个八位 D/A转换器三大部分组成。
D/A转换器采用倒 T型 R-2R电阻网络。
DAC0832内部无运放，是电流输出，使用时须外加运放。
芯片内部已设置了反馈电阻 R f,如果运放增益不够，外
部还要加反馈电阻。
锁
存
器
寄
存
器
D/A
7D
6D
5D
4D
3D
2D
1D
0D
7Q 7D 7Q 7D REFV
2OUTI
1LE
DGND
CCV
AGND
fR
1OUTI
&
&
&
2LELIE
CS
1WR
2WR
XFER
:ILE
:CS
:21 X F E RWRWR,、
:REFV
:fR
:1OUTI
:2OUTI
:DGND
:AGND
D7~D0:八位输入数据信号
数字地
模拟地
VCC:电源（＋ 5V)
反馈电阻接线端
基准电压输入端
外加一个精确、稳定的基
准电压源，（－ 10V~+10V)
片选信号，输入低电平有效。
数据传送选通信号，输入低电平有效。
输入锁存允许信号，高电平有效。
DAC输出电流 1，作运放一个差分输入信号。当 DAC寄存器全 1时，
电流最大，全 0时，电流最小。
DAC输出电流 2，作运放另一个差分输入信号（一般接地）。
IOUT1,IOUT2满足如
下关系,IOUT1＋
IOUT2＝常数
锁
存
器
寄
存
器
D/A
7D
6D
5D
4D
3D
2D
1D
0D
7Q 7D 7Q 7D REFV
2OUTI
1LE
DGND
CCV
AGND
fR
1OUTI
&
&
&
2LELIE
CS
1WR
2WR
XFER
锁
存
器
寄
存
器
D/A
7D
6D
5D
4D
3D
2D
1D
0D
7Q 7D 7Q 7D REFV
2OUTI
1LE
DGND
CCV
AGND
fR
1OUTI
&
&
&
2LELIE
CS
1WR
2WR
XFER
同时有效时：和、当 1WRCSIL E
00
1 1
LE1为高电平，输
入数据 D7~D0进入锁存
器。
同时有效时：和当 XFERWR 2
LE2为高电平, 在
此期间, 锁存器中的数
据进入 DAC寄存器 。
00
1
八位 D/A转换电路随时
将 DAC寄存器的数据转换为
模拟信号, 由 IOUT1,IOUT2输
出 。
0832D/A转换器有双
缓冲型、单缓冲型、和直
通型等三种工作方式。
由于 DAC0832芯片中有
两个数据寄存器, 可以通过
控制信号将数据先锁存在输
入锁存器中, 当需要 D/A转换
时, 再将锁存器中锁存的数
据信号装入 DAC 寄存器并进
行 D/A转换, 从而达到两极缓
冲工作方式 。
0
0
R
2OUTI
DGND
CCV
AGND
fR
1OUTI
7D
1WR
LIE
REFV
V5?
CSXFER
2WR
OV
?
?
0D
如果令 DAC寄存器处于
常通状态，则只控制输入数据
锁存器，可以使两个寄存器同
时选通和锁存，这就是单缓冲
工作方式。
如果使两个寄存器都处于常通
状态，这时两个寄存器的输出跟随
数字输入变化而变化,D/A 转换器
的输出也同时跟着变化，这种情况
应用于连续反馈过程控制系统。
0D R
2OUTI
DGND
CCV
AGND
fR
1OUTI
7D
1WR
LIE
REFV
V5?
CSXFER
2WR
OV
?
?
0D
R
2OUTI
DGND
CCV
AGND
fR
1OUTI
7D
1WR
LIE
REFV
V5?
CSXFER
2WR
OV
?
?
⑴ 数字系统和模拟系统的接口电路
⑵ 任意波形产生器
★ 锯齿波 n位
加法
计数
器
D/A LBFCP
ROM D/A
波形的形
状取决于 ROM
中的数据, 改变
ROM 中的数据
可以得到不同的
波形 。
⑴ 若最小输出电压增量为 0.02V,试问当输入代码为
01001101时，输出电压 VO为多少伏？
⑵ 若其分辨率用百分数表示，则应是多少？
⑶ 若某一系统中要求 D/A转换的精度小于 0.25%,试问这一
D/A转换器能否应用？
题意分析：
本例题涉及转换器几个参数，一是最小输出电压增
量；二是分辨率；三是转换精度。
最小电压增量,对应于输入最小数字量的输出模拟电压。
即指数字量每增加一个单位输出模拟电压
的增加量。
分辨率,定义为对最小数字量的分辩能力。一般用输入
数字量的位数表示，也可以用最小输出电压与
最大输出电压之比的百分数表示。
12
1
??
?
n
mV
V分辨率＝
转换精度,
用最低有效位的倍数表示。转换误差为 1/2LSB,表
示输出模拟电压的绝对误差等于最低有效位输出模拟电
压的一半。
解：
⑴ 当最小输出电压增量为 0.02V时,输入代码为
01001101时，所对应的输出电压 VO为：
VO=0.02X(26+23+22+20)=1.54V
⑵ 8位 D/A转换器的分辨率百分数为：
1 / 28-1X100%=0.3922%
⑶ 若要求精度小于 0.25%,其分辨率应小于 0.5%。例
题 8位 D/A的分辨率为 0.3922%满足系统对精度的要求。
⑴ 推导出 VO和 D3D2D1D0之间的关
系表达式。
⑵ 说明转换电路工作原理，画出
VO和 D0D1D2D3的工作波形图。
i
i
in
R E Ff DV
R
Rv 2
2
2 3
0
0 ?
?
???
i
i
iD
V
R
R 2
2
16 3
0
4 ?
?
????
00112233 2222 DDDD ????
首先分析是那一种 D/A转换
电路？
然后分析是模几计数器：
S3 S2 S1 S0
23R22R21R20R +
-
+
VVREF16? ?
RRF 21?
OV
3Q
2Q 1Q 0Q
74161
LD
TCT
PCTCP CR
1 &
CP
t
324
0
6
1
5
78
VVO/
0Q
2Q
1Q
3Q
