第 10章机械工业出版社同名教材配套电子教案
10.1 数模转换和模数转换基本概念
⒈ 定义第 10章 数模转换和模数转换电路
⑴ 数模转换将数字信号转换为相应的模拟信号称为数模转换或 D/A
转换或 DAC（ Digital to Analog Conversion）。
⑵ 模数转换将模拟信号转换为相应的数字信号称为模数转换或 A/D
转换或 ADC（ Analog to Digital Conversion）。
⒉ 数字信号与相应模拟信号之间的量化关系
【 例 10-1】 已知 UREF=10V,8位数字量
D=10100000B，试求其相应模拟电压 UA。
解,D=10100000B=160，
28=100000000B=256
UA= UREF× D/2n =10× 160/256=6.25V
【 例 10-2】 已知 UREF=5V,模拟电压 UA=3V，
试求其相应的 10位数字电压 D。
解,D=2n× UA/UREF
=210× 3/5
=614.4
≈1001100110.011B
≈1001100110B
10.2 数模转换电路将数字信号转换为相应的模拟信号称为数模转换。
⒈ 主要技术指标
⑴ 分辨率
D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比称为分辨率。
若数模转换器转换位数为 n，则其分辨率为 1/(2n-1)。
常用 n直接表示分辨率。 n越大，分辨率越高。
⑵ 转换精度
D/A转换器的输出实际值与理论值之差称为转换精度。
⑶ 温度系数满刻度输出条件下，温度每变化一度，输出变化的百分比。
⑷ 建立时间完成一次 D/A转换所需时间
⒉ 数模转换的基本原理
⒊ 数模转换器的分类及其特点
⑴ 权电阻型电路结构简单；转换速度最快；精确较低；不便于集成。
实际应用很少。
⑵ T型和倒 T型电阻网络精度高；便于集成；不会产生暂态过程，转换速度快。
⑶ 权电流型网络结构与倒 T型电阻网络相类似，转换精度更高。
⒋ 集成数模转换器 DAC0832简介集成 D/A转换器的品种很多，
目前应用较广泛的典型 D/A芯片,DAC0832，是
CMOS 8位倒 T型电流输出 D/A转换器，主要应用于单片机系统。
10.3 模数转换电路将模拟信号转换为相应的数字信号称为模数转换。
⒈ 模数转换器的组成
⑴ 采样和保持只要采样脉冲 uS的频率足够高，满足 fS≥2fImax，采样输出信号就不会失真。
其中 fS是采样脉冲频率,fImax是输入模拟信号频率中的最高频率。
一般取 fS=（ 3～ 5） fImax。
⑵ 量化和编码把采样信号表示为最小基准单位量的整数倍，称为量化。
量化后的信号数值用二进制代码表示，称为编码。
⒉ 模数转换器的主要参数
⑴ 分辨率使输出数字量变化 1LSB（ Least Significant Bit，
最低有效位，缩写为 LSB）所需要输入模拟量的变化量，
称为分辨率。
⑵ 量化误差量化误差因 A/D转换器位数有限而引起，若位数无限多，
则量化误差 → 0。
量化误差与分辨率有相应关系，分辨率高的 A/D转换器具有较小的量化误差。
⑶ 转换精度
A/D转换器的转换精度是一种综合性误差，与 A/D转换器的分辨率、量化误差、非线性误差等有关。主要因素是分辨率，因此位数越多，转换精度越高。
⑷ 转换时间完成一次 A/D所需的时间称为转换时间。
各类 A/D转换器的转换时间有很大差别，取决于 A/D
转换的类型和转换位数。速度最快的达到 ns级，慢的约几百 ms。
直接 A/D型快，间接 A/D型慢。
并联比较型 A/D最快，约几十 ns；
逐次渐近式 A/D其次，约几十 μs；
双积分型 A/D最慢，约几十 ms～几百 ms。
⒊ 模数转换器的分类按信号转换形式可分为直接 A/D型和间接 A/D型。
直接 A/D有并联比较型、反馈比较型、逐次渐近比较型，
其中逐次渐近比较型应用较广泛。
间接 A/D有单积分型、双积分型和 V-F变换型，其中以双积分型应用较为广泛。
按 A/D转换后数字信号的输出形式，可分为并行 A/D
和串行 A/D。近年来，在微机控制系统中，串行 A/D
逐渐占据主导地位。
⒋ 逐次渐近比较型 A/D转换器
⑴ 电路组成
⑵ 工作原理比较过程相当于用天平去称量一个未知量，每次使用的法码一个比一个重量少一半。多了，最轻的法码换一个重量少一半的法码；少了，再加一个重量比最轻的法码少一半的法码。逐次渐近比较，最后得到一个最接近未知量的近似值。
⑶ 特点
① 转换速度快；
② 转换精度高。
⑷ 典型应用芯片,ADC 0809,8通道 8位 CMOS逐次渐近比较型 A/D转换器，是目前应用较广泛的 A/D转换器，主要应用于单片机系统。
⒌ 双积分型 A/D转换器
⑴ 电路组成双积分型 A/D转换器也称为 V-T变换 A/D转换器，先将输入模拟电压积分转换为时间参数，再转换为数字量，
因此属间接 A/D转换器。
⑵ 工作原理
⑶ 特点
① 不需要 D/A转换器，电路结构简单；
② 转换不受 RC参数精度影响，抗干扰能力强，精度高；
③ 因需要二次积分，转换速度较慢；
⑷ 典型应用芯片,7106/7107，主要用于数字式电压表。
10.1 数模转换和模数转换基本概念
⒈ 定义第 10章 数模转换和模数转换电路
⑴ 数模转换将数字信号转换为相应的模拟信号称为数模转换或 D/A
转换或 DAC（ Digital to Analog Conversion）。
⑵ 模数转换将模拟信号转换为相应的数字信号称为模数转换或 A/D
转换或 ADC（ Analog to Digital Conversion）。
⒉ 数字信号与相应模拟信号之间的量化关系
【 例 10-1】 已知 UREF=10V,8位数字量
D=10100000B，试求其相应模拟电压 UA。
解,D=10100000B=160，
28=100000000B=256
UA= UREF× D/2n =10× 160/256=6.25V
【 例 10-2】 已知 UREF=5V,模拟电压 UA=3V，
试求其相应的 10位数字电压 D。
解,D=2n× UA/UREF
=210× 3/5
=614.4
≈1001100110.011B
≈1001100110B
10.2 数模转换电路将数字信号转换为相应的模拟信号称为数模转换。
⒈ 主要技术指标
⑴ 分辨率
D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压之比称为分辨率。
若数模转换器转换位数为 n，则其分辨率为 1/(2n-1)。
常用 n直接表示分辨率。 n越大，分辨率越高。
⑵ 转换精度
D/A转换器的输出实际值与理论值之差称为转换精度。
⑶ 温度系数满刻度输出条件下，温度每变化一度，输出变化的百分比。
⑷ 建立时间完成一次 D/A转换所需时间
⒉ 数模转换的基本原理
⒊ 数模转换器的分类及其特点
⑴ 权电阻型电路结构简单；转换速度最快；精确较低；不便于集成。
实际应用很少。
⑵ T型和倒 T型电阻网络精度高；便于集成；不会产生暂态过程，转换速度快。
⑶ 权电流型网络结构与倒 T型电阻网络相类似，转换精度更高。
⒋ 集成数模转换器 DAC0832简介集成 D/A转换器的品种很多，
目前应用较广泛的典型 D/A芯片,DAC0832，是
CMOS 8位倒 T型电流输出 D/A转换器，主要应用于单片机系统。
10.3 模数转换电路将模拟信号转换为相应的数字信号称为模数转换。
⒈ 模数转换器的组成
⑴ 采样和保持只要采样脉冲 uS的频率足够高，满足 fS≥2fImax，采样输出信号就不会失真。
其中 fS是采样脉冲频率,fImax是输入模拟信号频率中的最高频率。
一般取 fS=（ 3～ 5） fImax。
⑵ 量化和编码把采样信号表示为最小基准单位量的整数倍，称为量化。
量化后的信号数值用二进制代码表示，称为编码。
⒉ 模数转换器的主要参数
⑴ 分辨率使输出数字量变化 1LSB（ Least Significant Bit，
最低有效位，缩写为 LSB）所需要输入模拟量的变化量，
称为分辨率。
⑵ 量化误差量化误差因 A/D转换器位数有限而引起，若位数无限多，
则量化误差 → 0。
量化误差与分辨率有相应关系，分辨率高的 A/D转换器具有较小的量化误差。
⑶ 转换精度
A/D转换器的转换精度是一种综合性误差，与 A/D转换器的分辨率、量化误差、非线性误差等有关。主要因素是分辨率，因此位数越多，转换精度越高。
⑷ 转换时间完成一次 A/D所需的时间称为转换时间。
各类 A/D转换器的转换时间有很大差别，取决于 A/D
转换的类型和转换位数。速度最快的达到 ns级，慢的约几百 ms。
直接 A/D型快，间接 A/D型慢。
并联比较型 A/D最快，约几十 ns；
逐次渐近式 A/D其次，约几十 μs；
双积分型 A/D最慢，约几十 ms～几百 ms。
⒊ 模数转换器的分类按信号转换形式可分为直接 A/D型和间接 A/D型。
直接 A/D有并联比较型、反馈比较型、逐次渐近比较型，
其中逐次渐近比较型应用较广泛。
间接 A/D有单积分型、双积分型和 V-F变换型，其中以双积分型应用较为广泛。
按 A/D转换后数字信号的输出形式，可分为并行 A/D
和串行 A/D。近年来，在微机控制系统中，串行 A/D
逐渐占据主导地位。
⒋ 逐次渐近比较型 A/D转换器
⑴ 电路组成
⑵ 工作原理比较过程相当于用天平去称量一个未知量，每次使用的法码一个比一个重量少一半。多了，最轻的法码换一个重量少一半的法码；少了，再加一个重量比最轻的法码少一半的法码。逐次渐近比较，最后得到一个最接近未知量的近似值。
⑶ 特点
① 转换速度快；
② 转换精度高。
⑷ 典型应用芯片,ADC 0809,8通道 8位 CMOS逐次渐近比较型 A/D转换器，是目前应用较广泛的 A/D转换器，主要应用于单片机系统。
⒌ 双积分型 A/D转换器
⑴ 电路组成双积分型 A/D转换器也称为 V-T变换 A/D转换器，先将输入模拟电压积分转换为时间参数，再转换为数字量，
因此属间接 A/D转换器。
⑵ 工作原理
⑶ 特点
① 不需要 D/A转换器，电路结构简单；
② 转换不受 RC参数精度影响，抗干扰能力强，精度高；
③ 因需要二次积分，转换速度较慢；
⑷ 典型应用芯片,7106/7107，主要用于数字式电压表。
