數字技術基礎第九章D/A轉換與A/D轉換章節第一節數模轉換器（DAC）第九章數字技術基礎第二節模數轉換器（ADC）第九章D/A轉換與A/D轉換

第一節數模轉換器（DAC）

計算機和數字測量設備常常用來控制模擬的調節回路，為此必須將數字信息轉換成為模擬信息（如：電壓或電流）。這種變換使用一個數字/模擬轉換器來實現，簡稱D/A轉換器，即DAC。

D/A轉換的基本原理：工作原理D/A轉換的基本原理第一節數模轉換器(DAC)如上圖所示，在所構成的D/A轉換器中數字信息（開關接通/關斷）將轉換成為一個相應的電流IM

。如開關S0

閉合，那么在10V的工作電壓時有一個1mA的電流流經10kΩ的R1。工作原理D/A轉換的基本原理第一節數模轉換器(DAC)電阻的大小選擇要使電流的大小與其數字值相對應。對上圖所示的電路，有如表9-1所示的電阻取值。表9-1電阻阻值閉合的開關價電流IM電阻值S2011mAR20=10k

S2122mAR21=5k

S2244mAR22=2.5k

S2388mAR23=1.25k

S20+S2133mAS20+S21+S22+S231+2+4+8=1515mA工作原理從表9-1中可以知道，在多個開關接通時各個電流回路的電流相加，用這種方式可以通過不同的電路組合調節使電路中流動著0~15mA的相應的電流。第一節數模轉換器(DAC)為了使D/A轉換器能直接由數字電路控制，開關S20~S23將通過帶有邏輯驅動器的晶體管取代，如圖9-2所示。

圖9-2D/A轉換原理第一節數模轉換器(DAC)工作原理

用一個相當低阻的電阻RM來代替電流表，那么就可以借助于一個示波器來間接求得電流的大小（在已知RM的電阻值的情況下，通過測量RM上的電壓降計算電流值）。電阻R1至R4是晶體管的基極偏置電阻。第一節數模轉換器(DAC)

D/A轉換輸入的數字信號是一種二進制編碼。例如輸入數字信號是原碼，則符號位為0表示正值；符號位為1表示負值。D/A轉換的方框圖如圖9-3所示。圖9-3D/A轉換框圖工作原理整個D/A轉換的過程是：數字信號（包括符號位）經數字寄存器驅動模擬開關，當數字信號為“1”時，將參考電壓送入譯碼網絡；當數字信號為“0”時，切斷參考電壓，譯碼網絡的輸出經求和放大器便得到一個與數字信號對應的模擬量。第一節數模轉換器(DAC)譯碼網絡的類型分為權電阻型T形電阻型倒T形電流激勵型權電流型等。下面主要介紹權電阻型譯碼網絡，圖9-4是它的原理圖。譯碼網絡D/A轉換的基本原理第一節數模轉換器(DAC)圖9-4權電阻譯碼網絡譯碼網絡圖9-4中，S0、S1、S2、S3為電子模擬開關，它們分別由輸入數字碼a0、a1、a2、a3驅動。當數字碼為“1”時，參考電壓通過對應的電阻形成電流后送入求和放大器。圖9-4所示的權電阻譯碼網絡電路結構簡單、直觀。但其缺點是電阻的分散性很大，故譯碼后的誤差較大。D/A轉換的基本原理電子模擬開關

電子模擬開關的作用相當于一個單刀雙擲開關。利用晶體管飽和時集電極和射極之間壓降很低的特點，可以做成飽和型電子開關，其電路如圖9-5所示。圖9-5飽和型電子開關第一節數模轉換器(DAC)電子模擬開關電子模擬開關的作用相當于一個單刀雙擲開關。利用晶體管飽和時集電極和射極之間壓降很低的特點，可以做成飽和型電子開關，其電路如圖9-5所示。圖中，T2、T3為開關管，T1為驅動級。當ak為“1”時，ak為“0”，T1和T3截止，T2導通，參考電壓經T2送至譯碼網絡；當ak為“0”時，ak為“1”，T1和T3導通，T2截止，譯碼網絡接地。D/A轉換的基本原理求和放大器一般用集成運算放大器，此處不再贅述。AD7524常見D/A轉換器IC：第一節數模轉換器(DAC)AD7524AD7524是一種通用廉價的集成8位CMOSD/A轉換器，功耗只有200mW，電源電壓為5~15V，參考電壓可正可負，從而改變輸出電壓的極性。芯片內有輸入數據寄存器，可直接與CPU數據總線連接。第一節數模轉換器(DAC)DAC0832常見D/A轉換器IC：第一節數模轉換器(DAC)DAC0832DAC0832具有兩個輸入數據寄存器。如果有兩組數據需要同時輸出模擬量時，便可采用這種芯片。第一節數模轉換器(DAC)

第二節模數轉換器（ADC）

A/D轉換是將輸入的模擬信號轉換成與該模擬量對應的數字信號。轉換的過程包括取樣、保持、量化及編碼，這四步并不是一步步地分開完成，實際上是取樣和保持一次完成，量化及編碼一次完成。A/D轉換的方框圖如下頁的圖所示。A/D轉換的基本原理：第二節模數轉換器(ADC)保持

A/D轉換的基本原理第二節模數轉換器(ADC)取樣量化編碼模擬信號數字信號

A/D轉換的基本原理取樣就是將時間上連續變化的模擬信號x（t），用取樣器取出某一時刻的x（t）值，得到一個時間上斷續的（離散）信號y（t）。取樣器實際上是一個受控的模擬開關或傳輸門，它在一個取樣脈沖s（t）的控制下，將x（t）變成y（t），具體過程如下頁的圖所示。取樣和保持第二節模數轉換器(ADC)

取樣過程示意圖第二節模數轉換器(ADC)從取樣過程示意圖中可以看出，取樣頻率fs越高，得到的離散信號y（t）越接近于輸入的模擬信號x（t），一般取fs＞2fmax，式中fmax為輸入信號x（t）中頻譜的最高頻率。

取樣過程示意圖

為了能提供一個穩定的值，以便進行量化和編碼，要求把取樣脈沖寬度tw（如上圖所示）內取得的模擬信號暫時存儲起來，直到下一個取樣脈沖的到來。所以，經取樣、保持后的y（t）實際上是一個階梯波，如下頁的圖所示。第二節模數轉換器(ADC)第二節模數轉換器(ADC)

保持工作波形圖A/D轉換的基本原理量化和編碼量化就是將取樣、保持后的信號取整變為離散量的過程。量化有只舍不入法和有舍有入法兩種方法，后者的誤差較小。量化后的信號要用二進制表示，編成二進制碼的過程稱為編碼。常見A/D轉換器第二節模數轉換器(ADC)ADC0808、ADC0809ADC0808、ADC0809是一種單片CMOS器件，包括8位的A/D轉換器、8通道多路轉換器和微機兼容的控制邏輯。