数字电路与逻辑设计课件：ADC与DAC转换.pptx

数-模转换和模-数转换;7.1概述;我们用一个简单的水温测量与控制系统为例，来说明A/D和D/A转换器的应用。如图7-1-1所示为一个水温测量、显示与控制系统的原理框图。首先，温度传感器把温度信号转换成模拟电信号。然后，模拟电信号经过模拟调理电路被放大到A/D转换器的输入电压范围。最后，经过A/D转换后的8位温度数字信号送入微处理器进行存储、处理和温度变化的曲线液晶显示等。为了实现温度的反馈调节，可以根据测量到的温度，利用D/A转换器，再把设定的8位数字信号转换成模拟信号，模拟信号通过功率放大电路输出，实现水的加热或降温控制。目前，A/D转换器的类型很多。按转换形式来分类，A/D转换器的类型可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大类。在直接A/D转换器中，输入的模拟信号直接被转换成相应的数字信号；而在间接A/D转换器中，输入的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。按输出数字信号的形式来分类，A/D转换器有并行输出和串行输出两种类型。A/D转换器的输入与输出的关系可以表示为

;式中，x表示模拟输入信号，n为A/D转换器的位数，y表示数字输出（用n位二进制数表示），VREF为基准电压。

D/A转换器的类型有权电阻网络D/A转换器，倒梯形电阻网络D/A转换器等。此外根据D/A转换器输入数字信号的方式，有并行输入和串行输入两种类型。D/A转换器的输入与输出的关系可以表示为;式中，x表示数字输入（n位二进制表示的十进制值），n为D/A转换器的位数，y表示模拟输出信号，VREF为基准电压，G为增益。

性能指标是选择A/D转换器和D/A转换器的重要依据，在性能指标中A/D和D/A转换器的转换分辨率（或位数）和转换时间（或转换速度）是最重要的两个参数。下面将介绍A/D和D/A转换器的主要技术指标即性能指标。;?;例如，两个A/D转换器的输出分别为12位和8位，允许输入模拟信号的电压范围都为0-5V，则其分辨率分别为多少？

解：对于输出为12位的A/D转换器，其满量程是5V，;2．转换时间

转换时间表征一个A/D转换器的转换速率。转换时间是指从接到转换启动信号开始，到输出端获得稳定的数字信号所完成一次转换的时间。图7-1-2为A/D转换器ADC0809的转换时序波形图。在启动信号START的下降沿开始转换，在转换期间EOC为底电平，转换结束后OE为高电平，在OE为高电平期间从输出端可以得到有效的数据。;图7-1-2ADC0809的转换时序波形图;3.采样速率

采样速率是采样时间的倒数。采样时间是指两次转换的间隔，采样时间必须大于或等于转换时间。有人习惯上将转换速率在数字上等同于采样速率，常用单位是ks/s和Ms/s，分别表示每秒采样千次和百万次。

4.量化误差

在理想情况下，输入模拟信号所有转换点应当在一条直线上，但实际的特性不能做到输入模拟信号所有转换点在一条直线上。量化误差是指实际的转换点偏离理想特性的误差，一般用最低有效位来表示。例如，量化误差≤。;5．输入动态范围

输入动态范围是指A/D转换器所能分辨的最大信号与最小信号的比值，用dB表示。对于n位的A/D转换器，其输入动态范围是;7.1.2D/A转换器的主要技术指标

1．分辨率

指输入数字量从全0变化到最低有效位为1时，对应输出可分辨的电压变化量△V与最大输出电压Vm之比，即：;2．转换速率

转换速率是建立时间的倒数。建立时间表示从数字信号输入起，到输出电压（或电流）达到稳定值所需的时间。转换速率的常用单位是ks/s和Ms/s。

3．转换精度

转换精度是实际输出值与理论计算值之差，这种差值，由转换过程中各种误差引起。主要指静态误差，它包括：非线性误差、比例系数误差和漂移误差。非线性误差是电子开关导通的电压降和电阻网络电阻值偏差产生的，常用满刻度的百分数来表示；比例系数误差是参考电压VREF的偏离而引起的误差；漂移误差是运算放大器零点漂移产生的误差。当输入数字量为零时，由于运算放大器的零点漂移，输出模拟电压并不为零，这使得输出电压特性与理想电压特性产生一个相对位移。;7.2D/A转换器（DAC）;1.电阻分压型D/A转换器原理

电阻分压型D/A转换器一般由电阻分压器、模拟开关和开关控制器电路等构成。3位数字输入模拟电压输出转换电路原理如图7-2-1所示，3位数字输入通过3线-8线译码器控制开关，输出通过开关连接到电压分压器的各个抽头上，从而获得不同的模拟电压。

例如：当输入为000时开关0合上，其余的开关打开，模拟输出电压为0V。

当输入为100时开关4合上，模拟输出电压为：;当输入为111时开关7合上，模拟输出电压为：;2.