17.1 17.1 数模（数模（ D/AD/A ） 转换器） 转换器

第第 1717 章 模数和数模转换章 模数和数模转换

17.1 17.1 数模（数模（ D/AD/A ） 转换器） 转换器17.1.1 D/A 转换器的基本原理及分类功能：把数字量转换成与其成一定比例关系的模拟量要求：输出的模拟量与输入的数字量成正比。

即： RDUU 0 ：数字量D：参考电压RU

)222( 00

22

11

dddD nn

nn

输入、输出关系框图如下：

…

d0d1

dn-1

DACDACuO 或 iO

n 位二进制D / A 转换思路：

(1101)2023 212121

13148

T 型网络 D/A 转换器 ,基本原理如图示：

R

RR2R

2R 2R 2R

UREF

S0 S1 S2

d0

d0 d1 d2

d1 d2电子开关

电阻网络

求和运放

II / 2I / 4I / 8

I/2

uO

当 d2d1d0 = 100, I = UREF / R

RI

u2O

R

RU

2REF 2

3REF 212

U

以输入 3位二进制数为例：

当 d2d1d0 = 110,I

R

RR2R

2R 2R 2R

UREF

uO

I / 2I / 4I / 8

RII

u )42

(O

)2121(2

123

REF U

RR

U

R

U)

42( REFREF

当 d2d1d0 = 111,I

R

RR2R

2R 2R 2R

UREF

uO

I / 2I / 4I / 8

RIII

u )842

(O

)212121(2

0123

REF U

RR

U

R

U

R

U)

842( REFREFREF

表达的一般形式

)222(2

00

11

223

REFO ddd

Uu

17.1.2 D/A 转换器主要指标(1) 分辨率 用输入的二进制数码的位数 n来表示。位数

越多，分辨率就越高。 ULSB

UFSR

= 12n–1

分辨率 =(2) 线性度 用非线性误差的大小来表示。 (3) 转换精度 以最大静态转换误差的形式给出，这个误差包含非线性误差、比例系数误差、漂移误差等。(4) 输出电平 一般为 5V 至 10V ，高压输出型的可达 24V至30V ；输出电流型的，低的为几到几十毫安，高的达 3A(5) 输入数字电平 输入数字信号分别为 1 和 0 时，所对应的输入高低电平的值

17.1.3 集成 D/A 转换器内部基本结构框图如下：

D/A 转换器模拟量输出

电子开关电路数字量输入

寄存器电路

逻辑控制电路

基准电压

求和放大器

R

根据转换精度的不同，有 8位到 16 位的 D/A 转换器。0830 系列是 8位分辨率的集成 D/A 转换电路，采用 20

脚双列直插封装。主要特性参数如下：

（ 1）分辨率 8位 （ 2）电流稳定时间 1us（ 3）可单缓冲、双缓冲或直接数字输入（ 4）只需在满量程下调整线性度（ 5）单电源供电 (+5V-15V)（ 6）低功耗 (200mW)

主要特点：（ 1）有两极锁存控制功能，能够实现多通道 D/A 的

同步输出。（ 2 ）内部无基准电源，使用时必须外接基准电压源。（ 3）对于电流输出型，要获得模拟电压输出，需要

外接转换电路。

0830 系列管脚配置如图示：引脚功能如下：

GNDDIOUT1

IOUT2

VREF

DAC

13

14

15

16

17

18

19

20

8

7

6

5

4

3

2

1 VDD

9

10

12

11

GNDA

0830

0831

0832D10

D11

D12

D13

D14

D15

D16

D17

(LSB)

(MSB)

RFB

ILE

CS

1WR

XFER

2WRD10 —D17：数据输入线ILE：数据允许锁存信号CS ：输入寄存器选择信号

1WR ：输入寄存器写选通信号

XFER ：数据传送信号

2WR ： DAC 寄存器写选通信号

VREF: 基准电源输入管脚RFB：反馈信号输入管脚

、 IOUT2IOUT1 ：电流输出管脚，其和为常数VDD ：电源输入管脚GNDA ：模拟信号地GNDD ：数字信号地

17.2 A/D 17.2 A/D 转换器转换器功能：把模拟量转换成数字量分类（按转换原理）：直接转换型、间接转换型17.2.1 逐次逼近式 A/D 转换器原理

D/AuI

逐次渐近寄存器

比较

器

参考电源

时钟信号

MSB LSB

MSB LSB

并行数字输出

转换控制信号

1000

3.2V 8V

10111

7V

0110

6V

0101

5V

0100

4V

0011

3V

0

0011

工作原理如右图示：

17.2.2 双积分式 A/D 转换器原理工作原理框图如下：

开始

积分输出

固定积分时间

T1

t

T2

斜率固定B

AB

UIN

控制逻辑

A

计数器

标准电压

时钟

开关模拟输

积分器 比较器

入电压

17.2.3 A/D 转换器的主要指标

2. 相对精度

1. 分辨率

3. 转换速度

4. 电源抑制

表示输出数字量变化一个相邻数码所对应的输入模拟量的变化量，常以输出二进制的位数表示。

指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。

完成一次转换所需要的时间。并联比较型 > 逐次比较型 > 双积分型在输入模拟电压不变的条件下，当转换电路的供电

电源电压变化时对输出的影响。

17.2.4 实用的模 /数转换器1. 8 路 8位 A/D 转换器 ADC0809ADC0809 内部结构框图如下：

控制与时序控制与时序88 路路模拟模拟开关开关

地址地址锁存锁存译码译码器器

三三态态输输出出锁锁存存器器

树状开关树状开关

S. A. RS. A. R

256256R R 阶梯电阻阶梯电阻

.

.

....

88路路模模拟拟输输入入

3位地址

寄存允许

输出允许

转换结果

8 位输出比较器

启动 时钟

VREFVCC GND （ + ）

（ -

）VREF

主要参数：（ 1）分辨率 8位。

（ 6）不必进行零点和满度调整。

（ 3）单电源供电 (+5V ），模拟输入电压范围 0 至 +5V

（ 5）功耗 15mW 。（ 4）具有 8路锁存控制的模拟开关。

（ 7）转换速度取决于输入的时钟频率。

（ 2）最大不可调误差小于 +1LSB。

ADC0809管脚配置如图示：引脚功能如下：

GND

ADC

1314 15

16

17181920

87654321

VCC

910

1211

0809

IN7 A1

2122232425262728

B0

B1 B2

B3

B4

B5

B6

B7

A0

A2

IN6

IN5

IN4

IN3

IN2

IN1

IN0

START

EOC

OE

CLK

VREF (+)

VREF (-)

ALE(MSB)

(LSB)

IN0 —IN7： 8 路模拟量输入端B0 — B7 ： 8 位数字量输出端START ：启动信号控制端ALE ：模拟量输入通道

地址锁存信号控制端EOC ：转换结束标志OE: 输出允许控制端

: 基准电压输入端VREF (+) VREF (-)

CLK: 时钟输入端A0、 A1、 A2： 8路模拟开关的 3位地址选通输入端。VCC : 主电源输入端GND ：接地端

2. 12 位双积分 A/D 转换器 ICL7109内部结构框图如下：

模模拟拟电电路路部部分分

1414 位三态输出位三态输出

1212 位计数器位计数器

1414 位三态锁存位三态锁存

转换控转换控制逻辑制逻辑

振荡器振荡器几时钟几时钟电路电路

握手握手信号信号

... . . .

电压比较器输出

2 26 22 23 34 25 21 27

18

2019

17 3 8 9 16低字节输出

极性输出高字节输出

DEINT

AZINT

DEINT

ICL7109 特点：高精度、低噪声、低漂移、价格低

ICL7109内部由模拟、数字两部分电路组成。其中模拟部分由模拟信号输入、振荡电路、积分电路、比较电路及基准电压源电路组成；数字电路部分由时钟振荡器、异步通信握手逻辑、转换控制逻辑及计数器、锁存器、三态门等组成。

廉。