DA,AD转换原理及应用

实验十一：D/A 、A/D 转换原理及应用

一、实验目的

（1）掌握D/A 、A/D 变换的工作原理。

（2）掌握D/A 转换器DAC0832和ADC0809的使用方法。 二、实验仪器与器件

试验箱一个；双踪示波器一台；稳压电源一台；函数发生器一台。 D/A 转换器DAC0832；A/D 转换器ADC0809。 三、实验原理 1.D/A 转换器

D/A 转换器可将输入的数字信号变换为于此数值成正比的模拟电压或电流。常用的D/A 转换器电路的结构有加权电阻网络D/A 转换器、倒T 型电阻网络D/A 转换器等。 2.A/D 转换器

A/D 模数转换器可将模拟信号转换成数字信号。常见的模数转换器分为直接和间接两大类。对于直接A/D 转换器，输入模拟电压信号直接被转换成相应的数字信号；而对于间接A/D 转换器，输入模拟信号首先被转换成某种中间变量（如时间、频率等），然后再将这个中间变量转换成输出的数字信号。A/D 转换的方法有很多，较为流行的有逐次渐进法、直接比较法和积分法三种。 四、实验任务

（1）用DAC0832实现D/A 转换。按图2-11-8连接电路，改变DAC0832输入数据，将测得的输出电压Vout 填入2-11-1中。

（2）

表一：

数据输入

仿真输出

实验输出

8K

7K

6K

5K

4K

3K

2K

1K

V out out V

0 0 0 0 0 0 0 0 -0

-1.0mV 0 0 0 0 0 0 0 1 -19.531mV -20.9mV 0

1

-39.062mV

-40.5mV

0 0 0 0 0 1 0 0 -78.125mV -79.6mV 0 0 0 0 1 0 0 0 -156.25mV -157.4mV

0 0 0 1 0 0 0 0 -312.5mV -313mV 0 0 1 0 0 0 0 0 -625mV -0.624V 0 1 0 0 0 0 0 0 -1.25V -1.248V 1

-2.5V

-2.494V

（2）用ADC0809实现A/D 转换。按图2-11-9连接电路。输出允许端始终接高电平，使输出寄存器的内容直接往送D0~D7，并用发光二极管进行显示。

转换结果表一： 模拟输入

仿真实验数据

RE F

V （+）=+5V 实验操作数据

RE F

V （+）=+5V

I

0N

7D 6D 5D 4D 3D 2D 1

D

0D 7K 6K 5K 4K 3K 2K 1

K

0K

2.56 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1.28 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0.64 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0.32 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0.16 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0.08 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0.04

1

1

转换结果表二： 模拟输入

仿真实验数据

RE F

V （+）=+5.12V 实验操作数据

RE F

V （+）=+5.12V

I

0N

7D 6D 5D 4D 3D 2D 1

D

0D 7K 6K 5K 4K 3K 2K 1

K

0K

2.56 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1.28 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0.64 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0.32 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0.16 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0.08 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0.04 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0

（3）在Multisim2001软件环境中将图2-11-8与图2-11-9电路首尾连接，实现A/D→D/A的

转换仿真。当参考电压为REF(+)=7v,REF(-)=-7V时，输入模拟电压小于等于3V时，用示

波器观察U0的输出波形，并画出一个周期的波形与输入波形对比。

AD和DA转换器的分类及其主要技术指标

1. AD转换器的分类 下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。 1）积分型（如TLC7135） 积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率),然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率, 但缺点是由于转换精度依赖于积分时间,因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型,现在逐次比较型已逐步成为主流。 2）逐次比较型（如TLC0831） 逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成,从MSB开始,顺序地对每一位将输入电压与内臵DA转换器输出进行比较,经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低,在低分辩率（<12位）时价格便宜,但高精度（>12位）时价格很高。 3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510） 并行比较型AD采用多个比较器,仅作一次比较而实行转换,又称FLash(快速)型。由于转换速率极高,n位的转换需要2n-1个比较器,因此电路规模也极大,价格也高,只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。 串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间,最典型

的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成,用两次比较实行转换,所以称为Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD,而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD,现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高,电路规模比并行型小。 4）Σ-Δ(Sigma/FONT>delta)调制型（如AD7705） Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型,将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号,用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化,因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。 5）电容阵列逐次比较型 电容阵列逐次比较型AD在内臵DA转换器中采用电容矩阵方式,也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致,在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列,可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。 6）压频变换型（如AD650） 压频变换型（Voltage-Frequency Converter）是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率,然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种AD 的分辨率几乎可以无限增加,只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积

第九章 AD转换器和DA转换器试题及答案

第九章 A/D 转换器和D/A 转换器 一、填空题 1.（11-1易）D/A 转换器是把输入的________转换成与之成比例的_________。 2.（11-1中）倒T 形电阻网络D/A 转换器由___________、__________、_________及 _____________组成。 3.（11-1易）最小输出电压和最大输出电压之比叫做__________,它取决于D/A 转换器的 ________。 4.（11-1中）精度指输出模拟电压的_________和_________之差，即最大静态误差。主要 是参考电压偏离__________、运算放大器____________、模拟开关的 ________、电阻值误差等引起的。 5.（11-1易）D/A 转换器输出方式有____________、__________和__________。 6.（11-2易）采样是将时间上___________（a.连续变化，b.断续变化）的模拟量，转换成 时间上_________（a.连续变化，b.断续变化）的模拟量。 7.（11-2） 参考答案： 1.数字量/数字信号，模拟量/模拟信号 2.译码网络，模拟开关，求和放大器，基准电源 1. 分辨率 位数 2. 实际值 理论值 标准值 零点漂移 压降 3. 单极性同相输出 单极性反相输出 双极性输出 4. a b 二、选择题 1.（11-2中）将采样所得的离散信号经低通滤波器恢复成输入的原始信号，要求采样频率 s f 和输入信号频谱中的最高信号max i f 的关系是（ ）。 A ．max 2s i f f ≥ B ．max s i f f ≥ C ．max s i f f = D ． max s i f f < 2.（11-2易）下列不属于直接型A/D 转换器的是（ ）。 A ．并行A/D 转换器 B ．双积分A/D 转换器 C ．计数器A/ D 转换器 D ．逐 次逼近型A/D 转换器 三、判断题（正确打√，错误的打×） 1.（11-2易）采样是将时间上断续变化的模拟量，转换成时间上连续变化的模拟量。 （ ） 2.（11-2中）在两次采样之间，应将采样的模拟信号暂存起来，并把该模拟信号保持到下 一个采样脉冲到来之前。 （ ）

AD和DA转换器的仿真

通信原理课程设计报告 级电子信息工程专业 姓名： 班级： 学号：

一、设计题目：A/D和D/A转换器的仿真 二、设计目的 1.学习通过计算机建立通信系统仿真模型的基本技能，学会利 用仿真的手段对实时通信系统的基本理论，基本进行验证。 2.学习现在流行的通信系统仿真软件的使用方法（如 Matlab/Simulink，System View）,使用这些软件解决实际系统 中的问题。 三、设计要求 1.根据所选的题目建立相应的数学模型。 2.在Matlab/Simulink仿真环境下，从各种功能库中选取、拖动 可视化图符组建系统，在Simulink的基本模块库中选取满足 需要的功能模块，将其图符拖到设计窗口，按设计的系统框 图组建系统。 3.设置，调整参数，实现系统模拟。 4.设置观察窗口、分析数据和波形。 四、开发环境及其介绍 1.开发环境：Matlab/Simulink 2.软件介绍： （1）Simulink是MATLAB提供的用于对动态系统进行建模和仿真和分析的工具。Simulink提供了专门用于显示输出信号的模块，可以在过程中随时观察仿真的结果。

（2）通过Simulink的存储模块，仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作空间或文件中，以供用户在仿真结束之后对数据进行分析和处理。 （3）Simulink把具有特定功能的代码组织成模块的方式，并 且这些模块可以组织成具有等级结构的子系统，因此具有内在 的模块化设计要求。 基于以上优点，Simulink作为一种通用的的仿真建模软件工具，广泛用于通信仿真、数字信号处理、模糊逻辑、神经网络、机械控制、和虚拟现实等领域中。 作为一款专业仿真软件，Simulink具有以下特点： ●基于矩阵的数值计算； ●高级编程语言以及可视化的图形操作界面； ●包含各个领域的仿真工具，使用方便快捷并可以扩展； ●丰富的数据I/O接口； ●提供与其他高级语言的接口； ●支持多平台（PC/UNIX）。 五、设计内容 1设计原理 A/D转换器负责将模拟信号转换为数字信号，其转换过程为：首先对输入模拟信号进行采样，所使用的的采样速率要满足采样定理要求，然后对采样结果进行幅度离散化并编码为符号串。

常用DA和AD转换器

常用D/A转换器和A/D转换器介绍 下面我们介绍一下其它常用D/A转换器和 A/D 转换器，便于同学们设计时使用。 1.DAC0808 图 1 所示为权电流型 D/A 转换器 DAC0808 的电路结构框图。用 DAC0808 这类器件构 成的 D/A转换器，需要外接运算放大器和产生基准电流用的电阻。DAC0808 构成的典型应 用电路如图2 所示。 图1 DAC0808 的电路结构 图2 DAC0808 的典型应用 2.DAC0832 DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。 它由倒T型R-2R 电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压 V REF 四大部分组成。DAC0832的逻辑框图和 引脚排列如图 3 所示。

（a ）逻辑图 （b ）引脚图 图3 DAC0832 的逻辑框图和引脚排列 DAC0832 的分辨率为 8 位；电流输出，稳定时间为 1m s ；可双缓冲输入、单缓冲输入 或直接数字输入；单一电源供电（+5～+15V ）。 3.ICL7106 ICL7106 是双积分型 CMOS 工艺 4 位 BCD 码输出 A/D 转换器，它包含双积分 A/D 转 换电路、基准电压发生器、时钟脉冲产生电路、自动极性变换、调零电路、七段译码器、 LCD 驱动器及控制电路等。电路采用 9V 单电源供电，CMOS 差动输入，可直接驱动位液 晶显示器（LCD ） 。ICL7106 组成直流电压测量电路如图 4 所示。 图4 ICL7106 组成直流电压测量电路 电路中 V +对 V -之间接 9V 直流电压，通过内部基准电压发生器在 V +到 COM 之间产生 2.8V 基准电压，经分压电阻加在 REF +、REF -基准电压输入端。当输入量程为 200mV 时， 基准电压调至 100mV ；当输入量程为 2V 时，基准电压为 1V 。OSC 1～OSC 3 是时钟振荡电 路引出端， 外接定时电阻、 电容产生内部时钟。 IN +、 IN -是差动输入端， 将 IN -与模拟地 COM 相连，IN +对 COM 之间为模拟电压输入。U 接个位驱动、T 接十位驱动、 H 接百位驱动、 abK 是千位驱动、P0 为“-”号驱动、BP 接液晶背板。AZ 、BUFF 和 INT 分别接调零电容、积分 电阻和积分电容，通过调整它们及基准电压，可将输入量程调至 2V （本电路为 200mV ） 。

DA与AD转换器你要知道的都在这里了

DA 与AD 转换器你要知道的都在这里了 、D/A 转换器的基本原理及分类 T 型电阻网络D/A 转换器： 二：输出电压与数字量的对应关系三：D/A 转换器的主要性能指标 1、分辨率分辨率是指输入数字量的最低有效位（LSB）发生变 化时，所对应的输出模拟量（电压或电流）的变化量。它反映 了输出模拟量的最小变化值。分辨率与输入数字量的位数有确定的关系，可以表示成FS / 25。FS表示满量程输入值，n 为二进制位数。对于5V 的满量程，采用8 位的DAC 时，分辨率为 5V/256=19.5mV; 当采用12 位的DAC 时，分辨率则为 5V/4096=1.22mV 。显然，位数越多分辨率就越高。 2、线性度线性度（也称非线性误差）是实际转换特性曲线与理 想直线特性之间的最大偏差。常以相对于满量程的百分数表 示。如± 1%是指实际输出值与理论值之差在满刻度的±1% 以内。 3、绝对精度和相对精度绝对精度（简称精度）是指在整个刻度 范围内，任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。绝对精度是由DAC 的增益误差（当输入数 码为全1 时，实际输出值与理想输出值之差）、零点误差（数 码输入为全0 时，DAC 的非零输出值）、非线性误差和噪声 等引起的。绝对精度（即最大误差）应小于1 个LSB。 相对精度与绝对精度表示同一含义，用最大误差相对于满刻度的

百分比表示。 4、建立时间建立时间是指输入的数字量发生满刻度变化时， 输出模拟信号达到满刻度值的± 1/2LSB 所需的时间。是描述 D/A 转换速率的一个动态指标。电流输出型DAC 的建立时间短。电压输出型DAC 的建立时间主要决定于运算放大器的响应时间。根据建立时间的长短，可以将DAC 分成超高速（应当注意，精度和分辨率具有一定的联系，但概念不同。 DAC 的位数多时，分辨率会提高，对应于影响精度的量化误差会减小。但其它误差（如温度漂移、线性不良等）的影响仍 会使DAC 的精度变差。 四：芯片实例1：DAC0832DAC0832 是使用非常普遍的8 位 D/A 转换器，由于其片内有输入数据寄存器，故可以直接与单片机接口。DAC0832 以电流形式输出，当需要转换为电压输出时，可外接运算放大器。属于该系列的芯片还有 DAC0830 、DAC0831 ，它们可以相互代换。DAC0832 主要特性：分辨率8位;电流建立时间1 [L S;数据输入可采用双缓冲、单 缓冲或直通方式;输出电流线性度可在满量程下调节;逻辑电 平输入与TTL电平兼容;单一电源供电（+5V?+15V）;低功耗， 20mW 。pin description:2:DAC0832 三种工作方式

AD和DA转换器的分类及其主要技术指标

A D和D A转换器的分类及其 主要技术指标 标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-

1. AD转换器的分类 下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。 1）积分型（如TLC7135） 积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率),然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率, 但缺点是由于转换精度依赖于积分时间,因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型,现在逐次比较型已逐步成为主流。 2）逐次比较型（如TLC0831） 逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成,从MSB开始,顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较,经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低,在低分辩率（<12位）时价格便宜,但高精度 （>12位）时价格很高。 3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510） 并行比较型AD采用多个比较器,仅作一次比较而实行转换,又称FLash(快速)型。由于转换速率极高,n位的转换需要2n-1个比较器,因此电路规模也极大,价格也高,只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。

串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间,最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成,用两次比较实行转换,所以称为 Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD,而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD,现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高,电路规模比并行型小。 4）Σ-Δ(Sigma/FONT>delta)调制型（如AD7705） Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型,将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号,用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化,因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。 5）电容阵列逐次比较型 电容阵列逐次比较型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式,也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致,在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列,可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。 6）压频变换型（如AD650） 压频变换型（Voltage-Frequency Converter）是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率,然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种AD 的分辨率几

AD和DA转换器的分类及其主要技术指标

1.?AD转换器的分类 下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。 1）积分型（如TLC7135） 积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率),然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率, 但缺点是由于转换精度依赖于积分时间,因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型,现在逐次比较型已逐步成为主流。 2）逐次比较型（如TLC0831） 逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成,从MSB开始,顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较,经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低,在低分辩率（<12位）时价格便宜,但高精度（>12位）时价格很高。 3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510） 并行比较型AD采用多个比较器,仅作一次比较而实行转换,又称FLash(快速)型。由于转换速率极高,n位的转换需要2n-1个比较器,因此电路规模也极大,价格也高,只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。 串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间,最典型

的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成,用两次比较实行转换,所以称为 Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD,而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD,现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高,电路规模比并行型小。 4）Σ-Δ(Sigma/FONT>delta)调制型（如AD7705） Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型,将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号,用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化,因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。 5）电容阵列逐次比较型 电容阵列逐次比较型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式,也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致,在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列,可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。 6）压频变换型（如AD650） 压频变换型（Voltage-Frequency Converter）是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率,然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种AD 的分辨率几乎可以无限增加,只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累