DA-AD转换

一、AD及DA转换简介1.1 AD转换概述模拟信号与数字信号的概念模拟信号转换为数字信号的意义1.2 DA转换概述数字信号转换为模拟信号的意义DA转换的基本原理1.3 AD及DA转换的应用领域电子秤工业控制音频处理二、AD转换器（模数转换器）2.1 AD转换器的工作原理采样保持量化和编码2.2 AD转换器的类型逐次逼近型（SAR）双积分型流水线型2.3 AD转换器的主要性能指标分辨率和量化误差转换时间和转换速率动态范围和线性范围三、DA转换器（数模转换器）3.1 DA转换器的工作原理数字到模拟的转换过程D/A转换器的类型及特点3.2 DA转换器的主要性能指标分辨率转换误差转换速度3.3 DA转换器的应用实例音频DAC视频DAC通信系统中的DA转换应用四、AD及DA转换器的选择与评估4.1 AD及DA转换器的选择依据精度要求转换速度要求成本和功耗考虑4.2 AD及DA转换器的评估方法测试转换特性分析转换误差对比不同转换器的性能4.3 AD及DA转换器的应用案例分析模拟信号采集与数字处理数字信号调节与模拟输出五、AD及DA转换技术的未来发展5.1 高速AD及DA转换技术亚微米和深亚微米工艺并行处理技术5.2 高精度AD及DA转换技术低噪声和低功耗设计温度补偿技术5.3 集成AD及DA转换技术片上系统（SoC）混合信号集成技术5.4 新型AD及DA转换技术展望生物医学信号处理领域无线通信和物联网应用领域六、模拟信号的采样与保持6.1 采样定理奈奎斯特采样定理采样频率的选择6.2 采样保持电路采样保持电路的工作原理采样保持电路的设计要点七、模拟信号的量化与编码7.1 量化过程量化的概念与过程量化误差7.2 编码方法二进制编码格雷码编码八、逐次逼近型AD转换器（SAR ADC）8.1 SAR ADC的工作原理转换过程解析转换速率与功耗8.2 SAR ADC的设计要点模拟开关的选择基准电压源的设计九、双积分型AD转换器9.1 双积分型ADC的工作原理转换过程解析转换时间与精度9.2 双积分型ADC的应用场景电流传感器压力传感器十、流水线型AD转换器10.1 流水线型ADC的工作原理转换过程解析转换速率与功耗10.2 流水线型ADC的设计要点级间匹配与补偿模拟开关的选择十一、DA转换器（数模转换器）的类型及原理11.1 权电阻网络DA转换器工作原理分辨率和线性度11.2 电压反馈型DA转换器工作原理特点和应用11.3 电流反馈型DA转换器工作原理特点和应用十二、DA转换器的性能指标及评估12.1 分辨率数字位数的含义分辨率与精度的关系12.2 转换误差静态误差动态误差12.3 转换速度转换时间更新速率十三、DA转换器的应用实例13.1 音频DAC音频信号的数字到模拟转换音频DAC芯片的选择13.2 视频DAC视频信号的数字到模拟转换视频DAC芯片的选择十四、AD及DA转换器的接口技术14.1 模拟接口差分信号传输阻抗匹配14.2 数字接口SPI接口I2C接口USB接口十五、AD及DA转换器的实际应用问题与解决方案15.1 噪声问题模拟噪声的来源数字噪声的来源降噪技术15.2 匹配问题内部组件匹配外部组件匹配匹配技术15.3 温度补偿温度对AD及DA转换器的影响温度补偿技术重点和难点解析本文主要介绍了AD及DA转换的相关概念、原理、性能指标、应用实例以及接口技术，重点内容包括：1. AD及DA转换的基本原理：理解模拟信号与数字信号的转换过程，掌握AD 及DA转换的意义和应用领域。

AD和DA转换器的分类及其主要技术指标AD和DA转换器（Analog-to-Digital and Digital-to-Analog converters）是电子设备中常用的模数转换器和数模转换器。

AD转换器将连续的模拟信号转换成对应的离散数字信号，而DA转换器则将离散的数字信号转换成相应的连续模拟信号。

本篇文章将介绍AD和DA转换器的分类以及它们的主要技术指标。

一、AD转换器分类AD转换器主要分为以下几个类型：1.逐次逼近型AD转换器（Successive Approximation ADC）逐次逼近型AD转换器是一种常见且常用的AD转换器。

它采用逐渐逼近的方法逐位进行转换。

其基本原理是将模拟输入信号与一个参考电压进行比较，不断调整比较电压的大小，确保比较结果与模拟输入信号的差别小于一个允许误差。

逐次逼近型AD转换器的转换速度相对较快，精度较高。

2.模数积分型AD转换器（Sigma-Delta ADC）模数积分型AD转换器是一种利用高速和低精度的ADC与一个可编程数字滤波器相结合的技术。

它通过对输入信号进行高速取样并进行每个采样周期的累积和平均，降低了后续操作所需的带宽。

模数积分型AD转换器具有较高的分辨率和较好的线性度，适用于高精度应用。

3.并行型AD转换器（Parallel ADC）并行型AD转换器是一种通过多个比较器并行操作的AD转换器。

它的转换速度较快，但其实现成本相对较高。

并行型AD转换器适用于高速数据采集和信号处理。

4.逐渐逼近型AD转换器（Ramp ADC）逐渐逼近型AD转换器是一种通过线性递增电压与输入信号进行比较的转换器。

它利用逐渐逼近的方法寻找与输入信号最接近的电压值，然后以此电压值对应的时间来估计输入信号的值。

逐渐逼近型AD转换器转换速度较慢，但精度较高。

5.其他类型AD转换器除了上述几种常见的AD转换器类型外，还有其他一些特殊的AD转换器类型，如比例调制型AD转换器、索耳转换器等。

电路中的AD转换与DA转换在当今信息时代，电子设备已经渗透到我们生活的方方面面。

而这些电子设备的运作离不开AD转换（模数转换）和DA转换（数模转换）这两个关键环节。

本文将介绍AD转换和DA转换的原理、应用以及相关技术发展。

一、AD转换AD转换是模拟信号转换为数字信号的过程。

在电子设备中，传感器等设备输出的信号多为模拟信号，需要通过AD转换将其转换成数字信号，才能由电子器件进行处理和存储。

AD转换器通常由采样器、量化器和编码器组成。

采样器的作用是将模拟信号在一定的时间间隔内取样，量化器将取样的模拟信号分成有限个离散值进行量化，编码器将量化后的离散值转换成二进制数字信号。

通过这一过程，AD转换器能够将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。

AD转换器广泛应用于各个领域，如音频、视频、电力系统等。

在音频领域，AD转换器用于将声音等模拟信号转换为数字信号，实现录音、播放等功能。

在电力系统中，AD转换器用于电能计量、监测等方面。

二、DA转换DA转换是数字信号转换为模拟信号的过程。

数字信号由计算机或其他数字系统处理和存储，而大部分外围设备如音箱、显示器等则需要模拟信号进行驱动。

DA转换器通常由数字信号输入端和模拟输出端组成。

数字信号输入端接收来自计算机或其他数字系统的数字信号，将数字信号按照一定的波形进行放大、滤波等处理后，经过模拟输出端输出为模拟信号。

这样，数字系统生成的数字信号便可以控制外围设备的模拟输出。

DA转换器广泛应用于音频设备、显示设备等领域。

在音频设备中，DA转换器用于将计算机中存储的音频文件转换为模拟信号，通过音箱输出高质量的音乐。

在显示设备中，DA转换器则将计算机生成的数字图像信号转换为模拟信号，驱动显示器显示各种图像。

三、技术发展随着科技的不断进步，AD转换与DA转换技术也得到了快速的发展与创新。

目前，高速、高精度、低功耗、小型化是AD转换与DA转换技术的发展方向。

在AD转换技术方面，新型的Delta-Sigma调制技术、超大规模集成电路技术等被广泛应用，提高了AD转换器的精度和信噪比。

实验五 D/A、A/D转换实验一、实验目的了解数/模、模/数转换基本原理，掌握DAC0832、ADC0809的使用方法；掌握定时数据采集程序的编制方法。

二、实验内容1、D/A转换实验通过0832D/A转换输出一个从0V开始逐渐升至5V，再从5V降至0V的可变电压输出驱动直流电机。

（1）实验接线图D/A转换实验接线图（2）实验程序框图（3）实验程序清单CODE SEGMENT ;H0832-2.ASM 0-->5vASSUME CS:CODEDAPORT EQU 0FF80hPA EQU 0FF20H ;字位口PB EQU 0FF21H ;字形口PC EQU 0FF22H ;键入口ORG 1110HSTART: JMP START0BUF DB ?,?,?,?,?,?data1: db 0c0h,0f9h,0a4h,0b0h,99h,92hdb 82h,0f8h,80h,90h,88h,83h,0c6h,0a1hdb 86h,8eh,0ffh,0ch,89h,0deh,0c7hdb 8ch,0f3h,0bfh,8FHSTART0: call buf1DACON0: MOV AL,00HDACON1: MOV DX,DAPORTOUT DX,ALpush axcall convMOV CX,0040HDISCON: PUSH CXcall dispPOP CXLOOP DISCONpop axINC ALCMP AL,00HJNZ DACON1MOV AL,0FFHDACON2: MOV DX,DAPORTOUT DX,ALpush axcall convMOV CX,0040HDISCON2: PUSH CXcall dispPOP CXLOOP DISCON2pop axDEC ALCMP AL,0FFHJNZ DACON2JMP DACON0CONV: MOV AH,ALAND AL,0FHMOV BX,OFFSET BUFMOV [BX+5],ALMOV AL,AHAND AL,0F0HMOV CL,04HSHR AL,CLMOV [BX+4],ALRETDISP: MOV AL,0FFH ;00HMOV DX,PAOUT DX,ALMOV CL,0DFH ;20H; 5ms显示子程序MOV BX,OFFSET BUFDIS1: MOV AL,[BX]MOV AH,00HPUSH BXMOV BX,OFFSET DATA1ADD BX,AXMOV AL,[BX]POP BXMOV DX,PBOUT DX,ALMOV AL,CLMOV DX,PAOUT DX,ALPUSH CXDIS2: MOV CX,00A0HDELAY: LOOP DELAYPOP CXCMP CL,0FEH ;01HJZ LX1INC BXROR CL,1 ;SHR CL,1JMP DIS1LX1: MOV AL,0FFHMOV DX,PBOUT DX,ALRETBUF1: MOV BUF,00HMOV BUF+1,08HMOV BUF+2,03HMOV BUF+3,02HMOV BUF+4,00HMOV BUF+5,00HRETDELY: PUSH CXDEL2: PUSH CXDEL3: PUSH CXLOOP $POP CXLOOP DEL3POP CXLOOP DEL2POP CXLOOP DELYRETCODE ENDSEND START2、A/D转换实验利用实验系统上电位器提供的可调电压作为0809模拟信号的输入，编制程序，将模拟量转换为数字量，通过数码管显示出来。

实验五A/D、D/A转换实验
一、实验目的及要求
1、了解A/D转换的基本原理，掌握A/D转换的连接方法；
2、熟悉一种ADC芯片ADC0809，掌握A/D转换芯片0809的编程方法；
3、了解D/A转换的基本原理，掌握D/A转换的连接方法；
4、熟悉一种DAC芯片ADC0832，掌握D/A转换芯片0832的编程方法。

二、实验重点与难点
重点：A/D、D/A转换的基本原理及编程应用。

难点：A/D、D/A转换的编程应用。

三、实验环境
硬件：单片机开发板，计算机一台；
软件：Keil uVsion4。

四、实验内容
1、ADC0809模数转换与显示
使用ADC0809采样通道3输入的模拟量（也可自行选择采用通道，设计相应电路图），通过T0定时器中断给ADC0809提供时钟信号，转换后的结果显示在数码管上。

2、DAC0832波形发生器
软件控制DAC输出波形，通过不同按键产生锯齿波、三角波和方波，按键的检测采用中断工作方式。

五、实验步骤及要求
1．描述出程序运行后的结果；
2．画出算法流程图；
3．加程序注释。

4．学生按实验内容和实验报告编写格式中的规范，认真做好实验记录以便编写实验报告。

DA与AD一、D/A转换器的基本原理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 / 。

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。

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。

DAC0832与80C51单片机的接口１、单缓冲工作方式此方式适用于只有一路模拟量输出，或有几路模拟量输出但并不要求同步的系统。

双极性模拟输出电压：双极性输出时的分辨率比单极性输出时降低1/2，这是由于对双极性输出而言，最高位作为符号位，只有7位数值位。

2、双缓冲工作方式多路D/A转换输出，如果要求同步进行，就应该采用双缓冲器同步方式。

3、直通工作方式当DAC0832芯片的片选信号、写信号、及传送控制信号的引脚全部接地，允许输入锁存信号ILE引脚接＋5V时，DAC0832芯片就处于直通工作方式，数字量一旦输入，就直接进入DAC寄存器，进行D/A转换。

第11章 MCS-51与D/A转换器、A/D转换器的接口非电物理量（温度、压力、流量、速度等），须经传感器转换成模拟电信号（电压或电流），必须转换成数字量，才能在单片机中处理。

数字量，也常常需要转换为模拟信号。

A/D转换器（ADC）：模拟量→数字量的器件，D/A转换器（DAC）：数字量→模拟量的器件。

只需合理选用商品化的大规模ADC、DAC芯片，了解引脚及功能以及与单片机的接口设计。

11.1 MCS-51与DAC的接口11.1.1 D/A转换器概述1. 概述输入：数字量，输出：模拟量。

转换过程：送到DAC的各位二进制数按其权的大小转换为相应的模拟分量，再把各模拟分量叠加，其和就是D/A转换的结果。

使用D/A转换器时，要注意区分:* D/A转换器的输出形式;* 内部是否带有锁存器。

(1) 输出形式两种输出形式:电压输出形式与电流输出形式。

电流输出的D/A转换器，如需模拟电压输出，可在其输出端加一个I-V转换电路。

（2）D/A转换器内部是否带有锁存器D/A转换需要一定时间，这段时间内输入端的数字量应稳定，为此应在数字量输入端之前设置锁存器，以提供数据锁存功能。

根据芯片内是否带有锁存器，可分为内部无锁存器的和内部有锁存器的两类。

* 内部无锁存器的D/A转换器可与P1、P2口直接相接（因P1口和P2口的输出有锁存功能）。

但与P0口相接，需增加锁存器。

* 内部带有锁存器的D/A转换器内部不但有锁存器，还包括地址译码电路，有的还有双重或多重的数据缓冲电路，可与MCS-51的P0口直接相接。

2.主要技术指标(1)分辨率输入给DAC的单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，通常定义为输出满刻度值与2 n之比。

显然，二进制位数越多，分辨率越高。

例如，若满量程为10V，根据定义则分辨率为10V/2 。

设8位D/A转换，即n=8，分辨率为10V/2 n n=39.1mV，该值占满量程的0.391%，用1LSB表示。

同理：10位D/A：1 LSB=9.77mV=0.1% 满量程12位 D/A：1 LSB=2.44mV=0.024% 满量程根据对DAC分辨率的需要,来选定DAC的位数。

AD和DA的工作原理AD和DA是模数转换和数模转换的简称，分别代表模数转换器（Analog-to-Digital Converter）和数模转换器（Digital-to-Analog Converter）。

AD用于将模拟信号转换为数字信号，而DA则是将数字信号转换为模拟信号，两者是相对的过程。

AD的工作原理：AD转换器的作用是将输入的模拟信号，通过一定的采样和量化方法，转换为数字形式的信号，以便于数字设备进行处理和存储。

AD转换器通常分为两个主要阶段：采样和量化。

1.采样：AD转换器首先对输入信号进行采样，即按照一定的时间间隔对连续模拟信号进行抽样。

采样的频率也被称为采样率，通常用赫兹（Hz）表示。

采样率决定了输入信号中能够被留存下来的频率范围。

2.量化：采样后的模拟信号将被输入到量化器中。

量化是将连续的模拟信号转换成离散的数字信号的过程。

在这个过程中，AD转换器将把输入的模拟信号分成一定数量的等级，并为每个等级分配一个数字代码。

采样和量化的过程可以通过二进制表示来完成，其中最常见的是通过ADC（模数转换器）将模拟信号转换为二进制数。

DA的工作原理：DA转换器的作用是将数字信号转换为模拟信号，以便于与模拟设备进行连接和交互。

DA转换器通常包含两个主要部分：数字信号处理和模拟输出。

1.数字信号处理：DA转换器首先接收到一串数字信号，这些信号由计算机或数字设备产生。

这些信号是基于离散的数字表示，通常使用二进制数表示。

DA转换器将会对这些数字信号进行处理，比如滤波、重采样等，以确保生成的模拟信号质量和稳定性。

2.模拟输出：处理后的数字信号被输入到DAC（数模转换器），将数字信号转换为模拟信号。

DAC将根据数字信号的数值，通过一定的电流或电压生成模拟信号。

这些模拟信号将与各种模拟设备进行连接，例如音频设备、电机控制等。

需要注意的是，AD和DA转换的精度和速度是非常重要的参数。

转换器的精度是指转换器所能提供的输出与输入之间的误差。

第八章D/A和A/D转换基本内容：D/A转换和A/D转换的基础知识，D/A转换芯片0832和A/D转换芯片0809的应用。

基本要求：了解D/A转换的基础知识；掌握0832和0809的结构及使用重点内容：D/A转换和A/D转换的工作原理难点内容：0832和0809的工作方式。

在自动化领域中，常常通过微型计算机对客观事物的变化信息进行采集、处理、分析和实时控制。

客观事物变化的信息有温度、速度、压力、流量、电流、电压等一些连续变化的物理量。

而计算机只能处理离散的数字量，那么这些模拟信号如何变化才能被计算机接收并可进行处理的数字量呢？计算机输出的是数字量，但大多数被控设备不能直接接收数字信号，所以还需将计算机输出的数字信号转化成为模拟信号，去控制或驱动被控设备，那么这些数字信号又是如何变化成模拟信号的呢？对一个控制系统要从以下三方面考虑问题。

图1 一个包含A/D和D/A转换环节的控制系统1. 传感器温度、速度、流量、压力等非电信号，称为物理量。

要把这些物理量转换成电量，才能进行模拟量对数字量的转换，这种把物理量转换成电量的器件称为传感器。

目前有温度、压力、位移、速度、流量等多种传感器。

2. A/D转换器(Analog to Digital Converter, ADC)把连续变化的电信号转换为数字信号的器件称为模数转换器，即A/D转换器。

3. D/A转换器(Digital to Analog Converter, DAC)把经过计算机分析处理的数字信号转换成模拟信号，去控制执行机构的器件，称为数模转换器，即D/A转换器。

可见，D/A转换是A/D转换的逆过程。

这两个互逆的转换过程以及传感器构成一个闭合控制系统，如图1所示。

第一节数模转换一、D/A转换器的工作原理D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路。

数字量输入的位数有8位、12位和16位等，输出的模拟量有电流和电压两种。

D/A转换器工作原理D/A转换器用于将数字量转换成模拟量。