第十一章A/D、D/A转换器11.1概述11.2数/模（D/A）转换器11.3模/数（A/D）转换器11.1概述随着微机的发展，其应用越来越广泛。目前微机不仅应用于生产管理、办公室自动化、数据处理、通信、网络等方面，已愈来愈多地进行实时控制和实时数据处理，即用于控制和检测生产过程中的各种参数，已达到控制整个生产过程的目的。生产过程中的各种参数大部分是连续变化的模拟量，需要转换成离散的数字量（通过A/D转换）才能输入到计算机进行处理；而计算机处理后的数据为数字量，需经过D/A转换变成模拟量输出，从而实现对被控对象的控制。A/D、D/A转换器是计算机与外界联系的重要接口。计算机控制系统方框图如下：A/D变换的过程：我们经常遇到的物理参数，如电流、电压、温度、压力、速度、电量或非电量都是模拟量。模拟量的大小是连续分布的，且经常也是时间上的连续函数。因此要将模拟量转换成数字信号需经采样量化编码三个基本过程（数字化过程）。1.采样在连续变化的模拟量上按一定的规律（周期地）取出其中的某一些瞬时值来代表这个连续的模拟量，这个过程就是采样。采样的理论基础是采样定理。采样是通过采样保持电路实现的。采样值在时间上是离散的值，但在幅度上仍然是连续模拟量。采样定理：对信号采样时，采样频率必须大于或等于信号最高频率的两倍。3.编码将量化后的数字量进行编码，以便微机读入和识别；编码仅是对数字量的一种处理方法。例如：Q=0.5V/格，设用三位（二进编码）u0=2.4Q2Q（010）Q11.2数/模（D/A）转换器定义：把数字信号转换为模拟信号输出的器件称为数/模转换器（简称D/A转换器）。11.2.1D/A转换器的原理11.2.2D/A转换器的性能指标11.2.3D/A芯片及其与CPU接口11.2.4典型的8位D/A芯片DAC083211.2数/模（D/A）转换器11.2.1D/A转换器的原理按转换原理，可将D/A转换器分为：1．权电阻网络D/A转换器组成：权电阻解码网络、基准源VR、模拟开关、运放。2．T型权电阻网络D/A转换器3.开关树型D/A转换器组成：分压器、树状排列的模拟开关、运放。见下页图特点：运放接成跟随器，既保证输出电压极性，又可减小负载对转换特性的影响。4.集成化D/A转换器分类：双极型和CMOS型电阻网络：离子注入或扩散电阻条、薄膜电阻离子注入或扩散电阻条：价廉物美，但精度不高；薄膜电阻：高精度。特点：双极型：转换速度快，适合于高速转换的场合。CMOS型：优点是制造容易、造价低；缺点是转换速度较慢。11.2.2D/A转换器的性能指标1.分辨率单位数字量（最低位LSB）所对应模拟量增量。即相邻两个二进制码对应的输出电压之差。△=FSR/2n。用位数来表示分辨率：8、10、162.精度转换器的实际输出与理论值之差。可分为绝对精度和相对精度。用此差值与满量程值FSR的百分数形式表示。如：精度为±0.1％，则最大误差为FSR±0.1％，若VFS=10V，则误差为±10mV。3.线性误差D/A的实际转换特性（各数字输入值所对应的各模拟输出值之间的连线）与理想的转换特性（始终点连线）之间是有偏差的，这个偏差就是D/A的线性误差。即两个相邻的数字码所对应的模拟输出值（之差）与一个LSB所对应的模拟值之差。表示方法：以LSB的分数形式表示。如：11.2.3D/A芯片及其与CPU接口（P394）由于使用的情况不同，DAC的位数、精度及价格要求不同。美国AD公司、Motorola公司、半导体公司NS、无线电公司RCA等均生产D/A转换器。D/A转换器的位数由8位、10位、12位、16位等。D/A转换器能否与CPU的外部数据总线连接，取决于D/A芯片内部是否有输入锁存器。1.不带数据输入锁存器的D/A与CPU的连接需要在CPU与D/A之间的数据通道上加锁存器（如：74LS373、74LS273），以保证数据传输的正确性。这类D/A有：AD7520、AD7521、DAC0808等。2.带数据输入锁存器的D/A与CPU的连接由于D/A芯片内部已设计了输入锁存器，所以可将D/A的数据总线与CPU的外部数据总线直接相连。这类D/A有：AD7524、DAC0832等。3.D/A的输入与输出的关系D/A的输入与输出呈比例关系。如：8位（输出为0～5V），比例系数为：12位（输出为-5V～5V），比例系数为：11.2.4典型的8位D/A芯片DAC08321.性能指标8位DAC，CMOS器件，数据线与TTL兼容；电流输出，单极性；单电源+5V～+15V；转换时间：1μs，满量程误差：±1LSB参考电压：-10V～+10V；可单缓冲、双缓冲或直接