数字电子技术第10章-数模与模数转换器ppt课件

黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米电子技术基础电子技术基础 第十章第十章 数模与模数转换器数模与模数转换器数字电子技术数字电子技术1电子技术基础 第十章 数字电子技术1黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米第十章第十章 数模与模数转换器数模与模数转换器10.1 概述概述10.2 数数/模转换器模转换器10.3 模模/数转换器数转换器2第十章 数模与模数转换器10.1 概述2黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米概述概述由于系统的实际对象往往都是一些模拟信号，要使计算由于系统的实际对象往往都是一些模拟信号，要使计算机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须将这些信号机或数字仪表能识别、处理这些信号，必须将这些信号转换成数字信号，处理后的信号也需要将其转换成相应转换成数字信号，处理后的信号也需要将其转换成相应的模拟信号才能为实行机构接受。的模拟信号才能为实行机构接受。计计算算机机模模拟拟信信号号模模拟拟信信号号A/DD/AA/D：Analog to DigitalD/A：Digital to Analog3概述由于系统的实际对象往往都是一些模拟信号，要使计算机或数字黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米将数字量将数字量成正比成正比地转换成模拟量地转换成模拟量，即，即D/An=4位位8位位10位位12位位16位位n位位数字量数字量模拟量模拟量05V或或010VD/A转换器功能转换器功能10.1 数数/模模 转换器转换器(DAC)4将数字量成正比地转换成模拟量，即D/An=4位n位数字量黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米由于构成数字代码的每一位都有一定的由于构成数字代码的每一位都有一定的“权重权重”，因，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其按其“权重权重”转换成相应的模拟量，然后再将代表各转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加，即可得到与该数字量成正比的模拟位的模拟量相加，即可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成量，这就是构成D/A变换器的基本思想。变换器的基本思想。D/A变换器的电路形式很多，这里只介绍三种。变换器的电路形式很多，这里只介绍三种。5由于构成数字代码的每一位都有一定的“权重”，因此为了将数字量黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米一、权电阻网络型一、权电阻网络型 D/A 转换器转换器 ：VREF+-VoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R21R20RIR/2(MSB)(LSB)S0S1S2S3D3D2D1D0S0S1S2S3所谓所谓“权电阻权电阻”，是指电阻值的大小，与有关，是指电阻值的大小，与有关数字量数字量的的权权重密切相关。重密切相关。这种变换器由这种变换器由“电子模拟开关电子模拟开关”、“权电阻求和网权电阻求和网络络”、“运算放运算放大器大器”和和“基准基准电源电源”等部分组等部分组成。成。6一、权电阻网络型 D/A 转换器 ：VREF+-VoD黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米VREF+-VoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R21R20RIR/2(MSB)(LSB)S0S1S2S3D3D2D1D0S0S1S2S3电子开关电子开关：Dn=1 时，时，Sn 接接VREF；Dn=0 时，时，Sn 接地端接地端。7VREF+-VoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米 T2 管饱和管饱和导通导通，1T1T2SDa模拟电子开关模拟电子开关的的简化原理电路简化原理电路 当当 D=1 时，时，1T2Sa0T1S S 点与点与 a 点相通点相通，T1 管管截止截止，而而 a 点在电路中和点在电路中和VREF连连。8 T2 黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米 T2 管管截止截止，1T1T2SDa模拟电子开关模拟电子开关的的简化原理电路简化原理电路 当当 D=0 时，时，0T2Sa T1 管饱和管饱和导通导通，1T1SS 点与地相通点与地相通。9 T2 黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米VREF+-VoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R21R20RIR/2(MSB)(LSB)23R22R21R20RVREFI1=2I0 I2=4I0I3=8I0当当 D3D2D1D0=1111时时：S0S1S2S3D3D2D1D0(LSB)(MSB)I=I0+I1+I2+I3最低位最低位最高位最高位I0=VREF23 R参考参考电压电压10VREF+-VoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米VREF+-VoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R21R20RIR/2(MSB)(LSB)I=I0+I1+I2+I3=VREF23R(D3 23+D2 22+D1 21+D0 20)11VREF+-VoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米VREF+-VoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R21R20RIR/2(MSB)(LSB)VREF24=-(8 D3 +4 D2 +2 D1 +D0 )12VREF+-VoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米显然，输出模拟电压的大小直接与输入显然，输出模拟电压的大小直接与输入 二进制数的二进制数的大小成正比，从而实现了数字量大小成正比，从而实现了数字量 到模拟量的转换到模拟量的转换。权电阻网络权电阻网络D/A转换器电路结构简单，转换速度也属于转换器电路结构简单，转换速度也属于较快的一种，但随着输入二进制位数的增加，电阻的较快的一种，但随着输入二进制位数的增加，电阻的种类和阻值间的差异必然增加。这样会影响电路转换种类和阻值间的差异必然增加。这样会影响电路转换的精度，特别是阻值差异太大，会给集成造成困难。的精度，特别是阻值差异太大，会给集成造成困难。权电阻网络权电阻网络 D/A 转换器的特点：转换器的特点：n位权电阻网络位权电阻网络 D/A 转换器的输出：转换器的输出：VoVREF2n=(2n-1 Dn-1 +2n-2 Dn-2+D0 )13显然，输出模拟电压的大小直接与输入 二进制数的大小成正比，从黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米二、倒二、倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器基准电流基准电流 I=VREF/R，则流过各开关支路（从则流过各开关支路（从右到左）的电流分别为右到左）的电流分别为 I/2、I/4、I/8、I/16。于是得总电流：于是得总电流：I=I0+I1+I2+I3RVREFRRR2R2R2R2R+AVoS2S3S1S0I2RI/8I/4I/2II 16I 16D0D1D2D314二、倒T型电阻网络D/A转换器基准电流 I=VREF黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米II=I3+I2+I1+I0Vo=R I VREFRRR2R2R2R2R+AVoS2S3S1S02RI/8I/4I/2II 16I 16D0D1D2D3R=VREF24(D3 23+D2 22+D1 21+D0 20)=2ID3+4ID2+8ID1+16ID015II=I3+I2+I1+I0Vo=黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米n位倒位倒T型型D/A转换器输出电压：转换器输出电压：Vo=Rf I 若反馈电阻为若反馈电阻为Rf，则输出电压为：，则输出电压为：=VREF24(D3 23+D2 22+D1 21+D0 20)RfRVO=VREF2n(Di 2i)RfR 倒倒T型型D/A 转换器的特点：转换器的特点：倒倒T型型D/A 转换器的各支路电流直接流入运算放大器转换器的各支路电流直接流入运算放大器的输入端，不存在传输上的时间差，提高了转换速度，的输入端，不存在传输上的时间差，提高了转换速度，减小了动态过程中可能出现的负脉冲。是目前广泛使减小了动态过程中可能出现的负脉冲。是目前广泛使用的用的D/A转换器中较快的一种。转换器中较快的一种。16n位倒T型D/A转换器输出电压：Vo=Rf I 黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米三、权电流网络型三、权电流网络型 D/A 转换器转换器+-VoRf-VREFI/16I/8I/4I/2S0S1S2S3iID0D1D2D3Vo I Rf24(8 D3 +4 D2 +2 D1 +D0 )=每个支路每个支路电流的大小，电流的大小，与有关数字量与有关数字量的权重密切相的权重密切相关。关。17三、权电流网络型 D/A 转换器+-VoRf-VREF黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米10.2 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1 分辨率分辨率用输入数字量的用输入数字量的有效位数有效位数来表示分辨率。来表示分辨率。此外，也可以用此外，也可以用D/A转换器能够分辨出来的转换器能够分辨出来的最小输出最小输出电压电压(此时输入的数字代码只有最低有效位为此时输入的数字代码只有最低有效位为 1，其，其余各位都是余各位都是 0)与与最大输出电压最大输出电压(此时输入的数字代码此时输入的数字代码所有各位全是所有各位全是 1)之比之比来给出分辨率来给出分辨率。例如，对一个例如，对一个十位十位D/A转换器来说转换器来说，分辨率为，分辨率为210 1110231 0.001分辨率分辨率=2n 111810.2 D/A转换器的主要技术指标1 分辨率用输入数黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米 2 转换误差转换误差转换误差通常指实际能达到的转换特性与理想转换转换误差通常指实际能达到的转换特性与理想转换特性之间的偏差特性之间的偏差，一般以最低有效位的倍数给出。，一般以最低有效位的倍数给出。例如例如，给出转换误差为，给出转换误差为 LSB，这就表示输出模，这就表示输出模拟电压的绝对误差等于输入数字代码为拟电压的绝对误差等于输入数字代码为 0001 时输时输出电压的一半出电压的一半。21 造成转换误差的造成转换误差的原因原因主要有主要有：参考电压参考电压 VREF的波动的波动；运算放大器的零点漂移运算放大器的零点漂移；模拟开关的导通内阻和导通电压模拟开关的导通内阻和导通电压；电阻网络中的电阻值偏差电阻网络中的电阻值偏差；.19 2 转换误差转换误差通常指实际能达到的转换特性与理想转换黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米3、转换速度转换速度 为了便于定量地描述为了便于定量地描述D/A转换器的转换速度转换器的转换速度，定义了建立时间定义了建立时间 tS 和转换速率和转换速率 SR两两 个参数个参数。(1)建立时间建立时间 tS 通常以大信号工作情况下通常以大信号工作情况下(输入由全输入由全 0 变为全变为全 1 或者由全或者由全 1 变为变为 全全 0)输出电压到达某一规定值所需要输出电压到达某一规定值所需要的时的时 间定为建立时间间定为建立时间 tS，这个参数的值越小越好，这个参数的值越小越好。建立时间最短的可达建立时间最短的可达 0.1 s。203、转换速度 为了便于定量地描述D/A转换器黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米(2)转换速率转换速率 SR 转换速率转换速率 SR 以大信号工作状态下以大信号工作状态下 输出模输出模拟电压的变化率表示拟电压的变化率表示。D/A转换器完成一次转换所需要的时间应转换器完成一次转换所需要的时间应包括建立时间和上升包括建立时间和上升(或下降或下降)时间两部分时间两部分，它，它的最大值为的最大值为TTR(max)=tS+VO(max)/SR其中其中 VO(max)为输出电压的最大值为输出电压的最大值。21(2)转换速率 SR 转换速率 SR 以大黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米例例在倒在倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器中，为保证转换器中，为保证VREF偏偏离标准值所引起的误差小于离标准值所引起的误差小于1/2LSB，试计算，试计算VREF的相对稳定度应取多少？的相对稳定度应取多少？解：解：当输入代码只有当输入代码只有LSB=1时，输出电压为：时，输出电压为：VO=VREF2n(Di 2i)VREF2n=1/2LSB对应的输出电压绝对值为：对应的输出电压绝对值为：VREF2n+1当当VREF变化变化VREF时，引起的，引起的输出出变化化VOVO=VREF2n(Di 2i)22例在倒T型电阻网络D/A转换器中，为保证VREF偏离标准值所黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米当输入全当输入全1时，时，VO最大，此最大，此时输出出变化量的化量的绝对值为：VO=VREF2n(Di 2i)VO =VREF2n2n1根据题意有：根据题意有：VO =VREF2n2n1VREF2n+1VREFVREF2n2n12n+1于是相对稳定度应满足：于是相对稳定度应满足：相对稳定相对稳定度度 23当输入全1时，VO最大，此时输出变化量的绝对值为：VO=黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米集成集成 AD 7520及其应用及其应用 D/A转换器集成电路有多种型号。下面以转换器集成电路有多种型号。下面以AD7520为例来介绍集成电路为例来介绍集成电路 D/A 变换器。变换器。它是它是10位的倒位的倒T型型D/A 转换器，网络电阻转换器，网络电阻R=10K。在对其输入。在对其输入10位数字量后，通过外位数字量后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。下图是它的下图是它的内部电路图内部电路图：24集成 AD 7520及其应用 D/A转换器集成电黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米VoVREFRRR2R2R2R2R+AS2S3S1S02RIout1D0D1D8D9Iout2RfAD752010K10K10位数字量输入位数字量输入外接参考电压外接参考电压25VoVREFRRR2R2R2R2R+AS2S3S1S02R黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米例例试用试用D/A转换器转换器AD7520和计数器和计数器74161组成如图所组成如图所示的示的10阶梯波形发生器，画出完整的电路图。阶梯波形发生器，画出完整的电路图。VO0t26例试用D/A转换器AD7520和计数器74161组成如图所示黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米ABCDETEPRDLDQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3D4D5D9&RFIout2Iout1+1VOCP74161VREFAD752010阶梯波形发生器电路图阶梯波形发生器电路图27ABCDETEPRDLDQ0Q1Q2Q3D0D1D2D3D4黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米10.3 模模/数数 转换器转换器(ADC)1.A/D功能及分类功能及分类(1)A/D功能功能:将模拟电压将模拟电压成正比成正比地转换成数字量地转换成数字量A/DVI输入模拟电压输入模拟电压D7D0输出数字量输出数字量0 5V0000000011111111分辨率分辨率:5V/255=0.0196V/每每1个最低有效位个最低有效位2810.3 模/数 转换器(ADC)1黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米一、一、A/D转换的基本工作原理转换的基本工作原理由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般的的A/D转换过程为：转换过程为：取样、保持、量化和编码。取样、保持、量化和编码。ADC量化量化编码电路编码电路.Dn-1D1D0输入模拟信号输入模拟信号S取样保持电路取样保持电路取样展取样展宽信号宽信号数字量输出（数字量输出（n位）位）29一、A/D转换的基本工作原理由于输入的模拟信号在时间上是连续黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米式中式中fS为取样频率，为取样频率，fimax为输入信号为输入信号vI的最高频率分量的最高频率分量的频率。的频率。1、采样定理：、采样定理：vIt0vIt0对输入模拟信号的采样对输入模拟信号的采样30式中fS为取样频率，fimax为输入信号vI的最高频率分量的黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米因为每次把取样电压转换为相应的数字量都需要一定的因为每次把取样电压转换为相应的数字量都需要一定的时间，所以在每次取样以后，必须把取样电压时间，所以在每次取样以后，必须把取样电压保持保持一段一段时间。可见，进行时间。可见，进行A/D转换时所用的输入电压，实际上是转换时所用的输入电压，实际上是每次取样结束时的每次取样结束时的vI值。值。vIt0vSt031因为每次把取样电压转换为相应的数字量都需要一定的时间，所以在黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2、量化和编码、量化和编码数字信号在数值上是不连续的，任何一个数字量的大小数字信号在数值上是不连续的，任何一个数字量的大小只能是某个规定的最小量单位的整数倍。在进行只能是某个规定的最小量单位的整数倍。在进行A/D转转换时，必须把取样电压表示为这个最小单位的整数倍，换时，必须把取样电压表示为这个最小单位的整数倍，这个过程叫这个过程叫量化量化。把量化的结果用代码（通常是二进制）表示出来，称把量化的结果用代码（通常是二进制）表示出来，称为为编码。编码。量化过程中所取最小数量单位称为量化过程中所取最小数量单位称为量化单位量化单位，用，用表示。表示。它是数字信号最低位它是数字信号最低位为1时所所对应的模的模拟量，即量，即1LSB。采样保持后的信号不一定是量化单位的整数倍，所以采样保持后的信号不一定是量化单位的整数倍，所以量化后的信号必然会引入误差，这种误差叫量化后的信号必然会引入误差，这种误差叫量化误差量化误差322、量化和编码数字信号在数值上是不连续的，任何一个数字量的大黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米二、采二、采样样 保持电路保持电路电路组成及工作原理（取电路组成及工作原理（取Ri=Rf）:N沟道沟道MOS管管T作为开关用。当控制信号作为开关用。当控制信号vL为高电平为高电平时，时，T导通，导通，vI经电阻经电阻Ri和和T向电容向电容Ch充电。则充电充电。则充电结束后结束后vO=vI=vC。当控制信号返回低电平后，当控制信号返回低电平后，T截止。截止。Ch无放电回路，无放电回路，所以所以vO的数值可被保存下来。的数值可被保存下来。RRifvivLTAChvo33二、采样 保持电路电路组成及工作原理（取Ri=Rf）:N沟黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米转换器分类转换器分类 并联比较型并联比较型 特点特点:转换速度快转换速度快,转换时间转换时间 10ns 1 s 逐次逼近型逐次逼近型 特点特点:转换速度中转换速度中,转换时间转换时间 几几 s 100 s 双积分型双积分型 特点特点:转换速度慢转换速度慢,转换时间转换时间 几百几百 s 几几ms根据内部电路不同根据内部电路不同,分为以下三类分为以下三类:34转换器分类 并联比较型根据内部电路不同,分为以下三类:3黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米三、并联比较型三、并联比较型A/D转换器（三位）原理转换器（三位）原理DQDQDQDQDQDQDQ13VR/1511VR/159VR/157VR/155VR/153VR/15VR/15VIVI 11VR/15时，输出时，输出=1VI 13VR/15时，输出时，输出=1VI 13VR/15时，输出时，输出=0VI 11VR/15时，输出时，输出=0电压比较器电压比较器D锁存器锁存器编编 码码 器器QBQAQGQFQEQCQDD2D1D0输入模拟电压输入模拟电压精密精密 参参考电压考电压精密电阻网络（精密电阻网络（23个电阻）个电阻）输出数字量输出数字量CPVI VR/15时，输出时，输出=1VI VR/15时，输出时，输出=0VRR2RRRRRRR35三、并联比较型A/D转换器（三位）原理DQDQDQDQDQD黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米并联比较型并联比较型A/D转换器中的编码器真值表转换器中的编码器真值表 VI QA QB QC QD QE QF QG D2 D1 D0(9/15 11/15)VR 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 (7/15 9/15)VR 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 (11/15 13/15)VR 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 (13/15 1)VR 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 (5/15 7/15)VR 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 (3/15 5/15)VR 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 (1/15 3/15)VR 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 (0 1/15)VR 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 特点：输入电压特点：输入电压UI每增加每增加VR/8，输出数字量增加输出数字量增加1根据以上真值表设计编码器的组合逻辑电路（设计略）根据以上真值表设计编码器的组合逻辑电路（设计略）36并联比较型A/D转换器中的编码器真值表 黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米并联比较型并联比较型A/D转换器的特点转换器的特点1、转换速度较快：由于、转换速度较快：由于A/D转换时间只包含比较器、转换时间只包含比较器、触发器和代码转换电路的延迟时间，而且各位代码转触发器和代码转换电路的延迟时间，而且各位代码转换都是并行的，增加输出代码位数对转换时间影响很换都是并行的，增加输出代码位数对转换时间影响很小。小。2、需要触发器和比较器较多：由其为了提高分辨率、需要触发器和比较器较多：由其为了提高分辨率增加输出代码位数时，这个问题更为突出。如果输出增加输出代码位数时，这个问题更为突出。如果输出为为n位代码，需要比较器个数为位代码，需要比较器个数为2n1。如果是。如果是8位并联位并联比较比较A/D转换器需要转换器需要281=255各比较器。可见制造该各比较器。可见制造该分辨率的分辨率的A/D转换器，用这种电路既不经济也不便于转换器，用这种电路既不经济也不便于做成集成电路。做成集成电路。37并联比较型A/D转换器的特点1、转换速度较快：由于A/D转换黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米 四、四、逐次逼近型逐次逼近型 其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。其工作原理可用天平秤重过程作比喻来说明。若有四个砝码共重若有四个砝码共重15克每个重量分别为克每个重量分别为 8、4、2、1克克。设待秤重量。设待秤重量 Wx=13克，可以用下表步骤来克，可以用下表步骤来秤量秤量：砝码重砝码重暂时结果暂时结果 结结 论论第一次第一次8 克克砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx，8 克克第二次第二次加加4克克砝码总重仍砝码总重仍 待测重量待测重量Wx，12 克克第四次第四次砝码总重砝码总重 待测重量待测重量Wx，加加1克克13 克克 故故保留保留 故故保留保留 故故撤除撤除 故故保留保留38 黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米1000移位寄存器移位寄存器1000数码寄存器数码寄存器D/Auo清清 0、置数、置数控控制制逻逻辑辑ux(待转换的模拟电压待转换的模拟电压)uc时钟时钟清清 0、置数、置数“1”状态是否保状态是否保留留控制端控制端CP、(移位命令移位命令)逐次逼近型逐次逼近型 ADC工作过程展示工作过程展示391000移位寄存器1000数码寄存器D/Auo清 0、黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米3位逐次逼近型位逐次逼近型A/D转换器转换器403位逐次逼近型A/D转换器40黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米转转换换开开始始前前，先先使使Q1=Q2=Q3=Q4=0，Q5=1，第第一一个个CP到到来来后后，Q1=1，Q2=Q3=Q4=Q5=0，于于是是FFA被被置置1，FFB和和FFC被被置置0。这这时时加加到到D/A转转换换器器输输入入端端的的代代码码为为100，并并在在D/A转转换换器器的的输输出出端端得得到到相相应应的的模模拟拟电电压压输输出出uo。uo和和ui在在比比较较器器中中比比较较，当当uiuo时时，比比较较器输出器输出uc=1；当；当uiuo时，时，uc=0。第第二二个个CP到到来来后后，环环形形计计数数器器右右移移一一位位，变变成成Q2=1，Q1=Q3=Q4=Q5=0，这这时时门门G1打打开开，若若原原来来uc=1，则则FFA被被置置0，若若原原来来uc=0，则则FFA的的1状状态态保保留留。与与此同时，此同时，Q2的高电平将的高电平将FFB置置1。工作原理工作原理41转换开始前，先使Q1=Q2=Q3=Q4=0，Q5=1，第黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米第第三三个个CP到到来来后后，环环形形计计数数器器又又右右移移一一位位，一一方方面面将将FFC置置1，同同时时将将门门G2打打开开，并并根根据据比比较较器器的的输输出出决定决定FFB的的1状态是否应该保留。状态是否应该保留。第第 四四 个个 CP到到 来来 后后，环环 形形 计计 数数 器器 Q4=1，Q1=Q2=Q3=Q5=0，门门G3打打开开，根根据据比比较较器器的的输输出出决决定定FFC的的1状态是否应该保留。状态是否应该保留。第第 五五 个个 CP到到 来来 后后，环环 形形 计计 数数 器器 Q5=1，Q1=Q2=Q3=Q4=0，FFA、FFB、FFC的的状状态态作作为为转转换换结结果，通过门果，通过门G6、G7、G8送出。送出。工作原理工作原理42第三个CP到来后，环形计数器又右移一位，一方面将FFC置黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米例例在在3位逐次渐进型位逐次渐进型A/D转换器中，若转换器中，若D/A转换电路转换电路是倒是倒T型，参考电压型，参考电压VREF=8V，试分析当输入模，试分析当输入模拟量拟量Vi=5V时，电路的工作过程，转换后输出数字时，电路的工作过程，转换后输出数字量是多少？量是多少？解：解：=VREF/23=1V，故，故/2=0.5V1 0 0 4-0.5=3.5V5V高阻高阻高阻高阻高阻高阻1 0 1 5-0.5=4.5V5V1 0 1 1 0 1 1 0 1 D/A转换器输出转换器输出/2时钟时钟CP1CP2CP3CP4CP5寄存器输出寄存器输出数字量输出数字量输出比较器输出比较器输出 0 1 0 43例在3位逐次渐进型A/D转换器中，若D/A转换电路是倒T型，黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米五、双积分型五、双积分型A/D转换器转换器基本原理：基本原理：对输入模拟电压和基准电压进行对输入模拟电压和基准电压进行两次积分，先对输入模拟电压进行积分，将两次积分，先对输入模拟电压进行积分，将其变换成与输入模拟电压成正比的时间间隔其变换成与输入模拟电压成正比的时间间隔T1，再利用计数器测出此时间间隔，则计数，再利用计数器测出此时间间隔，则计数器所计的数字量就正比于输入的模拟电压；器所计的数字量就正比于输入的模拟电压；接着对基准电压进行同样的处理。接着对基准电压进行同样的处理。44五、双积分型A/D转换器基本原理：对输入模拟电压和基准电压进黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米vs1vi-vREF0tt1t245vs1vi-vREF0tt1t245黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米vc0tvcp0tT1T2vs1vi-vREF0tt1t20votT1T2vp46vc0tvcp0tT1T2vs1vi-vREF0tt1t20黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米六、六、A/D 转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 1、转换精度转换精度：A/D转换器的转换精度是用分辨转换器的转换精度是用分辨率和转换误差来描述的。率和转换误差来描述的。(1)分辨率分辨率：以输出二进制代码的位数表示分辨以输出二进制代码的位数表示分辨率。率。n位输出的位输出的A/D转换器能区分转换器能区分2n个不同等级的输入个不同等级的输入模拟电压。位数越多，量化误差越小，转换精度越高。模拟电压。位数越多，量化误差越小，转换精度越高。(2)转换误差转换误差：转换误差通常是以输出误差的最转换误差通常是以输出误差的最大值形式给出，它表示大值形式给出，它表示A/D转换器实际输出的数字量转换器实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。常用和理论上的输出数字量之间的差别。常用最低有效位最低有效位的倍数的倍数来表示。来表示。47六、A/D 转换器的主要技术指标 1、黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米2、转换速度转换速度：完成一次完成一次 A/D转换所需要的时转换所需要的时间，即从它接到转换命令起直到输出端得到稳定间，即从它接到转换命令起直到输出端得到稳定的数字量输出所需要的时间。的数字量输出所需要的时间。3、其它其它：功率、电源电压、电压范围等。功率、电源电压、电压范围等。482、转换速度：完成一次 A/D转换所需要的时间，即从它接黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米六、六、集成集成 ADC0804 及其应用及其应用 A/D转换组件有多种型号可供选择转换组件有多种型号可供选择，如：高速的、如：高速的、高分辨率的、高速且高精度的等等。使用者可根据任高分辨率的、高速且高精度的等等。使用者可根据任务要求进行选择务要求进行选择下面以下面以 ADC0804 为例为例，介绍集成电路介绍集成电路 A/D 变换器。变换器。ADC 0804 是分辨率为是分辨率为八位八位的模数转换组的模数转换组件，采用逐次逼近型工作原理。件，采用逐次逼近型工作原理。49六、集成 ADC0804 及其应用 A/D转黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米D7D0+-控控制制逻逻辑辑时时 钟钟CP电阻网络电阻网络及电子开关及电子开关数据寄存器数据寄存器移位寄存器移位寄存器八八位位三三态态输输出出锁锁存存器器U in(+)U in(-)UccUR/2AGND+-WRCSINTRRDCS11ADC0804 内部电路框图内部电路框图电压跟随器电压跟随器电电压压比比较较器器.50D7D0+-控制逻辑时 钟CP电阻网络及电子开关数据寄存器黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米CSWRAGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUR/2DGND1234567891019181716151413121120RDCLKRCLKinINTRU in(+)U in(-)ADC 0804 管脚分布图管脚分布图51CSWRAGNDD4D5D6D7D0D1D2D3UCCUR/黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米转换时间约转换时间约 100 微秒微秒CSWRINTRRD数据数据读出读出ADC0804 工作时序图工作时序图52转换时间约 100 微秒CSWRIN黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米控控 制制 端端CS WR RDINTR功功能能说说明明0 对输入模对输入模拟信号进行拟信号进行A/D变换变换 在在WR 上升沿后约上升沿后约 100微秒微秒 变换完成。变换完成。0读出输出读出输出数字信号数字信号 RD=0 时三态门时三态门接通外部总线接通外部总线,RD=1 时三态门处于高时三态门处于高阻态。阻态。中断请求中断请求 当当A/D变换结束时，变换结束时，INTR 自动自动 变低以便通变低以便通知其它设备知其它设备(如计算机如计算机)取结果，在取结果，在RD 前沿前沿后后INTR自动变高。自动变高。53控 制 端CSWRRDINTR功能说明0 对黄金大米，又名“金色大米”，是一种转基因大米，通过转基因技术将胡萝卜素转化酶系统转入到大米胚乳中可获得外表为金黄色的转基因大米电子技术基础电子技术基础 第十章第十章 结束结束数字电子技术数字电子技术54电子技术基础 第十章 数字电子技术54