集成DAC和ADC的原理与组成

1、 从模拟信号到数字信号的转换称为模从模拟信号到数字信号的转换称为模/ /数转换数转换（简称（简称A/DA/D转换），实现模转换），实现模/ /数转换的电路叫做数转换的电路叫做A/DA/D转转换器（简称换器（简称ADCADC）。）。 从数字信号到模拟信号的转换称为数从数字信号到模拟信号的转换称为数/ /模转换模转换（简称（简称D/AD/A转换），实现数转换），实现数/ /模转换的电路称为模转换的电路称为D/AD/A转转换器（简称换器（简称DACDAC）。）。l 典型的数字控制系统框图典型的数字控制系统框图6-1 集成数模转换器（集成数模转换器（DAC）DAC:DAC: 把输入的数字量变换成与之成

2、一定比例的模拟量。把输入的数字量变换成与之成一定比例的模拟量。102niiiREFREFADKVKDVv特点：特点：电流相电流相加型，加型， 电阻取电阻取值太多。值太多。数模转换器数模转换器数字量和模拟量的关系数字量和模拟量的关系6-1-1 6-1-1 常用常用D/AD/A换器技术换器技术6-1-2 6-1-2 集成集成DACDAC的组成的组成6-1-3 DAC6-1-3 DAC的主要技术参数的主要技术参数6-1-4 6-1-4 集成集成DACDAC芯片的选择芯片的选择6-1-5 6-1-5 典型集成典型集成DACDAC应用举例应用举例6-1 集成数模转换器（集成数模转换器（DAC）6-1-1

3、 6-1-1 常用常用D/AD/A转换技术转换技术一、权电阻网络一、权电阻网络DACDAC模拟开关，模拟开关，D Di i0 0，开关断开，开关断开；D Di i1 1，开关接通，开关接通。电流电压电流电压变换器变换器权电阻网络，权电阻网络，阻值与该位的阻值与该位的权系数成反比权系数成反比。 基准电压基准电压 iniinREFoFDVvRR222/10时：当特点：特点：电流相加型，电流相加型， 电阻取值太多。电阻取值太多。理想集成运放工作在理想集成运放工作在线性区的两个重要特线性区的两个重要特点：虚短、虚断点：虚短、虚断)2D2D2D2(DR2UI001122333REF00112233iDi

4、DiDiDI根据叠加原理根据叠加原理二、二、T T型电阻网络型电阻网络DACDAC在理想情况下，该电路有如下特点：在理想情况下，该电路有如下特点： l 不论网络中开关是接地或接不论网络中开关是接地或接VREFVREF，网络中，网络中P P0 0、P Pl l、P P2 2、P P3 3向向 左看或向右看的等效电阻均为左看或向右看的等效电阻均为 2R2R，且网络在，且网络在点处的输出点处的输出 电阻总是一个恒定值，其值为电阻总是一个恒定值，其值为3R3R。 l 网络中网络中S Si i开关接通开关接通V VREFREF，而其它开关接地时，该位支路注入，而其它开关接地时，该位支路注入 点的电流与本

5、位二进制的权成正比。点的电流与本位二进制的权成正比。30iii4REF001122334REF001122332DR32V)2D2D2D2D(R32VIDIDIDIDI支路等效电路支路等效电路 时：当R3RF30iii4REFFO2D2VRIVn n位位T T形电阻网络，其输出电压表达式为：形电阻网络，其输出电压表达式为：1n0iiinREFO2D2VV特点：特点：电流相加型，电流相加型， 电阻取值相等电阻取值相等, , 流过开关的电流变化较大。流过开关的电流变化较大。 iniinREFoDVv223210特点：特点：电压相加型，电压相加型， 流过开关的电流变化流过开关的电流变化较大。较大。三

6、、倒三、倒T T型电阻网络型电阻网络DACDACiniinREFoFDVvRR2210时：当特点：特点：电流相加型，开关的接触电阻影响转换精度。电流相加型，开关的接触电阻影响转换精度。特点：特点：为了克服模拟开关的导通电阻对为了克服模拟开关的导通电阻对DACDAC的转换精度的转换精度的影响，引入了电流激励型的影响，引入了电流激励型DACDAC。用恒定电流源。用恒定电流源I IREFREF，使，使注入各支路的电流为恒定值，模拟开关用电流开关，这注入各支路的电流为恒定值，模拟开关用电流开关，这种开关工作在放大状态，而不是工作在饱和状态，从而种开关工作在放大状态，而不是工作在饱和状态，从而减小了开关

7、转换的延迟时间，提高了工作速度。减小了开关转换的延迟时间，提高了工作速度。 四、电流激励型四、电流激励型DACDAC6-1-2 6-1-2 集成集成DACDAC的组成的组成1. 1. 仅集成电阻网络和模拟开关。仅集成电阻网络和模拟开关。2. 2. 集成了电阻网络、模拟开关、参考电集成了电阻网络、模拟开关、参考电 源和输出运算放大器。源和输出运算放大器。3. 3. 除上之外，还集成了外围接口电路除上之外，还集成了外围接口电路 带输入缓冲器或锁存器带输入缓冲器或锁存器 带输入数据分配器带输入数据分配器 带输入串并变换器带输入串并变换器 带输入带输入FIFOFIFO 6-1-3 DAC6-1-3 D

8、AC的主要技术指标的主要技术指标 分辨率是分辨率是DACDAC的最小输出电压的最小输出电压V VLSBLSB和满量程输出电压和满量程输出电压V VFSRFSR之比。之比。V VLSBLSB是指输入的数字量为是指输入的数字量为1 1时的输出电压，它时的输出电压，它等于输入数字量最低位发生变化时对应的输出电压的等于输入数字量最低位发生变化时对应的输出电压的变化量，变化量，V VFSRFSR是指输入的数字量每一位都为是指输入的数字量每一位都为1 1时的输出时的输出电压，也称为最大输出电压。对于电压，也称为最大输出电压。对于n n位的位的DACDAC121VVnFSRLSB分辨率位数越多分辨率越高位数

9、越多分辨率越高 一、分辨率一、分辨率二、转换误差二、转换误差 失调误差失调误差 增益误差增益误差 非线性误差非线性误差 转换误差包括由于参考电压偏离标准值、运算放大器零转换误差包括由于参考电压偏离标准值、运算放大器零点漂移、模拟开关存在压降以及电阻阻值偏差等原因引起的点漂移、模拟开关存在压降以及电阻阻值偏差等原因引起的误差。转换误差可以用误差。转换误差可以用V VFSRFSR的百分数表示，也可以用的百分数表示，也可以用V VLSBLSB的倍的倍数表示。如数表示。如 表示转换误差为最小输出电压的一半，表示转换误差为最小输出电压的一半，0.2%FSR0.2%FSR则表示转换误差与满量程输出电压之比

10、为则表示转换误差与满量程输出电压之比为0.2%0.2%。 LSB21三、转换速度三、转换速度 转换速度是指从输入数字信号变化，到输出电流或转换速度是指从输入数字信号变化，到输出电流或电压达到稳态值所需要的时间，也称作输出建立时间。电压达到稳态值所需要的时间，也称作输出建立时间。通常，把建立时间大于通常，把建立时间大于300s300s的的DACDAC称为低速称为低速DACDAC、1010300s300s的称为中速的称为中速DACDAC、0.010.0110s10s的称为高速的称为高速DACDAC、小于、小于0.01s0.01s的称为超高速的称为超高速DACDAC。从从DAC输入发生阶跃到输入发生

11、阶跃到输出稳定在规定的误差输出稳定在规定的误差范围内所需的最大时间范围内所需的最大时间。 表表8-1-1 几种集成几种集成DAC参数参数型号型号位数位数建立时间建立时间精度精度说明说明DAC083281s0.2%FSR外接放大器，低功耗外接放大器，低功耗AD7524865ns0.2%FSR高速高速DAC-08885ns0.1%FSR高速高速AD976885ns0.075%FSR超高速，内含参考电源超高速，内含参考电源AD752010500 ns1/2LSB中速中速DAC-02102s0.1%FSR中速、内含放大器中速、内含放大器AD7848122.5s1%FSR中速、内含中速、内含FIFOAD

12、7542120.25s0.1%FSR高速高速DAC1210121s0.05%FSRZD394MZ143s0.005%FSR高精度高精度DAC-16160.5s0.5%FSRAD75461610s0.0125%FSRDAC11381810s0.0002%FSR高精度、内含参考电源高精度、内含参考电源AD1862200.35s串行输入、内含参考电源串行输入、内含参考电源6-1-4 6-1-4 集成集成DACDAC芯片的选择芯片的选择 首先要考虑转换精度和转换速度等参数，然首先要考虑转换精度和转换速度等参数，然后考虑如下几个方面：后考虑如下几个方面： 输入数字量的特征：输入数字量的特征：输入数字量的

13、位数、编码方式、并行输输入数字量的位数、编码方式、并行输 入还是串行输入，逻辑电平的高低入还是串行输入，逻辑电平的高低(TTL(TTL、CMOSCMOS或或ECL) ECL) 等。等。 输出特性：输出特性：电流输出或电压输出、输出模拟量的范围、驱动电流输出或电压输出、输出模拟量的范围、驱动 负载的能力等。负载的能力等。 参考电源的特征：参考电源的特征：如参考电源是内附还是外接、是恒定的还如参考电源是内附还是外接、是恒定的还 是可变的、是双极性还是单极性等。是可变的、是双极性还是单极性等。 动态特性：动态特性：如输入数字量的更新周期、数据能够保持的时间如输入数字量的更新周期、数据能够保持的时间

14、、从数据输入到稳定输出所允许的延迟时间。、从数据输入到稳定输出所允许的延迟时间。 电源特性：电源特性：如单电源供电或双电源供电、器件功耗等。如单电源供电或双电源供电、器件功耗等。 工作环境要求：工作环境要求：环境温度、湿度要求，电源波动要求等。环境温度、湿度要求，电源波动要求等。 数字接口特性：数字接口特性：主要是与计算机连接时的接口要求和控制时主要是与计算机连接时的接口要求和控制时 序的匹配要求等。序的匹配要求等。6-1-5 6-1-5 典型集成典型集成DACDAC应用举例应用举例DAC0832DAC0832原理图原理图l DAC0832 DAC0832内倒内倒T T形网络形网络l DAC0

15、832 DAC0832双缓冲工作方式连接图和时序图双缓冲工作方式连接图和时序图l DAC0832 DAC0832单缓冲和直通工作方式单缓冲和直通工作方式70822iiiREFoDVv6-2 集成模数转换器（集成模数转换器（ADC） ADC ADC的框图的框图 ADCADC：把模拟信号转换为一定格式的数字量。把模拟信号转换为一定格式的数字量。REFAVtvD/ )(6-2 集成模数转换器（集成模数转换器（ADC） 6-2-1 A/D6-2-1 A/D转换的一般过程转换的一般过程6-2-2 6-2-2 常用常用A/DA/D转换技术转换技术6-2-3 6-2-3 集成集成ADCADC的组成的组成6-

16、2-4 ADC6-2-4 ADC的主要技术参数的主要技术参数6-2-5 6-2-5 集成集成ADCADC芯片的选择芯片的选择6-2-6 6-2-6 典型集成典型集成ADCADC应用举例应用举例 把模拟信号转换为数字量一般要经过采样、把模拟信号转换为数字量一般要经过采样、保持、量化和编码等四个步骤。采样和保持通常保持、量化和编码等四个步骤。采样和保持通常由采样保持电路完成。由采样保持电路完成。 一、采样和保持一、采样和保持采样采样: 将时间上连续变化的信号转换为时间上离散将时间上连续变化的信号转换为时间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一

17、系列等间隔的脉冲，且脉冲幅值取决于输入模拟量的幅等间隔的脉冲，且脉冲幅值取决于输入模拟量的幅值值 。采样电路框图采样电路框图 输入的模输入的模拟信号拟信号采样后的采样后的输出信号输出信号 周期性的采周期性的采样脉冲信号样脉冲信号 采样定理：采样定理：设采样脉冲设采样脉冲s(t)s(t)的频率为的频率为f fs s，输入模拟，输入模拟信号信号V VA A(t)(t)的最高频率分量的频率为的最高频率分量的频率为f fmaxmax，必须满足，必须满足 f fs s 2 2f fmaxmax,v(t),v(t)才可以正确的反映输入信号才可以正确的反映输入信号( (从而从而能不失真地恢复原模拟信号能不失

18、真地恢复原模拟信号) )。 采样过程波形图采样过程波形图 l 保持电路保持电路 采样脉冲作用期间内，采样采样脉冲作用期间内，采样开关开关T T导通，输入信号导通，输入信号V VA A(t)(t)通过通过采样开关采样开关T T给电容给电容C C充电。采样开充电。采样开关导通电阻很小，充电时间常数关导通电阻很小，充电时间常数远小于采样脉冲的宽度，使电容远小于采样脉冲的宽度，使电容C C上的电压上的电压V VC C在小于采样脉冲宽度在小于采样脉冲宽度的时间内充到和输入电压的时间内充到和输入电压V VA A(t)(t)相相同的值，该值贮存在电容同的值，该值贮存在电容C C上。上。当采样脉冲过去后，因运

19、算放大当采样脉冲过去后，因运算放大器输入阻抗很大，且采样开关断器输入阻抗很大，且采样开关断开电阻也很大，电容漏电很小，开电阻也很大，电容漏电很小，存贮在电容存贮在电容C C上的电压上的电压V VC C基本保持基本保持不变。不变。 采样保持电路及波形采样保持电路及波形二、量化和编码二、量化和编码量化：量化：将采样保持电路的输出电压幅度进行离散将采样保持电路的输出电压幅度进行离散化的处理，离散后的电平称为量化电平化的处理，离散后的电平称为量化电平 。量化误差：量化误差：将采样电压按一定的等级进行量化所将采样电压按一定的等级进行量化所产生的误差产生的误差 。量化方法：量化方法：一般采用只舍不入（去零

20、求整）和四一般采用只舍不入（去零求整）和四舍五入两种方法。舍五入两种方法。 编码：编码：用二进制码表示离散电平。用二进制码表示离散电平。 四舍五入四舍五入 去零求整去零求整把把0 07V7V的输入电压范的输入电压范围分为围分为8 8级，每一级为级，每一级为1V1V，即量化后的电压取，即量化后的电压取值为值为0V0V、1V1V、7V7V。 OGOGOGMAXOGOGOGMAXv7V V7v V2v1V V1v V1v V0v V12.v6.5V V7v V5 . 1v0.5V V1v V5 . 0v V0v V5 . 0 1. 去去零零求求整整量量化化误误差差：四四舍舍五五入入量量化化误误差差：

21、l 量化误差量化误差一、并行型一、并行型A/DA/D转换器转换器二、串二、串/ /并型并型A/DA/D转换器转换器三、逐次比较型三、逐次比较型A/DA/D转换器转换器四、双积分型四、双积分型A/DA/D转换器转换器一、并行型一、并行型A/DA/D转换器转换器REF8REF7REF6REF5REF4REF3REF2REF1V1615vV1613vV1611vV169vV167vV165vV163vV161v l 并行型并行型A/D转换器量化和编码转换器量化和编码12345670246142QQQQQQQD QQQD QD 二、逐次比较型二、逐次比较型A/DA/D转换器转换器特点：特点：转换速度中

22、速（几十转换速度中速（几十K K到几百到几百KHzKHz），成本较），成本较 底。底。 逐次比较型逐次比较型A/DA/D转换器由电压比较器、控制电路、转换器由电压比较器、控制电路、DACDAC、数码设定器和输出数码寄存器组成。其转换方法、数码设定器和输出数码寄存器组成。其转换方法是将输入模拟量是将输入模拟量V VA A同同DACDAC的输出电压的输出电压V VF F做若干次比较，做若干次比较，使设定的数字量逐次逼近输入模拟量。所以也称这种使设定的数字量逐次逼近输入模拟量。所以也称这种ADCADC为逐次逼近为逐次逼近ADCADC。 二、逐次比较型二、逐次比较型A/DA/D转换器转换器l12位二进

23、制位二进制A/D转换电压转换电压2865（量化单位）的比较过程（量化单位）的比较过程l 逐次比较型逐次比较型ADC的的VF波形图波形图（V VA A=2865=2865量化单位）量化单位）三、双积分型三、双积分型A/DA/D转换器转换器 双积分双积分ADCADC的原理是先把被转换电压的原理是先把被转换电压 V VA A变换成与变换成与V VA A成正比的时间间隔成正比的时间间隔tt，然后用频率恒定的计数脉冲在，然后用频率恒定的计数脉冲在时间间隔时间间隔tt内进行计数，最后由计数值内进行计数，最后由计数值N N得到与得到与V VA A成正成正比的数字量。比的数字量。 双积分双积分ADCADC的原

24、理框图如图所示。它由输入转换开关的原理框图如图所示。它由输入转换开关S S、积分器、积分器( (由电阻由电阻R R、电容、电容C C和运算放大器组成和运算放大器组成) )、电压、电压比较器比较器( (又称过零鉴别器又称过零鉴别器) )、脉冲产生器、控制电路和、脉冲产生器、控制电路和计数器等组成。计数器等组成。双积分型双积分型ADCADC原理图原理图 双积分双积分ADCADC工作波形工作波形 1 1、开始时，计数器为零，电容、开始时，计数器为零，电容C C上电压为零。上电压为零。2 2、第一阶段：、第一阶段：S S1 1接通，接通，S S2 2断开，积分器对断开，积分器对V VA A积分，积分，

25、G G为为高，门开，计数器计数，直到计满，计数器重新回零。高，门开，计数器计数，直到计满，计数器重新回零。3 3、第二阶段：、第二阶段：S S2 2接通，接通，S S1 1断开，积分器对断开，积分器对-V-VREFREF积分，积分，G G为高，门开，计数器计数，直到为高，门开，计数器计数，直到G G低，门关，计数器停低，门关，计数器停止计数。止计数。l 双积分型双积分型A/D转换器工作原理转换器工作原理1CPA1AT0A0NTvRC1TvRC1dtvRC1v1 2CPREFREF0t0REF0NTVRC1tVRC1v ; 0dtVRC1v REFA12VvNN s 0.42000101012N

26、2T2TT31CP1MAX V 107. 162000369VNNVREF12A 例例8-2-1 8-2-1 设双积分设双积分ADCADC中计数器是十进制的，其最大容中计数器是十进制的，其最大容量量N N1 1=(2000)=(2000)1010，时钟频率，时钟频率f fCPCP=10kHz=10kHz，V VREFREF=-6V=-6V，求：，求： 完成一次转换的最长时间；完成一次转换的最长时间； 当计数器输出的计数值为当计数器输出的计数值为N N2 2=(369)=(369)1010时，对应的输时，对应的输入电压入电压V VA A的值。的值。当计数值为当计数值为N N2 2=(369)=(

27、369)1010时时解：解：当当ADCADC第一次和第二次积分时，计数器都计到最大第一次和第二次积分时，计数器都计到最大 值时，所需时间最长，因此，最长转换时间为：值时，所需时间最长，因此，最长转换时间为：l 3位半BCD码双积分型ADC功能图模数转换器 ICL7135连接图和工作时序图1 1、抗干扰能力强。、抗干扰能力强。2 2、电路结构简单。、电路结构简单。3 3、编码方便。、编码方便。4 4、转换速度低。、转换速度低。l 双积分型双积分型A/D转换器转换器的特点的特点1 1、 仅集成量化编码器电路。仅集成量化编码器电路。2 2、 集成了集成了S-HS-H电路和量化编码器电路。电路和量化编

28、码器电路。3 3、 除上之外，还集成了外围接口电路。除上之外，还集成了外围接口电路。、带有各种输出接口、带有各种输出接口、带有多路输入通道选择、带有多路输入通道选择、带有内部存储器、带有内部存储器、带有输出分配电路、带有输出分配电路、带有微处理器的可编程、带有微处理器的可编程ADCADC 一、分辨率：分辨率是指输出数字量最低位变化时所一、分辨率：分辨率是指输出数字量最低位变化时所对应的输入模拟量的变化量。即对应的输入模拟量的变化量。即ADCADC所能分辨的输入模所能分辨的输入模拟量的最小值。因此，当拟量的最小值。因此，当ADCADC的位数为的位数为n n，最大输入电，最大输入电压为压为V VM

29、AXMAX时时 MAXn1V21分辨率二、转换误差：二、转换误差：绝对误差：定义为输出数字量对应的理论模绝对误差：定义为输出数字量对应的理论模拟值与实际输入模拟值之间的差值（拟值与实际输入模拟值之间的差值（1/2LSB, 1/2LSB, 1LSB) 1LSB) 。相对误差：定义为上述差值与额定最大输入相对误差：定义为上述差值与额定最大输入模拟值的百分数（模拟值的百分数（ 0.05%0.05%， 0.1%)0.1%)。三、转换时间：三、转换时间：ADCADC完成一次转换所需的时间。完成一次转换所需的时间。 转换误差除量化误差外，还包括由电路本身引转换误差除量化误差外，还包括由电路本身引起的失调误

30、差、增益误差和非线性误差等，常用相对起的失调误差、增益误差和非线性误差等，常用相对误差和绝对误差两种方式表示。误差和绝对误差两种方式表示。 要考虑的因素：要考虑的因素：一、输入模拟量的性质一、输入模拟量的性质二、系统对分辨率、转换精度、转换时间等的要求二、系统对分辨率、转换精度、转换时间等的要求三、参考电压三、参考电压四、输出要求四、输出要求五、控制时序五、控制时序六、环境要求六、环境要求七、功耗、体积、成本等七、功耗、体积、成本等l 集成集成ADC产品的选择产品的选择表表8-2-3 8-2-3 几种集成几种集成ADCADC参数参数型号型号位数位数转换时间转换时间精度精度说明说明AD9002A

31、DAD9002AD8 8125MHz125MHz0.5LSB0.5LSB并行型，不用并行型，不用S-HS-HAN6859AN6859101020M20M1LSB1LSB并行型，不用并行型，不用S-HS-HAD7824KNAD7824KN8 82s2s1LSB1LSB串串/ /并行型，并行型，4 4通道通道AD578AD57812125s5s0.075%FSR0.075%FSR串串/ /并行型并行型ADC0809ADC08098 8100s100s1LSB1LSB逐次比较型，逐次比较型，8 8通道通道AD574AAD574A121225s25s0.0125%FSR0.0125%FSR逐次比较型逐

32、次比较型ICL7115ICL7115141440s40s0.1%FSR0.1%FSR逐次比较型逐次比较型MAX195MAX19516169.4s9.4s0.003%FSR0.003%FSR逐次比较型，串行输出逐次比较型，串行输出ICL7106ICL71063 3位半位半BCDBCD333ms333ms1 1字字双积分，带显示驱动双积分，带显示驱动ICL7135ICL71354 4位半位半BCDBCD333ms333ms1 1字字双积分，分时输出双积分，分时输出AK5326-VPAK5326-VP161648kHz48kHz5%FSR5%FSR-型，串行输出，双通道型，串行输出，双通道AD771

33、0AD771024241 kHz1 kHz0.005%FSR0.005%FSR-型，双通道，带可编程放大型，双通道，带可编程放大器和滤波器器和滤波器l ADC0809ADC0809 ADC0809 ADC0809时序图时序图 l MC14433 MC14433的应用的应用 MCl4433 MCl4433是为是为5G144335G14433、CHl4433CHl4433。具有自动调零、自动转。具有自动调零、自动转换美国摩托罗拉公司生产的单片换美国摩托罗拉公司生产的单片3 3位半双积分式位半双积分式ADCADC，具有自动，具有自动调零、自动转换极性功能，内含时钟振荡器，仅需外接一只振调零、自动转换

34、极性功能，内含时钟振荡器，仅需外接一只振荡电阻。能获得超量程荡电阻。能获得超量程(OR)(OR)、欠量程、欠量程(UR)(UR)信号，便于实现自动信号，便于实现自动转换量程。电压量程分两挡：转换量程。电压量程分两挡：200mV200mV、2V2V，最大显示值分别为，最大显示值分别为199.9mV199.9mV、1.999V1.999V。 MC14433124219181716151413121110987654320232221VAGVREFVIVEEVSSR1R1/C1C1C01C02DUCLICLOEOCORDS4DS3DS1DS2Q0Q1Q3Q2VDDl MC14433MC14433管脚

35、图管脚图 MC14433124219181716151413121110987654320232221VAGVREFVIVEEVSSR1R1/C1C1C01C02DUCLICLOEOCORDS4DS3DS1DS2Q0Q1Q3Q2VDDV VDDDD、V VEEEE、V VSSSS：分别为正电源、：分别为正电源、负电源和地，负电源和地，V VREFREF、V VAGAG：分别为基准电源正：分别为基准电源正端和模拟地，对于端和模拟地，对于200mV200mV电压量电压量程，程，V VREFREF端输入端输入200mV200mV的基准电压；的基准电压；对于对于2V2V电压量程，电压量程，V VREF

36、REF端输入端输入2V2V的基准电压；的基准电压；V VI I：模拟电压输入端；：模拟电压输入端；R R1 1、R R1 1/C/C1 1、C C1 1：分别为外接积：分别为外接积分电阻、积分电容端；分电阻、积分电容端；C C0101、C C0202：外接自动调零电容：外接自动调零电容端；端；DLDL：实时控制端，亦称数据更：实时控制端，亦称数据更新端，输入一个正脉冲，则本次新端，输入一个正脉冲，则本次A/DA/D转换结果输出，否则输出端转换结果输出，否则输出端仍保持原有数据不变，一般情况仍保持原有数据不变，一般情况下，将下，将DLDL与与EOCEOC端相连，则每次端相连，则每次A/DA/D转

37、换结果都被输出。转换结果都被输出。CLCLI I、CLCLO O：分别为时钟输入、：分别为时钟输入、输出端，外接振荡电阻即可产生输出端，外接振荡电阻即可产生时钟信号。时钟信号。Q Q3 3Q Q0 0：数据输出端，分时输出转换结：数据输出端，分时输出转换结 果的个、十、百、千位数值的果的个、十、百、千位数值的 BCDBCD码（千位的输出特殊）。码（千位的输出特殊）。OR :EOCEOC：A/DA/D转换结束标志输出端，正脉冲转换结束标志输出端，正脉冲输出；输出； 超量程信号输出端，低电平有效；超量程信号输出端，低电平有效；DS4DS4DS1DS1：为输出位的选通信号输出端：为输出位的选通信号输

38、出端 千位千位百位百十位 个位EOCDS1DS2DS3DS4Q3-Q0 MC14433MC14433的时序图的时序图 DS1DS4分别输出正脉冲，用作动态扫描显示分四次分别输出转换结果的千位、百位、十位和各位。 aabbccddeeffggaabbccddeeffggaabbccddeeffggaabbccddeeffgg反相驱动电路门MC1413显示译码器CD451111MC14433DS4DS3DS2DS1Q0Q1Q3Q2CLICLOR2R1C1C2R1C1R1/C1C01C02VEEVSSVAGVDD-5V地+5VVIVINVREF+2VDUEOC MC14433 MC14433构成的数

39、字电压表构成的数字电压表 数字集成电路按其用途可分为数字集成电路按其用途可分为通用集成电路：通用集成电路：它们一般功能单一，规模较小，它们一般功能单一，规模较小，74/5474/54系列系列TTLTTL器件和器件和C4000C4000系列系列CMOSCMOS器件均属通用集成电路。器件均属通用集成电路。专用集成电路专用集成电路( (简称简称ASIC)ASIC)：专门为某一应用领域或为专门用专门为某一应用领域或为专门用户需要而设计、制造的户需要而设计、制造的 LSILSI、VLSIVLSI电路，它可将某些专用电电路，它可将某些专用电路路 或电子系统设计在一块芯片上，构成单片集成系统。或电子系统设计

40、在一块芯片上，构成单片集成系统。ASICASIC又分为全定制、半定制产品又分为全定制、半定制产品 。ASIC (Application-specific Integrated Circuit）半定制：半定制：半定制电路是先由半定制电路是先由ICIC制造商制成标准的半制造商制成标准的半成品，再按照用户的要求对半成品进行加工，实现成品，再按照用户的要求对半成品进行加工，实现特定的功能。半定制电路在半成品中已集成了大量特定的功能。半定制电路在半成品中已集成了大量的具有一定逻辑功能的模块，但模块之间的连线不的具有一定逻辑功能的模块，但模块之间的连线不确定，按用户要求进行后加工时才确定各模块间的确定，按

41、用户要求进行后加工时才确定各模块间的连接关系，从而得到所需的电路。连接关系，从而得到所需的电路。全定制：全定制：全定制和定制电路是按用户要求，专门设全定制和定制电路是按用户要求，专门设计和生产的芯片，由于设计和试制费用高，这种电计和生产的芯片，由于设计和试制费用高，这种电路一般只用在大批量生产的产品中。路一般只用在大批量生产的产品中。 可编程逻辑器件可编程逻辑器件(PLD)(PLD)：PLDPLD是使用最为广泛的一种半定是使用最为广泛的一种半定制电路制电路, ,芯片由制造厂生产，但用户可借用设计自动化软件芯片由制造厂生产，但用户可借用设计自动化软件和编程器自行设计和编程，可以反复编程实现数字系

42、统。可和编程器自行设计和编程，可以反复编程实现数字系统。可编程器件适合用户进行产品研制和开发。编程器件适合用户进行产品研制和开发。 PLD(Programmable Logic Device) 半定制电路分类：半定制电路分类：简单可编程逻辑器件（简单可编程逻辑器件（SPLD，Simple PLD )：电路结构较简单、规模较小（一般在一千门以下），电路结构较简单、规模较小（一般在一千门以下），SPLDSPLD包括包括PROMPROM、PLAPLA、PALPAL、GALGAL。 复杂可编程器件（复杂可编程器件（CPLDCPLD，Complex PLDComplex PLD）：）：一千门以上的可编程

43、器件。一千门以上的可编程器件。现场可编程门阵列（现场可编程门阵列（FPGAFPGA，Field Programmable Field Programmable GateArray)GateArray)：与与PLDPLD属于不同的分支，它是门阵列与可编程相属于不同的分支，它是门阵列与可编程相结合的产物，与结合的产物，与CPLDCPLD具有不同的电路结构。具有不同的电路结构。 高密度可编程器件（高密度可编程器件（HDPLD HDPLD ，High Density PLDHigh Density PLD） CPLDCPLD和和FPGAFPGA统称为统称为HDPLDHDPLD用用PLDPLD实现数字系

44、统的优点：实现数字系统的优点：1 1、高密度、高密度2 2、工作速度高、工作速度高3 3、在线可编程技术、在线可编程技术 ispisp4 4、设计工具不断完善、设计工具不断完善7-1 PLD7-1 PLD的基本原理的基本原理7-2 7-2 简单可编程逻辑器件简单可编程逻辑器件用用PLDPLD实现数字系统的基本过程：实现数字系统的基本过程：7-1-1 PLD7-1-1 PLD的基本组成的基本组成7-1-2 PLD7-1-2 PLD的编程的编程7-1-3 7-1-3 阵列结构阵列结构7-1-4 PLD7-1-4 PLD中阵列的表示方法中阵列的表示方法7-1 PLD7-1 PLD的基本原理的基本原理

45、 7-1-1 PLD 7-1-1 PLD的基本组成的基本组成 组合逻辑常用与或式表示，组合逻辑常用与或式表示，PLDPLD的核心结构的核心结构为为“与门阵列或门阵列与门阵列或门阵列” ” 输入电路与门阵列或门阵列输出电路输入 输出 互补输入与项 与或式 PLD PLD的核心结构的核心结构 7-1-2 PLD7-1-2 PLD的编程的编程PLD PLD 一次性编程一次性编程 可重复编程可重复编程 紫外线可擦除紫外线可擦除 电可擦除电可擦除 最早的最早的PLDPROMPLDPROM，以及，以及PLAPLA和和PALPAL，采用的都是熔丝编程，采用的都是熔丝编程方法，按要求烧断某些熔丝，以满足输出函

46、数的要求。这种编方法，按要求烧断某些熔丝，以满足输出函数的要求。这种编程方式属一次性编程（程方式属一次性编程（One Time ProgrammingOne Time Programming，简称，简称OTPOTP）。）。 7-1-3 7-1-3 阵列结构阵列结构 PLDPLD的与阵和或阵常用三极管（的与阵和或阵常用三极管（TTLTTL）或场效应管）或场效应管（MOSMOS）组成。）组成。0123WA B WA BWA B WA B 123FABABABFA BABABFABAB7-1-4 PLD7-1-4 PLD中阵列的表示方法中阵列的表示方法输入缓冲器输入缓冲器 与门与门 或门或门 与门三

47、种特殊情况与门三种特殊情况 阵列图阵列图 阵列图用来描述阵列图用来描述PLD PLD 中由与、或阵列所构成的中由与、或阵列所构成的逻辑电路。阵列图的一般表示形式是将上述输入缓逻辑电路。阵列图的一般表示形式是将上述输入缓冲器、与门和或门的描述方法组合起来。冲器、与门和或门的描述方法组合起来。 PLDPLD阵列的表示方法阵列的表示方法 7-2 7-2 简单可编程逻辑器件简单可编程逻辑器件(SPLD)(SPLD)简单可编程逻辑器件简单可编程逻辑器件SPLDSPLD共有四种，其结构特点为共有四种，其结构特点为类型类型与阵列与阵列或阵列或阵列输出方式输出方式编程方式编程方式PROMPROM固定固定可编程

48、可编程TSTS、OCOC熔丝熔丝PLAPLA可编程可编程可编程可编程H H、L L、TSTS、OCOC、寄存器、寄存器熔丝熔丝PALPAL可编程可编程固定固定H H、L L、TSTS、I/OI/O、寄存器、寄存器熔丝熔丝GALGAL可编程可编程固定固定可编程可编程电可擦除电可擦除7-2-1 7-2-1 可编程只读存储器可编程只读存储器PROMPROM7-2-2 7-2-2 可编程逻辑阵列可编程逻辑阵列PLAPLA7-2-3 7-2-3 可编程阵列逻辑可编程阵列逻辑PALPAL7-2-4 7-2-4 通用阵列逻辑通用阵列逻辑GALGAL1 1、组成原理、组成原理 7-2-1 7-2-1 可编程只

49、读存储器可编程只读存储器PROMPROM PROM PROM的内部结构可以等效为一个固定的地址译码器（选择的内部结构可以等效为一个固定的地址译码器（选择存储单元）和一个可编程的存储矩阵（存放代码或数据）。存储单元）和一个可编程的存储矩阵（存放代码或数据）。 PROMPROM的等效结构的等效结构 4 42 2的的PROMPROM 4 43 ROM3 ROM编程前后图编程前后图0101011010102101010FA AA AFA AA AA AFA AA AA A 010110210310WA AWA AWA A WA A 2 2、用、用ROMROM实现组合逻辑实现组合逻辑 用用PROMPROM实现逻辑函数时，输入信号从实现逻辑函数时，输入信号从PROMPROM的地址端加入，输的地址端加入，输出信号由出信号由PROMPROM的数据端产生。由于的数据端产生。由于PROMPROM的与阵列固定地生成了的与阵列固定地生成了输入变量的所有最小项，因此逻辑函数以最小项表达式