数字电子技术项目七数模和模数转换器课件

数控系统机床结构编码器数字电子技术主讲人：数控系统机床结构编码器数字电子技术主讲人：目录1数制和码制2逻辑门电路3组合逻辑电路4集成触发器5时序逻辑电路6脉冲信号的产生与整形7数模和模数转换器8大规模数字集成器件及应用目录1数制和码制2逻辑门电路3组合逻辑电路4集成触发器507集成触发器项目导读本项目系统介绍了D/A转换器及A/D转换器的基本工作原理。在D/A转换器中介绍了权电阻网络D/A转换器；在A/D转换器中分别介绍了直接转换器、间接转换器和集成转换器。能力目标通过数字电压表电路分析，学习D/A转换器及A/D转换器的基本概念及结构组成，让学生了解集成A/D转换器及其应用。任务7.1D/A转换器任务7.2A/D转换器任务浏览07集成触发器项目导读本项目系统介绍了D/A转换器及A/D转任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器1.电路结构如图7.1所示是一个4位权电阻网络D/A转换器，它主要是由权电阻网络D/A转换电路和求和运算放大器组成。其中，权电阻网络D/A转换电路是核心；求和运算放大器构成一个电流电压变换器，将流过各权电阻的电流相加，并转换成与输入数字量成正比的模拟电压输出。任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器1任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器2.工作原理（1）权电阻网络D/A转换电路的转换原理由图7.1可知，由于开关S0～S3都接1端，因此流入节点A的总电流可表示为：（2）求和运算放大器的输出电压求和运算放大器的作用是将流向A点的各权电阻电流求和后再转换成模拟电压，其输出电压为：任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器2任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器采用运算放大器进行电流电压变换有两个优点：一是起隔离作用，把负载电阻同权电阻网络隔离，以减少负载电阻对权电阻网络的影响；二是可以通过调节RF以控制满度值（即输入数字全为1）时输出电压的大小，使D/A转换器的输出达到设计要求。对于n位权电阻网络D/A转换器，对应的输出电压为：当RF=R/2时有：任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器采任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器【例7.1.1】在图7.1所示权电阻网络D/A转换器中，设VREF=-8V，R=R/2，试求：（1）当输入数字量D3D2D1D0=0001时，输出电压的值。（2）当输入数字量D3D2D1D0=1000时，输出电压的值。（3）当输入数字量D3D2D1D0=1111时，输出电压的值。解：将输入数字量的各位数值代入到式（7.1.4）可求得个输出电压值为：权电阻网络D/A转换器实现数字量到模拟量转换的原理易于理解且电路简单，使用电阻较少，这是它的优点。但也存在两个严重的缺点：一是各相邻电阻之间应严格保持一次相差一半的要求；二是最大阻值和最小阻值相差很大，当二进制数位数增多时，这种差别尤其严重。因此，要制造出能满足上述要求的高精度电阻是很困难的。这两个缺点在集中工艺中尤为突出。采用R-2R倒T型电阻网络D/A转换器，可克服上述缺点。任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器【7.1.2D/A转换器的主要参数1.分辨率转换精度是指D/A转换器实际输出的模拟电压与理论输出的模拟电压之间的最大误差。它不仅与D/A转换器中元件参数的精度有关，而且还与环境温度、求和运算放大器的温度漂移以及转换器的位数有关。所以要获得较高精度的D/A转换结果，除了正确选用D/A转换器的位数外，还要选用低漂移高精度的求和运算放大器。通常要求D/A转换器的误差小于ULSB/2。2.转换精度分辨率是指D/A转换器输出模拟电压的最小变化量与满度输出电压之比。最小输出电压变化量就是对应于输入数字量最低位（LSB）为1，其余各位为0时的输出电压，记为ULSB。满度输出电压就是对应于输入数字量的各位全是1时的输出电压，记为UFSR。对于一个n位的D/A转换器，分辨率可表示为：分辨率与D/A转换器的位数有关，位数越多，能够分辨的最小输出电压变化量就越小。如对于一个10位的D/A转换器，其分辨率是0.000978；也可以说其分辨率是10位。任务7.1D/A转换器3.转换时间转换时间是指D/A转换器在输入数字信号开始转换，到输出的模拟电压达到稳定值所需的时间。它是反映D/A转换器工作速度的指标。转换时间越短，工作速度就越高。7.1.2D/A转换器的主要参数1.分辨率转换精度是指D/7.2.1A/D转换的一般步骤1.采样—保持采样原理如图7.2所示：图（a）为采样原理图，它是一个受采样脉冲us控制的电子开关S，其工作波形如图（b）所示。任务7.2A/D转换器7.2.1A/D转换的一般步骤1.采样—保持任务7.2A7.2.1A/D转换的一般步骤由于A/D转换需要一定的时间，所以在每次采样结束后，应保持采样电压值在一段时间内不变，直到下次采样开始。这就要在采样后加上保持电路，实际采样—保持是由一个电路完成的，如图7.3（a）所示。采样波形如图7.3（b）所示。任务7.2A/D转换器7.2.1A/D转换的一般步骤由于A/D转换需要一定的时间7.2.1A/D转换的一般步骤2.量化与编码量化误差的大小与转换输出的二进制码的位数和基准电压VREF的大小有关，还与如何划分量化电平有关。具体划分如图7.4所示,任务7.2A/D转换器7.2.1A/D转换的一般步骤2.量化与编码任务7.2A7.2.2直接A/D转换器1.并联比较型A/D转换器图7.5所示为并联比较型A/D转换器电路结构图。任务7.2A/D转换器7.2.2直接A/D转换器1.并联比较型A/D转换器任务7.2.2直接A/D转换器电压比较器中量化电平的划分采用图7.6（b）所示的方法任务7.2A/D转换器7.2.2直接A/D转换器电压比较器中量化电平的划分采用图7.2.2直接A/D转换器代码转换器是一个组合逻辑电路。根据表7.1可以写出代码转换电路输出与输入间的逻辑函数式。按照式（7.2.1）即可得到图7.5中的代码转换电路。任务7.2A/D转换器7.2.2直接A/D转换器代码转换器是一个组合逻辑电路。根7.2.2直接A/D转换器2.反馈比较型A/D转换器图7.7所示是计数型A/D转换器的原理性框图。任务7.2A/D转换器7.2.2直接A/D转换器2.反馈比较型A/D转换器任务77.2.2直接A/D转换器逐次渐进型A/D转换器的工作原理可以用图7.8所示框图来说明。任务7.2A/D转换器7.2.2直接A/D转换器逐次渐进型A/D转换器的工作原理7.2.2直接A/D转换器下面再结合图7.9所示的逻辑电路具体说明一下逐次比较的过程。任务7.2A/D转换器7.2.2直接A/D转换器下面再结合图7.9所示的逻辑电路7.2.3间接A/D转换器1.双积分型A/D转换器在V-T变换型A/D转换器当中用得最多的是双积分型A/D转换器。图7.10所示的是双积分型A/D的原理性框图，它包含积分器、比较器、计数器、控制逻辑和时钟脉冲源几部分。图7.11所示的是图7.10中电路的电压波形图。任务7.2A/D转换器7.2.3间接A/D转换器1.双积分型A/D转换器任务7.7.2.3间接A/D转换器为了实现对上述双积分过程的控制，可以用图7.12所示的逻辑电路来完成。任务7.2A/D转换器7.2.3间接A/D转换器为了实现对上述双积分过程的控制，7.2.3间接A/D转换器2.V-F变换型A/D转换器V-F变换型A/D转换器的电路结构框图可以画成图7.13所示的形式，它由压控振荡器（VCO）、寄存器、计数器及其时钟信号控制闸门G等几部分组成。任务7.2A/D转换器7.2.3间接A/D转换器2.V-F变换型A/D转换器任务7.2.4集成A/D转换器MC14433是Motorola公司生产的CMOS型

位输出的双积分型模数转换器。它具有以下主要特点：（1）有两挡电压量程：200mV和2V。（2）具有自动零点调整和积极性识别功能。（3）支持外时钟和内时钟两种方式。（4）其数字量输出经过一个多路数据开关控制。MC14433A/D转换器采用双列直插24脚封装，图7.14所示为引脚排列图。任务7.2A/D转换器7.2.4集成A/D转换器MC14433是Motorola实训任务数字电压表的制作数字电压表是利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量，并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。通常数字电压表都采用大规模A/D转换集成电路，测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等各方面性能指标均明显优于指针式仪表。它可以构成数字万用表，还可以与各类传感器配合，组成数字式压力、温度、流量等能够使用计量检测仪器流量的各种实用计量检测仪表，还能方便地与微型计算机接口组成智能仪表。

1.目的（1）掌握数字电压表的设计、组装与调试方法。（2）熟悉集成电路MC14433、MC1413、CD4511和MC1403的使用方法，并掌握其工作原理。实训任务数字电压表的制作实训任务2.设计要求（1）设计数字电压表电路。（2）测量范围：直流电压0～1.999V、0～19.99V、0～199.9V、0～1999V。（3）组装调试位数字电压表。（4）画出数字电压表电路原理图，写出总结报告。（5）选做内容：自动切换量程。

实训任务2.设计要求

实训任务

实训任务

实训任务

实训任务

实训任务DS和EOC的时序关系是：在EOC脉冲结束后，紧接着DS1输出正脉冲，以下依次为DS2、DS3和DS4。其中DS1对应最高位（MSD），DS4对应最低位（LSD）。在对应DS2、DS3和DS4选通期间，Q0～Q3输出BCD全位数据，即以8421码方式输出对应的数字0～9；在DS1选通期间，Q0～Q3输出千位的半位数“0”或“1”及过量程、欠量程和极性标志信号。在位选信号DS1选通期间，Q0～Q3输出内容如下：Q3表示千位数，Q3=0代表千位数的数字显示为“1”；Q3=1代表千位数的数字显示为“0”。Q2表示被测电压的极性，Q2的电平为“1”，表示极性为正，即UX＞0；Q2的电平为“0”，表示极性为负，即UX＜0。显示数的负号（负电压）由MC1413中的一只晶体管控制，符号位的“－”阴极与千位数阴极接在一起，当输入信号UX为负电压时，Q2端输出置“0”，Q2负号控制位使得驱动器不工作，通过限流电阻RM使显示器的“－”（即g段）点亮；当输出信号UX为正电压时，Q2端输出置“1”，负号控制位使达林顿驱动器导通，电阻RM接地，使“－”（g段）旁路而熄灭。小数点显示是由正电源通过限流电阻RDP供电燃亮。若量程不同，则选通对应的小数点也不同。实训任务DS和EOC的时序关系是：在EOC脉冲结束后，紧接着实训任务

｛｛实训任务

｛｛知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。采用ICL7106A/D转换器的数字电压表1.ICL7106简介（1）ICL7106的性能特点①＋7V～＋15V单电源供电。可选9V叠层电池，有助于实现仪表的小型化。低功耗（约16mW），一节9V叠层电池能连续工作200h或间断使用半年左右。②输入阻抗高（1010Ω）。内设时钟电路、＋2.8V基准电压源、异或门输出电路，能直接驱动3位LCD显示器。③属于双积分式A/D转换器。A/D转换准确度达±0.05％，转换速率通常选2～5次／秒。具有自动调零、自动判定极性等功能。通过对芯片的功能检查，可迅速判定其质量好坏。④外围电路简单，仅需配5只电阻、5只电容和LCD显示器即可构成一块DVM。其抗干扰能力强，可靠性高。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。（2）ICL7106的工作原理ICL7106内部包括模拟电路和数字电路两大部分，二者是互相联系的。一方面由控制逻辑产生控制信号，按规定时序将多路模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行；另一方面模拟电路中的比较器输出信号又控制着数字电路的工作状态和显示结果。下面介绍各部分的工作原理。①模拟电路。模拟电路由双积分式A/D转换器构成，其电路如图7.16所示。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。主要由2.8V基准电压源（E0）、缓冲器（A1）、积分器（A2）、比较器（A3）和模拟开关等组成。缓冲器A4专门用来提高COM端带负载的能力，可为设计数字多用表的电阻挡、二极管挡和hFE挡提供便利条件。这种转换器具有转换准确度高、抗串模干扰能力强、电路简单及成本低等优点，适合做低速模／数转换。每个转换周期分三个阶段进行：自动调零（AZ）、正向积分（INT）、反向积分（DE），并按照AZ→INT→DE→AZ……的顺序进行循环。令计数脉冲的周期为TCP，每个测量周期共需4000TCP。其中，正向积分时间固定不变，T1＝1000TCP。仪表显示值：知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。将T1＝1000TCP，UREF＝100.0mV代入上式得：N＝10UIN或UIN＝0.1N.只要把小数点定在十位上，即可直接读结果。满量程时N＝2000，此时UM＝2UREF＝200mV，仪表显示超量程符号“1”。若需改装成2V量程的数字电压表，可按表7.2所示选择元件值。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。欲测量2V以上的直流电压，必须利用精密电阻分压器对UIN进行衰减。积分电阻应采用金属膜电阻，积分电容宜选绝缘性好、介质吸收系数小的聚苯乙烯电容或聚丙烯电容（BBC）。为了提高仪表抗串模干扰的能力，正向积分时间（又称采样时间）T1应是工频周期的整倍数。我国采用50Hz交流电网，其周期为20ms，应选：T1＝n·20（ms）.式中，n＝1，2，3，…。例如，取n＝2、4、5时，T1＝40ms、80ms、100ms，能有效地抑制50Hz干扰。这是因为积分过程有取平均值的作用，只要干扰电压的平均值为零，就不影响积分器输出。但n值也不宜过大，以免测量速率太低。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。②数字电路。数字电路如图7.17所示。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。数字电路主要包括8个单元：①时钟振荡器；②分频器；③计数器；④锁存器；⑤译码器；⑥异或门相位驱动器；⑦控制逻辑；⑧LCD显示器。时钟振荡器由ICL7106内部反相器F1、F2以及外部阻容元件R、C组成。若取R＝120kΩ，C＝100PF，则f0＝40kHz。f0经过4分频后得到计数频率fCP＝10kHz，即TCP＝0.1ms。此时测量周期T＝16000T0＝4000TCP＝0.4s，测量速率为2.5次／秒。f0还经过800分频，得到50Hz方波电压，接LCD的背电极BP。LCD须采用交流驱动方式，当电极a～g与背电极BP呈等电位时不显示；当二者存在一定的相位差时，液晶才显示。因此，可将两个频率与幅度相同而相位相反的方波电压分别加至某个段引出端与BP端之间，利用二者电位差来驱动该段显示。驱动电路采用异或门。其特点是当两个输入端的状态相异时（一个为高电平，另一个为低电平），输出为高电平；反之输出低电平。7段LCD驱动电路如图7.17所示。图中，加在a、b、c段上的方波电压与BP端方波电压的相位相反，存在电位差，使这三段显示。而d、e、f、g段消隐，故可显示数字“7”。显见，只要在异或门输入端加控制信号（即译码器输出的高、低电平），用以改变驱动器输出方波的相位，就能显示所需数字。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。（3）ICL7106的功能检查功能检查的目的是判断ICL7106质量的好坏，进而区分DVM或DMM的故障范围究竟在A/D转换器还是在外围电路。以200mV量程的DVM为例，功能检查分4步进行，内容如下：①检查零输入时的显示值。将ICL7106的IN＋端与IN一端短接，使UIN＝0V，仪表应显示“00.0”；②检查比例读数。将UREF端与IN＋端短接，用UREF来代替UIN，即UIN＝UREF＝100.0mV，仪表应显示“100.0”。此步骤称为“比例读数”检查，它表示UIN/UREF＝1时仪表的显示值；③检查全显示笔段。将TEST端接U＋端，令内部数字地变成高电平，全部数字电路停止工作。因每个笔段上部加有直流电压（注意：不是交流方波！），故仪表应显示全部笔段“1888”（此时小数点驱动电路也不工作）。为避免降低LCD使用寿命，做此步检查的时间应控制在1min之内；④检查负号显示及溢出显示。将IN＋端接U一端，使UIN远低于－200mV，仪表应显示“－1”。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。

知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。R4、C5依次为积分电阻和积分电容。仪表采用9V叠层电池供电，测量速率约2.5次／秒。IN－端、UREF－端、COM端互相短接。应用提示：1.数字电压表的具体应用电路何止千万，只要掌握了一些最基本的应用，就以举一反三地越来越熟练。熟能生巧，就能按照设计的构思去得心应手地用好它！2.尽管数字电压表的输入阻抗可以达到1000MΩ，但是，这个阻抗仅仅是对输入信号而言的，与通常电力系统泛称的“绝缘电阻”有着天壤之别！因此，千万不能把高于芯片供电电压的任何电压输入到电路中，以免造成损失或危险！知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。3.数字电压表属于一种测量工具，其本身的好坏直接影响到测量结果。因此，上面所有例子中，其使用的电阻要求精度均不能低于1%。在分流、分压和标准电阻链中，最好能够使用0.1%或0.5%精度的电阻。电路中使用的电容器也要求使用一种俗称为CBB的电容，除个别地方之外，一般是不能使用瓷介电容的。4.不要在电路本身没有送上工作电源的时候就加上信号，这会很容易损坏芯片；切断工作电源前也必须先把信号撤掉。5.数字电压表的使用和扩展应用，还必须很好地阅读产品供货商提供的说明书，千万不要急于送电。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成数控系统机床结构编码器本项目学习结束THANKS数控系统机床结构编码器本项目学习结束THANKS数控系统机床结构编码器数字电子技术主讲人：数控系统机床结构编码器数字电子技术主讲人：目录1数制和码制2逻辑门电路3组合逻辑电路4集成触发器5时序逻辑电路6脉冲信号的产生与整形7数模和模数转换器8大规模数字集成器件及应用目录1数制和码制2逻辑门电路3组合逻辑电路4集成触发器507集成触发器项目导读本项目系统介绍了D/A转换器及A/D转换器的基本工作原理。在D/A转换器中介绍了权电阻网络D/A转换器；在A/D转换器中分别介绍了直接转换器、间接转换器和集成转换器。能力目标通过数字电压表电路分析，学习D/A转换器及A/D转换器的基本概念及结构组成，让学生了解集成A/D转换器及其应用。任务7.1D/A转换器任务7.2A/D转换器任务浏览07集成触发器项目导读本项目系统介绍了D/A转换器及A/D转任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器1.电路结构如图7.1所示是一个4位权电阻网络D/A转换器，它主要是由权电阻网络D/A转换电路和求和运算放大器组成。其中，权电阻网络D/A转换电路是核心；求和运算放大器构成一个电流电压变换器，将流过各权电阻的电流相加，并转换成与输入数字量成正比的模拟电压输出。任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器1任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器2.工作原理（1）权电阻网络D/A转换电路的转换原理由图7.1可知，由于开关S0～S3都接1端，因此流入节点A的总电流可表示为：（2）求和运算放大器的输出电压求和运算放大器的作用是将流向A点的各权电阻电流求和后再转换成模拟电压，其输出电压为：任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器2任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器采用运算放大器进行电流电压变换有两个优点：一是起隔离作用，把负载电阻同权电阻网络隔离，以减少负载电阻对权电阻网络的影响；二是可以通过调节RF以控制满度值（即输入数字全为1）时输出电压的大小，使D/A转换器的输出达到设计要求。对于n位权电阻网络D/A转换器，对应的输出电压为：当RF=R/2时有：任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器采任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器【例7.1.1】在图7.1所示权电阻网络D/A转换器中，设VREF=-8V，R=R/2，试求：（1）当输入数字量D3D2D1D0=0001时，输出电压的值。（2）当输入数字量D3D2D1D0=1000时，输出电压的值。（3）当输入数字量D3D2D1D0=1111时，输出电压的值。解：将输入数字量的各位数值代入到式（7.1.4）可求得个输出电压值为：权电阻网络D/A转换器实现数字量到模拟量转换的原理易于理解且电路简单，使用电阻较少，这是它的优点。但也存在两个严重的缺点：一是各相邻电阻之间应严格保持一次相差一半的要求；二是最大阻值和最小阻值相差很大，当二进制数位数增多时，这种差别尤其严重。因此，要制造出能满足上述要求的高精度电阻是很困难的。这两个缺点在集中工艺中尤为突出。采用R-2R倒T型电阻网络D/A转换器，可克服上述缺点。任务7.1D/A转换器7.1.1权电阻网络D/A转换器【7.1.2D/A转换器的主要参数1.分辨率转换精度是指D/A转换器实际输出的模拟电压与理论输出的模拟电压之间的最大误差。它不仅与D/A转换器中元件参数的精度有关，而且还与环境温度、求和运算放大器的温度漂移以及转换器的位数有关。所以要获得较高精度的D/A转换结果，除了正确选用D/A转换器的位数外，还要选用低漂移高精度的求和运算放大器。通常要求D/A转换器的误差小于ULSB/2。2.转换精度分辨率是指D/A转换器输出模拟电压的最小变化量与满度输出电压之比。最小输出电压变化量就是对应于输入数字量最低位（LSB）为1，其余各位为0时的输出电压，记为ULSB。满度输出电压就是对应于输入数字量的各位全是1时的输出电压，记为UFSR。对于一个n位的D/A转换器，分辨率可表示为：分辨率与D/A转换器的位数有关，位数越多，能够分辨的最小输出电压变化量就越小。如对于一个10位的D/A转换器，其分辨率是0.000978；也可以说其分辨率是10位。任务7.1D/A转换器3.转换时间转换时间是指D/A转换器在输入数字信号开始转换，到输出的模拟电压达到稳定值所需的时间。它是反映D/A转换器工作速度的指标。转换时间越短，工作速度就越高。7.1.2D/A转换器的主要参数1.分辨率转换精度是指D/7.2.1A/D转换的一般步骤1.采样—保持采样原理如图7.2所示：图（a）为采样原理图，它是一个受采样脉冲us控制的电子开关S，其工作波形如图（b）所示。任务7.2A/D转换器7.2.1A/D转换的一般步骤1.采样—保持任务7.2A7.2.1A/D转换的一般步骤由于A/D转换需要一定的时间，所以在每次采样结束后，应保持采样电压值在一段时间内不变，直到下次采样开始。这就要在采样后加上保持电路，实际采样—保持是由一个电路完成的，如图7.3（a）所示。采样波形如图7.3（b）所示。任务7.2A/D转换器7.2.1A/D转换的一般步骤由于A/D转换需要一定的时间7.2.1A/D转换的一般步骤2.量化与编码量化误差的大小与转换输出的二进制码的位数和基准电压VREF的大小有关，还与如何划分量化电平有关。具体划分如图7.4所示,任务7.2A/D转换器7.2.1A/D转换的一般步骤2.量化与编码任务7.2A7.2.2直接A/D转换器1.并联比较型A/D转换器图7.5所示为并联比较型A/D转换器电路结构图。任务7.2A/D转换器7.2.2直接A/D转换器1.并联比较型A/D转换器任务7.2.2直接A/D转换器电压比较器中量化电平的划分采用图7.6（b）所示的方法任务7.2A/D转换器7.2.2直接A/D转换器电压比较器中量化电平的划分采用图7.2.2直接A/D转换器代码转换器是一个组合逻辑电路。根据表7.1可以写出代码转换电路输出与输入间的逻辑函数式。按照式（7.2.1）即可得到图7.5中的代码转换电路。任务7.2A/D转换器7.2.2直接A/D转换器代码转换器是一个组合逻辑电路。根7.2.2直接A/D转换器2.反馈比较型A/D转换器图7.7所示是计数型A/D转换器的原理性框图。任务7.2A/D转换器7.2.2直接A/D转换器2.反馈比较型A/D转换器任务77.2.2直接A/D转换器逐次渐进型A/D转换器的工作原理可以用图7.8所示框图来说明。任务7.2A/D转换器7.2.2直接A/D转换器逐次渐进型A/D转换器的工作原理7.2.2直接A/D转换器下面再结合图7.9所示的逻辑电路具体说明一下逐次比较的过程。任务7.2A/D转换器7.2.2直接A/D转换器下面再结合图7.9所示的逻辑电路7.2.3间接A/D转换器1.双积分型A/D转换器在V-T变换型A/D转换器当中用得最多的是双积分型A/D转换器。图7.10所示的是双积分型A/D的原理性框图，它包含积分器、比较器、计数器、控制逻辑和时钟脉冲源几部分。图7.11所示的是图7.10中电路的电压波形图。任务7.2A/D转换器7.2.3间接A/D转换器1.双积分型A/D转换器任务7.7.2.3间接A/D转换器为了实现对上述双积分过程的控制，可以用图7.12所示的逻辑电路来完成。任务7.2A/D转换器7.2.3间接A/D转换器为了实现对上述双积分过程的控制，7.2.3间接A/D转换器2.V-F变换型A/D转换器V-F变换型A/D转换器的电路结构框图可以画成图7.13所示的形式，它由压控振荡器（VCO）、寄存器、计数器及其时钟信号控制闸门G等几部分组成。任务7.2A/D转换器7.2.3间接A/D转换器2.V-F变换型A/D转换器任务7.2.4集成A/D转换器MC14433是Motorola公司生产的CMOS型

位输出的双积分型模数转换器。它具有以下主要特点：（1）有两挡电压量程：200mV和2V。（2）具有自动零点调整和积极性识别功能。（3）支持外时钟和内时钟两种方式。（4）其数字量输出经过一个多路数据开关控制。MC14433A/D转换器采用双列直插24脚封装，图7.14所示为引脚排列图。任务7.2A/D转换器7.2.4集成A/D转换器MC14433是Motorola实训任务数字电压表的制作数字电压表是利用A/D转换原理，将被测模拟量转换成数字量，并用数字方式显示测量结果的电子测量仪表。通常数字电压表都采用大规模A/D转换集成电路，测量精度高，读数方便，在体积、重量、耗电、稳定性及可靠性等各方面性能指标均明显优于指针式仪表。它可以构成数字万用表，还可以与各类传感器配合，组成数字式压力、温度、流量等能够使用计量检测仪器流量的各种实用计量检测仪表，还能方便地与微型计算机接口组成智能仪表。

1.目的（1）掌握数字电压表的设计、组装与调试方法。（2）熟悉集成电路MC14433、MC1413、CD4511和MC1403的使用方法，并掌握其工作原理。实训任务数字电压表的制作实训任务2.设计要求（1）设计数字电压表电路。（2）测量范围：直流电压0～1.999V、0～19.99V、0～199.9V、0～1999V。（3）组装调试位数字电压表。（4）画出数字电压表电路原理图，写出总结报告。（5）选做内容：自动切换量程。

实训任务2.设计要求

实训任务

实训任务

实训任务

实训任务

实训任务DS和EOC的时序关系是：在EOC脉冲结束后，紧接着DS1输出正脉冲，以下依次为DS2、DS3和DS4。其中DS1对应最高位（MSD），DS4对应最低位（LSD）。在对应DS2、DS3和DS4选通期间，Q0～Q3输出BCD全位数据，即以8421码方式输出对应的数字0～9；在DS1选通期间，Q0～Q3输出千位的半位数“0”或“1”及过量程、欠量程和极性标志信号。在位选信号DS1选通期间，Q0～Q3输出内容如下：Q3表示千位数，Q3=0代表千位数的数字显示为“1”；Q3=1代表千位数的数字显示为“0”。Q2表示被测电压的极性，Q2的电平为“1”，表示极性为正，即UX＞0；Q2的电平为“0”，表示极性为负，即UX＜0。显示数的负号（负电压）由MC1413中的一只晶体管控制，符号位的“－”阴极与千位数阴极接在一起，当输入信号UX为负电压时，Q2端输出置“0”，Q2负号控制位使得驱动器不工作，通过限流电阻RM使显示器的“－”（即g段）点亮；当输出信号UX为正电压时，Q2端输出置“1”，负号控制位使达林顿驱动器导通，电阻RM接地，使“－”（g段）旁路而熄灭。小数点显示是由正电源通过限流电阻RDP供电燃亮。若量程不同，则选通对应的小数点也不同。实训任务DS和EOC的时序关系是：在EOC脉冲结束后，紧接着实训任务

｛｛实训任务

｛｛知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。采用ICL7106A/D转换器的数字电压表1.ICL7106简介（1）ICL7106的性能特点①＋7V～＋15V单电源供电。可选9V叠层电池，有助于实现仪表的小型化。低功耗（约16mW），一节9V叠层电池能连续工作200h或间断使用半年左右。②输入阻抗高（1010Ω）。内设时钟电路、＋2.8V基准电压源、异或门输出电路，能直接驱动3位LCD显示器。③属于双积分式A/D转换器。A/D转换准确度达±0.05％，转换速率通常选2～5次／秒。具有自动调零、自动判定极性等功能。通过对芯片的功能检查，可迅速判定其质量好坏。④外围电路简单，仅需配5只电阻、5只电容和LCD显示器即可构成一块DVM。其抗干扰能力强，可靠性高。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。（2）ICL7106的工作原理ICL7106内部包括模拟电路和数字电路两大部分，二者是互相联系的。一方面由控制逻辑产生控制信号，按规定时序将多路模拟开关接通或断开，保证A/D转换正常进行；另一方面模拟电路中的比较器输出信号又控制着数字电路的工作状态和显示结果。下面介绍各部分的工作原理。①模拟电路。模拟电路由双积分式A/D转换器构成，其电路如图7.16所示。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。主要由2.8V基准电压源（E0）、缓冲器（A1）、积分器（A2）、比较器（A3）和模拟开关等组成。缓冲器A4专门用来提高COM端带负载的能力，可为设计数字多用表的电阻挡、二极管挡和hFE挡提供便利条件。这种转换器具有转换准确度高、抗串模干扰能力强、电路简单及成本低等优点，适合做低速模／数转换。每个转换周期分三个阶段进行：自动调零（AZ）、正向积分（INT）、反向积分（DE），并按照AZ→INT→DE→AZ……的顺序进行循环。令计数脉冲的周期为TCP，每个测量周期共需4000TCP。其中，正向积分时间固定不变，T1＝1000TCP。仪表显示值：知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。将T1＝1000TCP，UREF＝100.0mV代入上式得：N＝10UIN或UIN＝0.1N.只要把小数点定在十位上，即可直接读结果。满量程时N＝2000，此时UM＝2UREF＝200mV，仪表显示超量程符号“1”。若需改装成2V量程的数字电压表，可按表7.2所示选择元件值。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。欲测量2V以上的直流电压，必须利用精密电阻分压器对UIN进行衰减。积分电阻应采用金属膜电阻，积分电容宜选绝缘性好、介质吸收系数小的聚苯乙烯电容或聚丙烯电容（BBC）。为了提高仪表抗串模干扰的能力，正向积分时间（又称采样时间）T1应是工频周期的整倍数。我国采用50Hz交流电网，其周期为20ms，应选：T1＝n·20（ms）.式中，n＝1，2，3，…。例如，取n＝2、4、5时，T1＝40ms、80ms、100ms，能有效地抑制50Hz干扰。这是因为积分过程有取平均值的作用，只要干扰电压的平均值为零，就不影响积分器输出。但n值也不宜过大，以免测量速率太低。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。②数字电路。数字电路如图7.17所示。知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成知识拓展根据学校（院）数控机床的数量和学生的数量，把学生分成若干小组互相讲解数控机床的结构组成和各部分的功用。数字电路主要包括8个单元：①时钟振荡器；②分频器；③计数器；④锁存器；⑤译码器；⑥异或门相位驱动器；⑦控制逻辑；⑧LCD显示器。时钟振荡器由ICL7106内部反相器F1、F2以及外部阻容元件R、C组成。若取R＝120kΩ，C＝100PF，则f0＝40kHz。f0经过4分频后得到计数频率fCP＝10kHz，即TCP＝0.1ms。此时测量周期T＝16000T0＝4000TCP＝0.4s，测量速率为2.5次／秒。f0