数字逻辑第8章课件

概述

D/A转换器

A/D转换器第八章数－模和模－数转换概述D/A转换器A/D转换器第八章数－模和模11.模数转换器（简称：A/D转换器或ADC）定义：能将模拟量转换为数字量的电路。2.数模转换器（简称：A/D转换器或ADC）定义：能将数字量转换为模拟量的电路。一般结构概述计算机对生产进行实时控制的过程：

模拟量：温度、压力、湿度、流量、速度

电模拟量：电压、电流1.模数转换器（简称：A/D转换器或ADC）概述计算机对生2一、D/A转换电路原理内容：输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将各位的模拟量相加。数据锁存器：暂时存放输入的数字量。模拟电子开关：受数字量控制，将UREF按位切换到电阻译码网络中变成加权电流。集成运放：对加权电流求和，输出相应的模拟电压。一、D/A转换电路原理数据锁存器：暂时存放输入的数字量。3二、D/A转换器的构成1、二进制权电阻网络D/A转换器二、D/A转换器的构成1、二进制权电阻网络D/A转换器4希望用较少类型的电阻，仍然能得到一系列权电流2、倒T形电阻网络D/A转换器工作原理：电流分流形成加权值希望用较少类型的电阻，仍然能得到一系列权电流2、倒T形电阻网5RRRRRRRR6数字逻辑第8章课件7数字逻辑第8章课件8三、主要性能指标1、分辨率（理论精度）说明：DAC输出最小电压的能力。n位DAC可输出0~2n-1个不同的等级电压。指最小输出电压（仅最低位的输入数字量为1）与最大输出电压（各输入数字量全为1）之比。n：表示输入数字量的位数。n越大，分辨最小输出电压的能力也越强。2、转换精度实际输出模拟电压值与理论输出模拟电压值之差。3、建立时间（转换速度）从输入数字信号发生突变开始到输出模拟电压或电流达到稳定值时所用的时间。三、主要性能指标1、分辨率（理论精度）n：表示输入数字量的9第三节A/D转换器

A/D转换器的基本原理

A/D转换器的构成

主要性能指标第三节A/D转换器A/D转换器的基本原理A/D转换器10一、A/D转换电路原理内容：对输入的模拟电压信号取样,在保持阶段将取样的模拟量转换为数字量，并按照一定的编码形式给出转换结果。模拟电子开关S在采样脉冲CPS的控制下重复接通、断开的过程。S接通时，ui(t)对C充电，为采样过程；S断开时，C上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。一、A/D转换电路原理模拟电子开关S在采样脉冲CPS的控制11t0时刻S闭合，CH被迅速充电，电路处于采样阶段。uo＝ui。t1时刻采样阶段结束，S断开，电路处于保持阶段。若A2的输入阻抗为无穷大，S为理想开关，则CH没有放电回路，两端保持充电时的最终电压值不变，从而保证电路输出端的电压uo维持不变。1、取样(采样)-保持电路t0时刻S闭合，CH被迅速充电，电路处于采样阶段。uo＝ui122、量化与编码量化：将采样电压表示为最小数量单位（Δ）的整数倍编码：将量化的结果用代码表示出来（二进制，二-十进制）量化误差：当采样电压不能被Δ整除时，将引入量化误差。2、量化与编码13二、A/D转换器的构成1、并联比较型ADC二、A/D转换器的构成1、并联比较型ADC14数字逻辑第8章课件152、逐次渐近型（或称为逐次逼近）ADC转换开始前先将所有寄存器清零。将寄存器最高位置成1，使输出数字为100…0。这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与ui进行比较。若ui＞uo，保留1；若ui＜uo，去掉1，最高位改为0。再将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。2、逐次渐近型（或称为逐次逼近）ADC转换开始前先将所有寄存16100003位：5个CLKN位:(n+2)个CLK10017例：一个四位逐次逼近型ADC电路，参考电压VREF为5V,现加入的模拟电压vI=4.58V。求：ADC输出的数字是多少？解：第一步：使寄存器的状态为1000，由DAC转换为输出模拟电压所以寄存器最高位的1保留。第二步：寄存器的状态为1100，由DAC转换输出的电压所以寄存器次高位的1保留。例：一个四位逐次逼近型ADC电路，参考电压VREF为5V18所以寄存器最低位的1去掉，只能为0。

第三步：寄存器的状态为1110，由DAC转换输出的电压所以寄存器第三位的1也保留

第四步：寄存器的状态为1111，由DAC转换输出的电压所以，ADC输出数字量为1110。

所以寄存器最低位的1去掉，只能为0。第三步：寄存器的状态为19三、主要性能指标1、分辨率说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。2、转换误差：通常以输出误差最大值的形式给出，表示实际输出的数字量和理论上应有的输出数字量之间的差别。3、转换速度完成一次转换所需的时间。速度取决于电路结构类型 并联比较型：<1微秒 逐次渐近型：10~100微秒/次 双积分型：几十毫秒/次三、主要性能指标1、分辨率2、转换误差：速度取决于电路结构类20习题一、选择题1．一个无符号8位数字量输入的DAC，其分辨率为D位。A.1B.3C.4D.82．一个无符号10位数字输入的DAC，其输出电平的级数为CD。A.4B.10C.1024D.2103．一个无符号4位权电阻DAC，最低位处的电阻为40KΩ，则最高位处电阻为B。A.4KΩB.5KΩC.10KΩD.20KΩ4．4位倒T型电阻网络DAC的电阻网络的电阻取值有B种。A.1B.2C.4D.85．为使采样输出信号不失真地代表输入模拟信号，采样频率和输入模拟信号的最高频率的关系是C。A.fs≥fi(max)B.fs≤fi(max)C.fs≥2fi(max)D.fs≤2fi(max)

6．将一个时间上连续变化的模拟量转换为时间上断续（离散）的模拟量的过程称为A。A.采样B.量化C.保持D.编码习题217．用二进制码表示指定离散电平的过程称为D。A.采样B.量化C.保持D.编码8．将幅值上、时间上离散的阶梯电平统一归并到最邻近的指定电平的过程称为B。A.采样B.量化C.保持D.编码9．若某ADC取量化单位△=VREF/8，并规定对于输入电压uI，在0≤uI＜VREF/8时，认为输入的模拟电压为0V，输出的二进制数为000，则5VREF/8≤uI＜6VREF/8时，输出的二进制数为B。A.001B.101C.110D.11110．以下四种转换器，A是A/D转换器且转换速度最高。A.并联比较型B.逐次逼近型C.双积分型D.施密特触发器将模拟信号转换为数字信号，需要经过

采样、保持、量化、编码

四个过程。7．用二进制码表示指定离散电平的过程称为D。将22二、判断１.权电阻网络D/A转换器的电路简单且便于集成工艺制造，因此被广泛使用。（×）２.D/A转换器的最大输出电压的绝对值可达到基准电压VREF。（×）３.D/A转换器的位数越多，能够分辨的最小输出电压变化量就越小。（√）４.D/A转换器的位数越多，转换精度越高。（√）５.A/D转换器的二进制数的位数越多，量化单位△越小。（√）６.A/D转换过程中，必然会出现量化误差。（√）７.A/D转换器的二进制数的位数越多，量化级分得越多，量化误差就可以减小到0。（×）８.一个N位逐次逼近型A/D转换器完成一次转换要进行N次比较，需要N+2个时钟脉冲。（√）3位：5个CLK，N位:(n+2)个CLK９.双积分型A/D转换器的转换精度高、抗干扰能力强，因此常用于数字式仪表中。（√）１０.采样定理的规定，是为了能不失真地恢复原模拟信号，而又不使电路过于复杂。（√）二、判断23

概述

D/A转换器

A/D转换器第八章数－模和模－数转换概述D/A转换器A/D转换器第八章数－模和模241.模数转换器（简称：A/D转换器或ADC）定义：能将模拟量转换为数字量的电路。2.数模转换器（简称：A/D转换器或ADC）定义：能将数字量转换为模拟量的电路。一般结构概述计算机对生产进行实时控制的过程：

模拟量：温度、压力、湿度、流量、速度

电模拟量：电压、电流1.模数转换器（简称：A/D转换器或ADC）概述计算机对生25一、D/A转换电路原理内容：输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将各位的模拟量相加。数据锁存器：暂时存放输入的数字量。模拟电子开关：受数字量控制，将UREF按位切换到电阻译码网络中变成加权电流。集成运放：对加权电流求和，输出相应的模拟电压。一、D/A转换电路原理数据锁存器：暂时存放输入的数字量。26二、D/A转换器的构成1、二进制权电阻网络D/A转换器二、D/A转换器的构成1、二进制权电阻网络D/A转换器27希望用较少类型的电阻，仍然能得到一系列权电流2、倒T形电阻网络D/A转换器工作原理：电流分流形成加权值希望用较少类型的电阻，仍然能得到一系列权电流2、倒T形电阻网28RRRRRRRR29数字逻辑第8章课件30数字逻辑第8章课件31三、主要性能指标1、分辨率（理论精度）说明：DAC输出最小电压的能力。n位DAC可输出0~2n-1个不同的等级电压。指最小输出电压（仅最低位的输入数字量为1）与最大输出电压（各输入数字量全为1）之比。n：表示输入数字量的位数。n越大，分辨最小输出电压的能力也越强。2、转换精度实际输出模拟电压值与理论输出模拟电压值之差。3、建立时间（转换速度）从输入数字信号发生突变开始到输出模拟电压或电流达到稳定值时所用的时间。三、主要性能指标1、分辨率（理论精度）n：表示输入数字量的32第三节A/D转换器

A/D转换器的基本原理

A/D转换器的构成

主要性能指标第三节A/D转换器A/D转换器的基本原理A/D转换器33一、A/D转换电路原理内容：对输入的模拟电压信号取样,在保持阶段将取样的模拟量转换为数字量，并按照一定的编码形式给出转换结果。模拟电子开关S在采样脉冲CPS的控制下重复接通、断开的过程。S接通时，ui(t)对C充电，为采样过程；S断开时，C上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。一、A/D转换电路原理模拟电子开关S在采样脉冲CPS的控制34t0时刻S闭合，CH被迅速充电，电路处于采样阶段。uo＝ui。t1时刻采样阶段结束，S断开，电路处于保持阶段。若A2的输入阻抗为无穷大，S为理想开关，则CH没有放电回路，两端保持充电时的最终电压值不变，从而保证电路输出端的电压uo维持不变。1、取样(采样)-保持电路t0时刻S闭合，CH被迅速充电，电路处于采样阶段。uo＝ui352、量化与编码量化：将采样电压表示为最小数量单位（Δ）的整数倍编码：将量化的结果用代码表示出来（二进制，二-十进制）量化误差：当采样电压不能被Δ整除时，将引入量化误差。2、量化与编码36二、A/D转换器的构成1、并联比较型ADC二、A/D转换器的构成1、并联比较型ADC37数字逻辑第8章课件382、逐次渐近型（或称为逐次逼近）ADC转换开始前先将所有寄存器清零。将寄存器最高位置成1，使输出数字为100…0。这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与ui进行比较。若ui＞uo，保留1；若ui＜uo，去掉1，最高位改为0。再将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。2、逐次渐近型（或称为逐次逼近）ADC转换开始前先将所有寄存39100003位：5个CLKN位:(n+2)个CLK10040例：一个四位逐次逼近型ADC电路，参考电压VREF为5V,现加入的模拟电压vI=4.58V。求：ADC输出的数字是多少？解：第一步：使寄存器的状态为1000，由DAC转换为输出模拟电压所以寄存器最高位的1保留。第二步：寄存器的状态为1100，由DAC转换输出的电压所以寄存器次高位的1保留。例：一个四位逐次逼近型ADC电路，参考电压VREF为5V41所以寄存器最低位的1去掉，只能为0。

第三步：寄存器的状态为1110，由DAC转换输出的电压所以寄存器第三位的1也保留

第四步：寄存器的状态为1111，由DAC转换输出的电压所以，ADC输出数字量为1110。

所以寄存器最低位的1去掉，只能为0。第三步：寄存器的状态为42三、主要性能指标1、分辨率说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。2、转换误差：通常以输出误差最大值的形式给出，表示实际输出的数字量和理论上应有的输出数字量之间的差别。3、转换速度完成一次转换所需的时间。速度取决于电路结构类型 并联比较型：<1微秒 逐次渐近型：10~100微秒/次 双积分型：几十毫秒/次三、主要性能指标1、分辨率2、转换误差：速度取决于电路结构类43习题一、选择题1．一个无符号8位数字量输入的DAC，其分辨率为D位。A.1B.3C.4D.82．一个无符号10位数字输入的DAC，其输出电平的级数为CD。A.4B.10C.1024D.2103．一个无符号4位权电阻DAC，最低位处的电阻为40KΩ，则最高位处电阻为B。A.4KΩB.5KΩC.10KΩD.20KΩ4．4位倒T型电阻网络DAC的电阻网络的电阻取值有B种。A.1B.2C.4D.85．为使采样输出信号不失真地代表输入模拟信号，采样频率和输入模拟信号的最高频率的关系是C。A.fs≥fi(max)B.fs≤fi(max)C.fs≥2fi(max)D.fs≤2fi(max)

6．将一个时间上连续变化的模拟量转换为时间上断续（离散）的模拟量的过程称为A。A.采样B.量化C.保持D.编码习题447．用二进制码表示指定离散电平的过程称为D。A.采样B.量化C.保持D.编码8．将幅值上、时间上离散的阶梯电平统一归并到最邻近的指定电平的过程称为B。A.采样