计算机结构与逻辑设计课件计逻-安良第六章

外部信息与二进制代码之间的直接二进制码输入——输入设备的任务是将输入信息转换为二键盘输入——有些输入设备需要对输入的信息进行将按动按键形成的电信号转换成二进制代码的电路称为 模拟信息输打印输其他形式的输数模与模数

模数转换电路是将输入模拟信息转换为二进制数码的编。数模转换电路则是由二进制数码转换为模拟信息的译。7654321 0-------。例如，将4位输入码（原码）作为横标，输出的模拟电压为纵坐标，可 得到图6.8所示的转换特性。该转换参考线应该是一条常用的D/A转换方开关树译码方

n位D/A转换的任务是将2n个输入数据转换为与其数值成正比的2^n个模电压，最简单的方法就是产生 个标准电压，然后根据输入的二进码，将对应的电压切换到输出这种构思的D/A转换电图6.9这种方案只是在位数较少D/A转换中使用集成A/DADC0809部使用了这种方权电流方6.1D/4理想运放：放大倍数K无穷大输入阻抗无穷大；输出阻抗为VO＝K（V+-V-）K无穷大，VO是有限数值，所以V+与V-相等：权电阻网络D/A转换器组：1个求和放大voRFiRFI3I2I1I0

d3 I

I1

22

23 d

I d IR假如参考电压 输出电流分别为3.25mA和1.75mA；对应输出电压-13V和-

B3

图6.11倒T型D/A转换电双极性

图6.11所示的转换电路，其输出电压是负值（包括0值），是一种单事实上许多物理量都是双极这样可以采用正、负两个基准电源的方法解决，符号位为1用负电源实际中一般不使用这种方法码B3B2B1B0S3S2S1出VOA—码B3B2B1B0S3S2S1出VOA—－－11111111011010110110000000000100101001001101110000081000007101001610100151100104110010311101121110111000010001000100200110130011014010110501011060111117011111ADC561用这种方法实现向转换权电容译码方原理如图6.13

4个开关分别受到数码B3、B2、B1、B0控制，Bi为1Vref，反之接地这4个电容的容量分别为8C0，4C0，2C0,1C0，与数码的权值相对应。另一假如输入的数码为1111，那么电容C3~C0接到Vref，等效电路如图C=C3+C2+C1+C0+C0’=16C0，由此可见，输入的数码跟输出的电压成正比， D/A转换器举

DAC0808是8位权电流型D/A转换器，其中D0～D7是数字当VREF=10VR1=5kΩRf=5kΩ时输出电压为DAC0808输出与输入的关系（DAC0832

D0~

WR2Iout2D/A转换的主要技术指分辨分辨力又称灵敏度，用来衡量D/A转换的精细其定义为相邻两组二进制代码对应的输出电压之差值S，也就是输入进制最低有效位（LSB）对应的输出通常并不关心分辨力的绝对值S，而是关心S与电路最大输出Vm之值，即分辨率一个n位的D/A转换电路，它的最大输出Vm等于（2n－1）×S，所以nD/A转换电路的分辨率ResRes＝1/（2n－1），当n足够大时，近似为它与D/A标，精确精确度用来衡量D/A转换电路的实际输出值是否精确等于理论输出值。通用实际输出值与理论输出之差值（转换误差）的最大值表一个D/A转换电路能正常工作，转换误差必须小于分辨力S的一半D/A转换特性，理论参考线应该是一条过原点的直线实际输出偏离了这条参考常见的误差有3平移误斜率误 非线性误通常用输出电流））D/A）与稳态值相差±1/2LSB范围以内的这段模数转换的基本原模数转换的全过

模数转换一般分为：取样——保持——量化——编码4取模拟信号在时间上一般是连续的，而数字信号在时间上则是离散的转换时必须按照数字信号的节拍，对被转换的模拟信号取假如S（t）是一个取样脉冲信号，它在对应的数字信号节拍其余时间则那么，对应于模拟信号V（t），取样后的信号就是（）（）的2（）（）。保

；MOS实际中，取样保持电路是有负载的，所以需要一个高输入、低输出的运放跟随器加以；同样，为了减少信号源内阻的影响，在输入端也需要一只运放跟随器。运放跟随器一般在电路之间使用，起的作量

转换（）这种量化会带来误差，称为量化误差或者数字化误差，这种误差无法按照去尾法量化，最大误差等于量化的阶梯（一个刻度为了减少量化误差，可以采用四舍五入的方法进行量化，这样误差有正负，最大误差量值为量化阶梯（一个刻度）值的一半编刻度以上是A/D转换的取样和保持通常做在一起，而量化和编码一般集成A/D是指量化和编码，不包括取样电路A/D转换的技术指分辨力——D与数模转换类似，我们更关心相对分辨力，即分辨对于n位A/D，假如其电压变化范围是Vm，量化时将Vm分成2n层，每精度——D/A3A/D或者。转换速度——A/D转几种常见的A/D转换并行比较所以，首先要在转换范围内形2n个量化刻度，即2n个基准并行比较型 在于比较，

优点：转换的速度缺点：成本高，需要2n-1个比较并行比较型A/D转换器举：△＝VREF2·15逐次近型逐次近法的思路与搜索某个单调变化的物理量的过程相似。假如转换成3……。V首先跟100102＝，同时下一次跟1100小，那么＝直各位的结果。逐次比较型ADC6以3位A/D转换为例，假如输入的电压为4.32V，转换的过程见图6.24这种转换方式成本小，只用一个比较器；但速度低，对于n位至少需要n+1个时钟

— &QQQQQQ&QQQQQQSRSRSR SRSRSR&&&&&&&DSET

DSET

DSET

DSET

DSETCP

CLR

CLR

CLR

CLR

CLR62A/DC1C2C3C4C、、CC和C取样

15rCCCC8C）×ViA＝2CViA，完成取样（将输入电压信息存放在了电容上保持断开15。由于电和容中 总荷仍不但是－，比较1。逐次比较r15r1第一步：将开关S1通过Sr接到Vref，也就是将电容C1接到了基准电压此时等效电路如图6.25（b）所示加在比较器输入端的电压有两部一是在取样 的电荷的作用，其值为二是基准电压在电容网络上的分压，其值总的电压为：Vx1＝反之比较器输出0这时比较器的输出就是转换结果的最高数据位第二步：将开关S2通过Sr接到Vref，开关S1则是有数据B3决定，如B3＝1S1接到Vref，反之S1接地假设B3＝1，此时等效电路如图6.25（c），其输出电压Vx2＝如果Vx2<0，比较器输出1，反之比较器输出这一步是确定转换结果的第二位B2这种方法确定数值跟上面的逐次比较的过程相同以后的各数值位确定方法类推这种方式的转换精度高，成本相对较低，转换速度较高，是制作ADC较好案近双积分型A/D转换A/D（V/T图6.27是用运放做的积分电路，其输出电压与输入电流的关系为Vo=－1/C（∫idt）=－1/C（∫（Vref/R）.双积分型A/D转换电路的基本框图如图6.29所示，其转换过程如下（转换前电容C放电，计数器清取样期（定时积分

将接到输入信号VA开始由VC由0Vr，取样期结束，进入取样期的时间T是由计数器决定的，对于n位二进转换期（定速积分但是因为VB仍然小于0，所以计数器仍然在计数当积分器的输出上升到VC由1因为转换期输入的是基准参考电压－Vref，所以积分但是积分的时间是不同的，它跟取样期结束时积分器的输出电压大小关，而且是成正比（因为|Vref|>＝ViA，所以转换期时间一定小于取样时间假设转换期的时间为t，因所以t＝（VB/Vref）此时，计数器中的计数数据基准电压和n一定，所以数据K和输入电压成正比，可以表示输入电压的小双积分型ADC转换速度很低，一次转换最长可能需要2×2n个标期，只能用于直流信号或者频率很低的信号的这种转换方式的优点是：精度高 能力强；成本比较型比较型A/D转换的基本框图如图6.31

，使计数器递减计数。图（）与DA虽然A/D转换的输出每次只能变化1，但是只要取样的速率足够高

ADC0809终端 器之间的通总线的提外部设备的地址模

一是独立编 总线结三种总线：数据总线、地址总线、控制总数据在总线上的传送方无论是读或写，地址信号、读/写命令的时间应足够长，以保证读/进行读/写数据传送方式有三种：同步方式；异步方式；