《数字电路与逻辑设计教程-第7章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字电路与逻辑设计教程-第7章.ppt（48页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第第7章章 数数/模与模模与模/数转换数转换7.1 数数/模转换器模转换器7.2 模模/数转换器数转换器7.1 数数/模转换器模转换器7.1.1 数数/模转换器模转换器(DAC)概述概述随着数字电子技术的发展，尤其是计算机在自动控制、自动随着数字电子技术的发展，尤其是计算机在自动控制、自动检测以及许多其他领域中的广泛应用，用数字电路处理模拟检测以及许多其他领域中的广泛应用，用数字电路处理模拟信号的情况越来越多，因此，数、模之间的相互转换具有十信号的情况越来越多，因此，数、模之间的相互转换具有十分重要的意义。分重要的意义。目前先进的信息处理系统、自动控制系统等都采用数字电路。目前先进的信息处理系
2、统、自动控制系统等都采用数字电路。而经过数字系统处理后的数字信号，有时又要求再转换成模而经过数字系统处理后的数字信号，有时又要求再转换成模拟信号，这种从数字信号到模拟信号的转换称为数拟信号，这种从数字信号到模拟信号的转换称为数/模转换模转换(D/A)，完成，完成D/A转换的电路称为数转换的电路称为数/模转换器模转换器(DAC)。有些有些ADC中需要用中需要用DAC作为内部的反馈电路。作为内部的反馈电路。下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器7.1.2 DAC的电路形式及工作原理的电路形式及工作原理按数字量数码被转换的方式，按数字量数码被转换的方式，D/A转换器可分为并行和串行转换器可分为并行
3、和串行两类。并行两类。并行D/A转换器可以将数字量的各位代码同时进行转转换器可以将数字量的各位代码同时进行转换，因此转换速度快，一般在换，因此转换速度快，一般在us数量级。数量级。根据电阻译码网络的不同，根据电阻译码网络的不同，DAL分成几种类型，下面仅讨论分成几种类型，下面仅讨论常用的常用的T形电阻网络形电阻网络D/A转换器。转换器。上一页 下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器T形电阻网络形电阻网络D/A转换器接收的是数字信号，而输出的是与转换器接收的是数字信号，而输出的是与该数字输入量成正比的模拟信号。该数字输入量成正比的模拟信号。图图7-1是是D/A转换器的方转换器的方框图。它由电子
4、开关、参考电源、寄存器、电阻译码网络和框图。它由电子开关、参考电源、寄存器、电阻译码网络和运算放大器等部分组成。在运算放大器等部分组成。在D/A转换器中，输入数字量经输转换器中，输入数字量经输入寄存器控制电子模拟开关，将参考电源按位切换到译码网入寄存器控制电子模拟开关，将参考电源按位切换到译码网络中变为加权电流，然后经运算放大器输出相应的模拟电压络中变为加权电流，然后经运算放大器输出相应的模拟电压完成完成D/A转换过程。转换过程。上一页 下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器1.T形网络形网络D/A转换器及工作原理转换器及工作原理4位位T形网络形网络D/A转换器原理电路如转换器原理电路如图图
5、7-2所示，它是由一个所示，它是由一个译码电阻网络、译码电阻网络、4个模拟电子开关和一个求和放大器组成的。个模拟电子开关和一个求和放大器组成的。在图示的电路中，在图示的电路中，R和和2R构成构成T形译码电阻网络，也被称为形译码电阻网络，也被称为梯形电阻网络，它将各位输入的数字量按其权的大小转换为梯形电阻网络，它将各位输入的数字量按其权的大小转换为相应的电流，相应的电流，UR称为基准电压或参考电压，称为基准电压或参考电压，S3,S2,S1和和S0是各位的电子模拟开关，是各位的电子模拟开关，d3d2d1d0是输入数字量，它由数是输入数字量，它由数码寄存器供给，各位的数码分别控制相应的模拟开关。当码
6、寄存器供给，各位的数码分别控制相应的模拟开关。当di=1时，时，Si接接UR；di=0时，时，Si接地。运算放大器接成反相接地。运算放大器接成反相比例运算电路，它对各位数字量所对应的电流求和，并转换比例运算电路，它对各位数字量所对应的电流求和，并转换成相应的模拟电压。成相应的模拟电压。上一页 下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器为了便于说明电路工作原理，可以将电阻网络进行简化，分为了便于说明电路工作原理，可以将电阻网络进行简化，分别计算当输入量别计算当输入量d3d2d1d0分别为分别为0001,0010,0100,1000这这4种情况时在种情况时在AA端产生的输出电压，然后叠加得到端产生的
7、输出电压，然后叠加得到电阻网络开路电压。电阻网络开路电压。当当d3d2d1d0=0001时，其电路如时，其电路如图图7-3(a)所示，运用戴所示，运用戴维南定理可将维南定理可将DD左边部分等效为电压左边部分等效为电压UR/2的电源与电阻的电源与电阻R串联的电路。然后再分别在串联的电路。然后再分别在CC ，BB，AA处计算它们处计算它们左边部分的等效电路，其等效电源的开路电压依次为左边部分的等效电路，其等效电源的开路电压依次为UR/4，UR/8，,UR/16，而等效电源的内阻均为，而等效电源的内阻均为R，逐级简化的，逐级简化的电路图如电路图如图图7-3(b)所示，可见，此时电阻网络开路电压为所示
8、，可见，此时电阻网络开路电压为()d0。上一页 下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器同理，当同理，当d3d2d1d0分别为分别为0010,0100,1000时，重复时，重复上述分析过程，可得电阻网络开路的电压分别为上述分析过程，可得电阻网络开路的电压分别为()d1、()d2、()d3。根据叠加原理将上述根据叠加原理将上述4个电压分量叠加，便得到个电压分量叠加，便得到T形电阻网络形电阻网络的等效电路，如的等效电路，如图图7-4所示，其中等效电压源的内阻为所示，其中等效电压源的内阻为R，等，等效电压源的开路电压效电压源的开路电压UE(即即T形电阻网络开路时的输出电压形电阻网络开路时的输出电压U
9、A)为为:上一页 下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器图图7-2的等效电路如的等效电路如图图7-5所示，经过运算放大器后，输出所示，经过运算放大器后，输出模拟电压为模拟电压为:对对n位位D/A转换器有转换器有:当取当取RF=3R时，则上式为时，则上式为:上一页 下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器由上式可见，输出模拟电压与输入二进制数成正比，比例系由上式可见，输出模拟电压与输入二进制数成正比，比例系数为数为 。【例例7-1】有一个有一个8位位T形电阻网络形电阻网络D/A转换器，转换器，UR=10 V，RF=3R，d7d6d5d4d3d2d1d0=00010101时，求输时，求输出模拟电
10、压。出模拟电压。解解 根据上式得根据上式得:T形电阻网络形电阻网络D/A转换器的主要优点是：只需转换器的主要优点是：只需R和和2R两种电两种电阻，便于提高转换器的精度；电路中各个模拟电子开关的工阻，便于提高转换器的精度；电路中各个模拟电子开关的工作条件相同，有利于集成；输入数字量是并行的，所以转换作条件相同，有利于集成；输入数字量是并行的，所以转换速度快。速度快。上一页 下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器T形电阻网络形电阻网络D/A转换器的不足是转换器的不足是:在转换的动态工作中，由在转换的动态工作中，由于加到各个开关上的阶跃脉冲信号到达运放输入端的时间不于加到各个开关上的阶跃脉冲信号到
11、达运放输入端的时间不同，将会在输出端产生很大的尖峰脉冲，引起较大的动态误同，将会在输出端产生很大的尖峰脉冲，引起较大的动态误差。为了消除这种动态误差，可以采用倒差。为了消除这种动态误差，可以采用倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器，其电路如转换器，其电路如图图7-6所示。所示。图图7-3中不难看出，从中不难看出，从AA、BB、CC、DD每个端口每个端口向左看过去的等效电阻都为向左看过去的等效电阻都为R，因此从参考电源流入倒，因此从参考电源流入倒T形电形电阻网络的总电流为阻网络的总电流为IR=UR/R，而每个支路的电流依次为，而每个支路的电流依次为IR/2、IR/4、IR/8和和IR/16。上一
12、页 下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器因此根据叠加原理，总电流为因此根据叠加原理，总电流为:取取RF=R，则输出电压表达式为，则输出电压表达式为:同理，同理，n位倒位倒T形形DAC的输出电压为的输出电压为:上一页 下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器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D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压的比值称为分辨转换器的最小输出电压与最大输出电压的比值称为分辨率。例如，对于率。例如，对于8位位D/A转换器，最小输出电压和最大输出转换器，最小输出电压和最大输出电压所对应的输入数字量分别为电压所对应的输入数字量分别为00000001
13、和和11111111，所以其分辨率为，所以其分辨率为:故对于故对于n位位D/A转换器的分辨率为转换器的分辨率为:上一页 下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器如果输出模拟电压满量程为如果输出模拟电压满量程为Um，那么，那么n位位D/A转换器能分辨转换器能分辨的最小电压为的最小电压为:显然，显然，D/A转换器位数越多，输出最小电压的能力就越强。转换器位数越多，输出最小电压的能力就越强。2)转换精度转换精度由于由于D/A转换器的各个环节在参数和性能上与理论值之间不转换器的各个环节在参数和性能上与理论值之间不可避免地存在着差异。因此，实际能达到的转换精度要由转可避免地存在着差异。因此，实际能达到的
14、转换精度要由转换误差来决定。换误差来决定。上一页 下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器转换精度是用实际的输出模拟电压与理论值之差来描述的。转换精度是用实际的输出模拟电压与理论值之差来描述的。这种静态转换误差是一个综合性误差，包括参考电压这种静态转换误差是一个综合性误差，包括参考电压UR偏离偏离标准值、运放本身的零漂、电子开关的压降、三极管特性的标准值、运放本身的零漂、电子开关的压降、三极管特性的不一致以及电阻阻值偏离标准值等因素所引起的误差。为了不一致以及电阻阻值偏离标准值等因素所引起的误差。为了获得高精度的获得高精度的D/A转换器，单纯依靠选用高分辨率的转换器，单纯依靠选用高分辨率的D/
15、A转转换器器件是不够的，还必须有高稳定度的参考电压源换器器件是不够的，还必须有高稳定度的参考电压源UR。和。和低漂移的运放与其配合使用。低漂移的运放与其配合使用。上一页 下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器3)输出电压输出电压(或电流或电流)建立时间建立时间从数字信号送入从数字信号送入DAC起到模拟输出电压起到模拟输出电压(或电流或电流)达到某稳定达到某稳定值所需的时间，称为输出建立时间或转换器的转换时间。建值所需的时间，称为输出建立时间或转换器的转换时间。建立时间的长短决定了转换速度。因此，为了获得较快的转换立时间的长短决定了转换速度。因此，为了获得较快的转换速度，应该选用转换速率速度，
16、应该选用转换速率(即输出电压的变化速度即输出电压的变化速度)较快的运较快的运算放大器，以缩短运算放大器的建立时间。算放大器，以缩短运算放大器的建立时间。4)线性度线性度输入数字量与输出模拟电压关系曲线为输入输入数字量与输出模拟电压关系曲线为输入-输出特性曲线。输出特性曲线。理想的特性曲线为一条直线。偏离理想输入理想的特性曲线为一条直线。偏离理想输入-输出特性曲线的输出特性曲线的偏离电压与满刻度输出电压之比，称为非线性误差。通常用偏离电压与满刻度输出电压之比，称为非线性误差。通常用非线性误差的大小来表示转换器的线性度。非线性误差越小，非线性误差的大小来表示转换器的线性度。非线性误差越小，说明线性
17、度越好。说明线性度越好。上一页 下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器7.1.3 集成集成DACDAC集成电路的品种较多，如集成电路的品种较多，如8位位DAC0832和和MC1408、10位位5G7520和和CC7520、12位的位的DAC1320等。下面仅等。下面仅对对DAC0832 D/A转换器的功能和使用进行简单介绍。转换器的功能和使用进行简单介绍。DAC0832是用是用CMOS工艺集成的大规模双列直插式单片工艺集成的大规模双列直插式单片8位位D/A转换器，它可以直接与微机系统连接。转换器，它可以直接与微机系统连接。DAC0832有有两个两个8位寄存器位寄存器(输入寄存器和输入寄存器和
18、DAC寄存器寄存器)，当，当DAC寄存器寄存器从输入寄存器取走数字信号后，输入寄存器就又接收输入信从输入寄存器取走数字信号后，输入寄存器就又接收输入信号，这样可以提高转换速度。号，这样可以提高转换速度。DAC0832转换用的是倒转换用的是倒T形形电阻网络，但无运算放大器，而将外接运放所需的反馈电阻电阻网络，但无运算放大器，而将外接运放所需的反馈电阻RF集成在芯片内。集成在芯片内。上一页 下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器图图7-7是是DAC0832的外引脚排列，各引脚功能如下的外引脚排列，各引脚功能如下:(1)：片选信号输入端，低电平有效。当：片选信号输入端，低电平有效。当 =0且且IL
19、E=1，=0时才能将输入数据存入输入寄存器。时才能将输入数据存入输入寄存器。(2)：输入信号：输入信号1，低电平有效。当，低电平有效。当 和和ILE均有效时，均有效时，=0允许输入数字信号。允许输入数字信号。(3)：输入信号：输入信号2，低电平有效。在，低电平有效。在 和和 同时有同时有效时，将输入寄存器中的数据装入效时，将输入寄存器中的数据装入DAC寄存器。寄存器。(4)ILE:输入寄存器锁存信号，高电平有效。当输入寄存器锁存信号，高电平有效。当ILE=1，且且 和和 均有效时，输入数据存入输入寄存器；当均有效时，输入数据存入输入寄存器；当ILE=0时输入的数据被锁存。时输入的数据被锁存。上
20、一页 下一页返回7.1 数数/模转换器模转换器(5)：“传送控制传送控制”信号，低电平有效。它与信号，低电平有效。它与 一起一起控制选通控制选通DAC寄存器。寄存器。(6)D0D7：8位数码输入端。位数码输入端。(7)UR：参考电压接线端，一般取：参考电压接线端，一般取-10+10 V。(8)UCC：数字电路电源电压，其值为：数字电路电源电压，其值为+5+15V。(9)RF：外接运放的反馈电阻引出端。：外接运放的反馈电阻引出端。(10)DGND:数字电路接地端。数字电路接地端。(11)AGND:模拟电路接地端，通常与模拟电路接地端，通常与DGND共地。共地。(12)IO1：模拟电流输出端，接外
21、部运放的反相输入端。：模拟电流输出端，接外部运放的反相输入端。(13)IO2：模拟电流输出端，一般应接地：模拟电流输出端，一般应接地(运放的同相输入端运放的同相输入端)。上一页返回7.2 模模/数转换器数转换器7.2.1 模模/数转换器数转换器(ADC)概述概述A/D转换器与转换器与D/A转换器恰好相反，是把模拟电压或电流转换器恰好相反，是把模拟电压或电流转换成与之成正比的数字量。由于模拟信号在时间上是连续转换成与之成正比的数字量。由于模拟信号在时间上是连续的，而数字信号在时间上和幅度上是离散的，所以进行的，而数字信号在时间上和幅度上是离散的，所以进行A/D转换时，先要按一定的时间间隔对模拟信
22、号进行采样，使它转换时，先要按一定的时间间隔对模拟信号进行采样，使它变成在时间上离散的信号。然后将采样值保持一定的时间，变成在时间上离散的信号。然后将采样值保持一定的时间，在这段时间内对采样信号进行幅度量化，最后通过编码把量在这段时间内对采样信号进行幅度量化，最后通过编码把量化后的幅度取值转换成数字信号。但是，这化后的幅度取值转换成数字信号。但是，这4个步骤并不是由个步骤并不是由4个电路来完成的，采样和保持由采样保持电路完成，量化和个电路来完成的，采样和保持由采样保持电路完成，量化和编码常常在编码常常在D/A转换过程中同时完成。转换过程中同时完成。下一页返回7.2 模模/数转换器数转换器A/D
23、转换器的类型也有多种，可以分为直接转换器的类型也有多种，可以分为直接A/D转换器和间转换器和间接接A/D转换器两大类。在直接转换器两大类。在直接A/D转换器中输入模拟电压信转换器中输入模拟电压信号直接被转换成相应的数字信号；而在间接号直接被转换成相应的数字信号；而在间接A/D转换器中，转换器中，输入信号和模拟信号被转换成某种中间变量输入信号和模拟信号被转换成某种中间变量(如时间、频率等如时间、频率等)，然后再将这个中间变量转换成输出的数字信号。，然后再将这个中间变量转换成输出的数字信号。上一页 下一页返回7.2 模模/数转换器数转换器7.2.2 ADC的电路形式及工作原理的电路形式及工作原理在
24、在A/D转换器中，因为输入的模拟信号在时间上是连续的，转换器中，因为输入的模拟信号在时间上是连续的，而输出的数字信号是离散的，所以转换器只能在一系列选定而输出的数字信号是离散的，所以转换器只能在一系列选定的瞬间对输入的模拟信号取样，然后再把这些取样值转换成的瞬间对输入的模拟信号取样，然后再把这些取样值转换成输出的数字量。输出的数字量。A/D转换器种类也有很多，下面介绍较常用的逐次逼近型转换器种类也有很多，下面介绍较常用的逐次逼近型A/D转换器。转换器。逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器的原理框图如转换器的原理框图如图图7-8所示。它由顺序所示。它由顺序脉冲发生器、逐次逼近寄存器、脉冲发生器、逐次
25、逼近寄存器、D/A转换器和电压比较器转换器和电压比较器4个部分组成。个部分组成。上一页 下一页返回7.2 模模/数转换器数转换器转换开始前，先将寄存器清零，所以加给转换开始前，先将寄存器清零，所以加给D/A转换器的数字转换器的数字量全为量全为0。转换控制信号加在顺序脉冲发生器上，转换时。转换控制信号加在顺序脉冲发生器上，转换时先将寄存器的最高位置先将寄存器的最高位置1，使寄存器的输出为，使寄存器的输出为100.000。这个数字量被这个数字量被D/A转换器转换成相应的模拟电压转换器转换成相应的模拟电压UA并送到电并送到电压比较器与待转换的输入信号压比较器与待转换的输入信号Ui进行比较。如果进行比
26、较。如果UAUi，表，表明数字量过大，则这个明数字量过大，则这个1应去掉。如果应去掉。如果UAUi，说明数字，说明数字量还不够大，这个量还不够大，这个1应该保留。然后再按同样的方法将次应该保留。然后再按同样的方法将次高位置高位置1，并比较，并比较UA和和Ui的大小来确定这一位的的大小来确定这一位的1是否是否应该保留。这样逐渐比较下去，直到最低位比较完为止。这应该保留。这样逐渐比较下去，直到最低位比较完为止。这时寄存器里所存的数码就是对应于输入信号电压时寄存器里所存的数码就是对应于输入信号电压Ui的输出数的输出数字量。字量。上一页 下一页返回7.2 模模/数转换器数转换器上述的比较过程正如同用天
27、平去称量一个物体的重量时进行上述的比较过程正如同用天平去称量一个物体的重量时进行的操作一样，而所使用的砝码一个比一个重量少一半。的操作一样，而所使用的砝码一个比一个重量少一半。下面再结合下面再结合图图7-9所示的逻辑电路具体说明逐次比较的过程。所示的逻辑电路具体说明逐次比较的过程。这是一个输出为这是一个输出为4位的逐次逼近型位的逐次逼近型A/D转换器电路。此电路转换器电路。此电路由由5部分组成。部分组成。(1)逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器:它由它由4个个JK触发器触发器F3、F2、F1、F0组成，组成，其输出是其输出是4位二进制数位二进制数d3d2d1d0。上一页 下一页返回7.2 模模/数转
28、换器数转换器(2)顺序脉冲发生器顺序脉冲发生器:它的输入是时钟脉冲它的输入是时钟脉冲CP，输出是，输出是C0、C1、C2、C3、C4共共5个顺序脉冲，波形如个顺序脉冲，波形如图图7-10所示。所示。C0接到触发器接到触发器F3的直接置位端的直接置位端 和和F2、F1、F0的直接复位端的直接复位端 ；C1端接到端接到F3的时钟脉冲的时钟脉冲C端和端和F2的的 端；端；C2端接到端接到F2的的C端和端和F1的的SDD端；端；C3端接到端接到F1的的C端和端和F0的的端；端；C4端接到端接到F0的的C端和数码寄存器端和数码寄存器D触发器的触发器的C端。端。(3)T形电阻网络形电阻网络:其组成电路如图
29、其组成电路如图7-2所示，它的输入来自所示，它的输入来自触发器触发器F3F0的输出，它的输出电压的输出，它的输出电压UA是正值，送到比较器是正值，送到比较器的反相输入端。的反相输入端。(4)比较器和反相器比较器和反相器:它们的输出端分别接到触发器它们的输出端分别接到触发器F3F0，的的J端和端和K端。端。上一页 下一页返回7.2 模模/数转换器数转换器(5)数码寄存器数码寄存器:它是由它是由4个个D触发器构成的，触发器构成的，4个个D端分别接端分别接到到F3F0的输出端，顺序脉冲发生器的的输出端，顺序脉冲发生器的C4端输出波形作为端输出波形作为D触发器的时钟脉冲触发器的时钟脉冲C。D触发器的输
30、出触发器的输出d3d2d1d0即为转换后即为转换后的二进制数。的二进制数。转换开始前先将转换开始前先将F3F0清零，同时顺序脉冲发生器清零，同时顺序脉冲发生器C0C4置置高电平后输入时钟脉冲高电平后输入时钟脉冲CP。现设。现设T形电阻网络的参考电压形电阻网络的参考电压UR=+8 V，输入电压，输入电压Ui=6.55 V。电路的转换过程如下。电路的转换过程如下。上一页 下一页返回7.2 模模/数转换器数转换器当第一个时钟脉冲当第一个时钟脉冲CP的上升沿到来时，从图的上升沿到来时，从图7-10可知，顺可知，顺序脉冲发生器的序脉冲发生器的Co输出一负脉冲，输出一负脉冲，F3直接置直接置1，F2F0直
31、直接置接置0，因此逐次逼近寄存器的输出，因此逐次逼近寄存器的输出Q3Q2Q1Q0=1000。根据前式可计算出根据前式可计算出DAC的输出电压为的输出电压为:因为因为UAUi，故比较器的输出为高电平，反相器的输出为低，故比较器的输出为高电平，反相器的输出为低电平，使触发器电平，使触发器F3F0的的J=1，K=0。上一页 下一页返回7.2 模模/数转换器数转换器当第二个脉冲当第二个脉冲CP的上升沿来到时，的上升沿来到时，C1端输出一负脉冲，端输出一负脉冲，F3被被触发，保持触发，保持1态；态；F2直接置直接置1；F1和和F0未被触发，保持未被触发，保持0态。态。故故 Q3Q2Q1Q0=1100。此
32、时。此时UA=(8/16)X 12=6 V，UAUi，比较器的输出为低电平，比较器的输出为低电平，反相器的输出为高电平，使触发器的反相器的输出为高电平，使触发器的F3F0的的J=0，K=1。上一页 下一页返回7.2 模模/数转换器数转换器当第四个脉冲当第四个脉冲C上升沿来到时，上升沿来到时，C3端输出为一负脉冲，端输出为一负脉冲，F3和和F2未被触发，保持未被触发，保持1态；态；F1被触发，由被触发，由1态翻转为态翻转为0态；态；F0直直接置接置1，故，故 Q3Q2Q1Q0=1101。此时。此时UA=(8/16)x13=6.5 V，但，但UAUi，比较器的输出为高电平，反相的，比较器的输出为高
33、电平，反相的输出为低电平，使触发器输出为低电平，使触发器F3F0的的J=1，K=0。当第五个脉冲当第五个脉冲C的上升沿来到时，的上升沿来到时，C4端输出一负脉冲，端输出一负脉冲，F3F1未被触发，保持原态未被触发，保持原态(110)，F0被触发，保持被触发，保持1态。态。所以所以F3F0均保持原态，均保持原态，Q3Q2Q1Q0=1101，触发器，触发器F3F0的的J=1，K=0。上一页 下一页返回7.2 模模/数转换器数转换器当第六个脉冲当第六个脉冲C上升沿到来时，上升沿到来时，C4端负脉冲结束，同时其上端负脉冲结束，同时其上升沿来到，它用来触发数码寄存器的升沿来到，它用来触发数码寄存器的4个
34、个D触发器，将二进制触发器，将二进制数数1101存入数码寄存器，存入数码寄存器，D触发器的输出触发器的输出d3d2d1d0=1101即为转换后的二进制数，到此就完成了一次转换。转即为转换后的二进制数，到此就完成了一次转换。转换过程如换过程如图图7-11所示。所示。上述上述A/D转换器的误差为转换器的误差为0.05 V。误差主要取决于转换器。误差主要取决于转换器的位数，位数越多，误差越小。从这个例子可以看出，的位数，位数越多，误差越小。从这个例子可以看出，4位输位输出的出的A/D转换器完成一次转换需要转换器完成一次转换需要6个时钟信号周期的时间。个时钟信号周期的时间。如果是如果是n位输出的位输出
35、的A/D转换器，则完成一次转换所需的时间转换器，则完成一次转换所需的时间将为将为n+2个时钟周期的时间。个时钟周期的时间。上一页 下一页返回7.2 模模/数转换器数转换器逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器的特点转换器的特点:采用高质量的采用高质量的D/A转换器时，转换器时，A/D转换器可达到很高精度转换器可达到很高精度;转换速度不太高，它的工作周期转换速度不太高，它的工作周期为为n+2个时钟脉冲周期个时钟脉冲周期(n为为ADC转换的数码位数转换的数码位数)，它的抗，它的抗干扰能力较差，因为在转换期间，如果输入电压上叠加了干干扰能力较差，因为在转换期间，如果输入电压上叠加了干扰，则会造成一定的转换
36、误差。因此，逐次逼近型扰，则会造成一定的转换误差。因此，逐次逼近型ADC适用适用于要求转换精度很高、速度不太快、干扰小的场合。于要求转换精度很高、速度不太快、干扰小的场合。上一页 下一页返回7.2 模模/数转换器数转换器7.2.3 集成集成ADC集成集成A/D转换器的种类也很多，如转换器的种类也很多，如AD571,ADC0801,ADC0804,ADC0809等，其中大多数是采用逐次逼近型等，其中大多数是采用逐次逼近型的原理工作。下面以的原理工作。下面以ADC0809为例作一介绍。为例作一介绍。ADC0809是采用是采用CMOS工艺集成的工艺集成的8位位8通道单片通道单片ADC。它由它由8路模
37、拟信号选择器路模拟信号选择器(又称又称8路模拟开关路模拟开关)及其地址锁存与及其地址锁存与译码器译码器(真值表见真值表见表表7-1)、8位逐次逼近型位逐次逼近型ADC和三态输出和三态输出锁存缓冲器锁存缓冲器3大部分组成，其结构枢图如大部分组成，其结构枢图如图图7-12所示。所示。ADC0809有有8个模拟电压输入端，在地址锁存与译码器的个模拟电压输入端，在地址锁存与译码器的控制下，某一时刻只选择其中的一路模拟输入信号进行控制下，某一时刻只选择其中的一路模拟输入信号进行A/D转换。转换。上一页 下一页返回7.2 模模/数转换器数转换器8位逐次逼近型位逐次逼近型ADC由比较器、树状开关、由比较器、
38、树状开关、256R T形译码形译码网络、逐次逼近寄存器和控制与时序电路组成。其中树状开网络、逐次逼近寄存器和控制与时序电路组成。其中树状开关和关和256R T形译码网络组成形译码网络组成8位位ADC。图图7-13是是ADC0809的外脚线排列，各引脚功能如下的外脚线排列，各引脚功能如下:(1)ADDA、ADDB、ADDC：3位地址输入端。位地址输入端。3位地位地址选择信号与输入选通的关系见表址选择信号与输入选通的关系见表7-1。(2)IN0IN7：8路模拟电压输入端。路模拟电压输入端。(3)ALE:地址锁存允许端，高电平有效。当地址锁存允许端，高电平有效。当ALE=1时，时，锁存通道的地址选择
39、信号才能选通相应的模拟通道。锁存通道的地址选择信号才能选通相应的模拟通道。(4)START:启动信号端。当其上升沿来到时，使所有内部启动信号端。当其上升沿来到时，使所有内部寄存器清零，下降沿来到时寄存器清零，下降沿来到时ADC开始转换。开始转换。上一页 下一页返回7.2 模模/数转换器数转换器(5)+UR、-UR：基准电压的正负电源端，其范围为：基准电压的正负电源端，其范围为0士士UCC。(6)CLK:时钟脉冲输入端。时钟脉冲频率的典型值为时钟脉冲输入端。时钟脉冲频率的典型值为640 kHz。(7)EOC：转换结束信号端，高电平有效。：转换结束信号端，高电平有效。ADC进行模数进行模数转换时，
40、转换时，EOC为低电平。当转换结束所得数据可以被读出时，为低电平。当转换结束所得数据可以被读出时，EOC变为高电平，以通知其他设备变为高电平，以通知其他设备(如微机如微机)来取结果。来取结果。(8)OE：输出允许信号端，高电平有效。：输出允许信号端，高电平有效。OE=1时，将锁时，将锁存缓冲器的数据输出，供计算机读入。存缓冲器的数据输出，供计算机读入。：8位数字量输出端。其中位数字量输出端。其中 为最低位，为最低位，为为最高位。最高位。上一页 下一页返回7.2 模模/数转换器数转换器开始转换前，经启动脉冲启动后，逐次逼近寄存器清零，在开始转换前，经启动脉冲启动后，逐次逼近寄存器清零，在外加脉冲
41、的作用下，对由译码器选中的模拟信号进行外加脉冲的作用下，对由译码器选中的模拟信号进行D/A转转换。当转换结束时，发出转换结束信号，并将逐次逼近寄存换。当转换结束时，发出转换结束信号，并将逐次逼近寄存器的数码送到三态输出锁存缓冲器。当输出信号有效时，打器的数码送到三态输出锁存缓冲器。当输出信号有效时，打开三态输出锁存缓冲器，将已转换好的数码输出到外部的数开三态输出锁存缓冲器，将已转换好的数码输出到外部的数据总线上，供微机或数字系统进行处理。据总线上，供微机或数字系统进行处理。上一页返回图图7-1、D/A转换器方框图转换器方框图返回图图7-2、4位位T形电阻网络数形电阻网络数/模转模转换器原理电路
42、换器原理电路返回图图7-3、d3d2d1d0=0001时的时的T形电阻网络及等效电路形电阻网络及等效电路返回图图7-4、T形电阻网络的等效电路形电阻网络的等效电路返回图图7-5、图、图7-2的等效电路的等效电路返回图图7-6、4位倒位倒T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器返回图图7-7、DAC0832的外引脚排列的外引脚排列返回图图7-8、逐次逼近型、逐次逼近型A/D转换器的转换器的原理框图原理框图返回图图7-9、逐次逼近型、逐次逼近型A/D转换器电转换器电路路返回图图7-10、顺序脉冲发生器的输出、顺序脉冲发生器的输出波形波形返回图图7-11、UA逼近逼近Ui的波形的波形返回图图7-12、ADC0809的结构框图的结构框图返回图图7-13、ADC0809的外脚线排的外脚线排列列返回表表7-1、地址译码器真值表、地址译码器真值表返回