《数模与模数江》PPT课件.ppt

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1、数字逻辑电路 主讲：任风华第第1313章章 数模和模数转换数模和模数转换 v13.1 13.1 概述概述 v13.2 13.2 数模（数模（D/AD/A）转换）转换v13.3 13.3 模数（模数（A/DA/D）转换）转换5/13/20231数字逻辑电路 主讲：任风华第第1313章章 数模和模数转换数模和模数转换13.0 概述概述 模数模数转换（转换（A/DA/D）模拟模拟信号到信号到数字数字信号的转换信号的转换 A/D A/D转换器或转换器或ADCADC（Analog to Digital ConverterAnalog to Digital Converter）实现实现A/DA/D转换的电

2、路。转换的电路。数模数模转换（转换（D/AD/A）数字数字信号到信号到模拟模拟信号的转换信号的转换 D/A D/A转换器或转换器或DACDAC（Digital to Analog ConverterDigital to Analog Converter）能实现能实现D/AD/A转换的电路。转换的电路。5/13/20232数字逻辑电路 主讲：任风华数字数字控制控制系统原理框图系统原理框图非非电电模模拟拟量量电电模模拟拟量量模模数数转转换换计算机或计算机或数字系统数字系统传传感感器器开关控制开关控制数模数模转换转换模拟控制模拟控制温度温度压力压力流量流量速度速度 电流电流电压电压 数据数据传输传输

3、系统原理框图系统原理框图电电模模拟拟量量模模数数转转换换存储、传存储、传输、处理输、处理声声音音或或图图像像声声音音或或图图像像 传传感感器器数数模模转转换换5/13/20233数字逻辑电路 主讲：任风华13.1 13.1 数模（数模（D/AD/A）转换）转换 D/A转换器的结构转换器的结构 数数字字输输入入数数码码锁锁存存器器电电子子开开关关电电阻阻网网络络求求和和电电路路模拟输出模拟输出 VOD0D1Dn-1VREF数码数码锁存器锁存器完成完成输入数字输入数字的锁存并为转换保留一定时间的锁存并为转换保留一定时间电子电子开关开关完成基准电压完成基准电压VREF和地之间的倒换和地之间的倒换电阻

4、电阻网络网络根据输入数字产生不同的电流或电压根据输入数字产生不同的电流或电压求和求和电路电路产生模拟输出电压产生模拟输出电压5/13/20234数字逻辑电路 主讲：任风华13.1.1.倒倒T T形电阻网络形电阻网络D/A转换器转换器（1）电路）电路结构结构（AD7520、CB7520）I 模拟输出模拟输出 VORfA2R I/162R I/82R I/4 2R I/22RRRRVREFII/2I/4I/8I/16S0S1S2S3D0D1D2D3（2）工作）工作原理原理13.1.1.倒倒T形形网络网络D/A转换器转换器5/13/20235数字逻辑电路 主讲：任风华倒倒T T形电阻网络形电阻网络D

5、/A转换器的转换器的特点特点：（1 1）电路结构比较简单；电路结构比较简单；（2 2）电阻网络中的种类少（仅）电阻网络中的种类少（仅R R和和2R2R两种）；两种）；（3 3）容易产生输出尖峰现象。）容易产生输出尖峰现象。13.1.1.倒倒T形形网络网络D/A转换器转换器5/13/20236数字逻辑电路 主讲：任风华 D/A转换器的转换器的主要技术指标主要技术指标1.转换精度（分辨率或位数转换精度（分辨率或位数n）2.转换速度转换速度5/13/20237数字逻辑电路 主讲：任风华 集成集成D/A转换器转换器DAC0832 8位数模转换器位数模转换器1.DAC0832的内部结构的内部结构1）8位

6、输入寄存器位输入寄存器第一级数据锁存器第一级数据锁存器2）8位位DAC寄存器寄存器第二级数据锁存器第二级数据锁存器3）8位位D/A转换器转换器完成数模转换完成数模转换8位输入位输入寄存器寄存器8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A转换器转换器DI7DI7 DI0 DI0ILEILECSCSWR1WR1WR2WR2XFERXFERV VREFREFI IOUT2OUT2I IOUT1OUT1RBFRBFAGNDAGNDVCCVCCDGNDDGNDIE1IE1IE2IE2&5/13/20238数字逻辑电路 主讲：任风华CS片选信号，用于芯片寻址；片选信号，用于芯片寻址；ILE允许锁存信号；允许锁存信

7、号；WR1写信号写信号1；当；当LE1（内部输入锁存信号（内部输入锁存信号1）=CSWR1 ILE=1时，将数据锁存于输入锁存器；时，将数据锁存于输入锁存器；WR2写信号写信号2；XFER通道控制信号，当通道控制信号，当LE2（内部输入锁存信号（内部输入锁存信号2）=WR2 XFER=1时，时，8位位DAC寄存器可作为数据通道；寄存器可作为数据通道；2.信号线信号线DI7DI08位数据输入位数据输入IOUT1模拟电流输出模拟电流输出1，当，当DI7DI0为为FFH时，时，IOUT1最大，最大，当当DI7DI0为为0时，时，IOUT1=0（最小）（最小）8.2.3DAC08325/13/2023

8、9数字逻辑电路 主讲：任风华IOUT2模拟电流输出模拟电流输出2，IOUT2=常数常数-IOUT1RFB反馈电阻引出端；反馈电阻引出端；VREF参考电压输入，范围：参考电压输入，范围：+10V-10V；VCC芯片电压，范围：芯片电压，范围：+5V+15V，最佳，最佳15V；AGND模拟地；模拟地；DGND数字地；数字地；3.使用使用说明说明（1）双缓冲双缓冲器方式器方式特点：转换速度快，但控制电路复特点：转换速度快，但控制电路复杂。杂。（2）单缓冲器单缓冲器方式方式特点：转换速度慢，但控制电路简特点：转换速度慢，但控制电路简单（常用方式）。单（常用方式）。8.2.3DAC08325/13/20

9、2310数字逻辑电路 主讲：任风华4.DAC0832应用举例应用举例DAC0832采用采用单缓冲器单缓冲器方式方式RBFRBFI IOUT1OUT1I IOUT2OUT2AGNDAGNDXFERXFERWR2WR2DGNDDGNDDIDIWR1WR1CSCSDBWRM/IOAB译译码码器器-+DAC0832VO8.2.3DAC08325/13/202311数字逻辑电路 主讲：任风华13.2 13.2 模数（模数（A/DA/D）转换）转换 A/D转换器的组成结构和基本原理转换器的组成结构和基本原理 取样取样保持保持量化量化编码编码模拟模拟输入输入数字数字输出输出1.取样保持取样保持取样取样用周期

10、性的取样脉冲用周期性的取样脉冲fS，对输入模拟信号的，对输入模拟信号的 幅度定时取出样值，将其变成一连串等距而不等幅幅度定时取出样值，将其变成一连串等距而不等幅 的脉冲的过程。的脉冲的过程。保持保持把取样电压保持一段时间，保证完成把取样电压保持一段时间，保证完成A/D转换转换。5/13/202312数字逻辑电路 主讲：任风华fS-+ARIRFCVOVIIIIFfS取样时间取样时间保持时间保持时间（1）取样电路）取样电路（2）取样定理）取样定理0tVI0tVO13.2.0A/D转换器的组成结构和基本原理转换器的组成结构和基本原理5/13/202313数字逻辑电路 主讲：任风华2.量化量化把取样电

11、平规范到某个最小单位把取样电平规范到某个最小单位 电压的若电压的若干倍的过程。干倍的过程。0tVO12345678 量化方法量化方法（1）只舍不取法）只舍不取法量化误差量化误差=0000010100111001011101110 1 2 3 4 5 6 7 012345678（2）有舍有取法）有舍有取法量化误差量化误差=/20000010100111001011101110 1 2 3 4 5 6 7 0123456783.编码编码把量把量化后化后 的倍数用二的倍数用二进制数表示的过进制数表示的过程。程。13.2.0A/D转换器的组成结构和基本原理转换器的组成结构和基本原理5/13/20231

12、4数字逻辑电路 主讲：任风华 A/D转换器的类型转换器的类型 1.1.直接型直接型A/D转换器转换器（1）逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器转换器 工作工作原理原理：第一步送出第一步送出Qn-1=1（最大砝码）将产生的（最大砝码）将产生的D/A电压与输入电压电压与输入电压VI比较。比较。第二步根据比较结果决定第二步根据比较结果决定Qn-1的去留，并加入的去留，并加入Qn-2与与VI比较。比较。依此类推直至加入依此类推直至加入Q0。最后一步根据比较结果决定最后一步根据比较结果决定Q0的去留，并输出转换结果。的去留，并输出转换结果。-+A逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器D/A转换器转换器控制控制逻辑逻辑

13、输输出出缓缓冲冲器器Qn-1 Qn-2 Q0Qn-1(MSB)Qn-2Q0(LSB)数数字字输输出出时钟脉冲时钟脉冲CP启动脉冲启动脉冲模拟输入模拟输入VI基准电压基准电压VREF电压电压比较器比较器完成转换时间：完成转换时间：(n+1)TCP5/13/202315数字逻辑电路 主讲：任风华（2）并联比较型并联比较型A/DA/D转换器转换器-+C6-+C5-+C4-+C3-+C2-+C1-+C7DDDDDDDRRRRRRRR/2VREF模拟模拟输入输入VIVREF/153VREF/155VREF/157VREF/159VREF/1511VREF/1513VREF/15&FF1FF7FF3FF4

14、FF5&D2(MSB)D0(LSB)D1CP电压比电压比较器较器锁存器锁存器编码器编码器FF6FF213.2.1A/D转换器的类型转换器的类型-直接型直接型5/13/202316数字逻辑电路 主讲：任风华输入模拟电压输入模拟电压VI寄存器状态寄存器状态（编码器输入）（编码器输入）Q7 Q6 Q5 Q4 Q3 Q2Q1数字量输出数字量输出（编码器输出）（编码器输出）D2 D1 D0（01/15）VREF（1/153/15）VREF（3/155/15）VREF（5/157/15）VREF（7/159/15）VREF（9/1511/15）VREF（11/1513/15）VREF（13/151）VRE

15、F00000000000001000001100001110001111001111101111111111111000001010011100101110111 A/D转换器的类型转换器的类型-直接型直接型5/13/202317数字逻辑电路 主讲：任风华2.2.间接型间接型A/D转换器转换器双积分型双积分型ADCADC（VT变换）变换）电压电压频率变换（频率变换（VF变换）；电压变换）；电压时间变换（时间变换（VT变换变换）（1）电路结构电路结构 积分器；积分器；过零比较器；过零比较器；N1位异步加法计数器；位异步加法计数器；控制门控制门G-+A-+AFF2Q2D2FF1Q1D1FF0Q0D

16、0FFn-1Qn-1Dn-1FFnQnRD启动启动&CPRC积分器积分器过零比较器过零比较器VAVBVCVDV I-VREFG13.2.1A/D转换器的类型转换器的类型-间接型间接型5/13/202318数字逻辑电路 主讲：任风华（2）工作原理工作原理-+A-+AFF2Q2D2FF1Q1D1FF0Q0D0FFn-1Qn-1Dn-1FFnQnRD启动启动&CPRC积分器积分器过零比较器过零比较器VAVBVCVDV I-VREFG13.2.1A/D转换器的类型转换器的类型-间接型间接型5/13/202319数字逻辑电路 主讲：任风华M（3）工作波形工作波形（4）波形分析波形分析0tQn0tVA0t

17、VC0tVB0tVD-VREFVIt1t20t0t1 1阶段积分器对阶段积分器对V VI I积分：积分：tt1 1tt2 2阶段积分器对阶段积分器对-V-VREFREF积分：积分：13.2.1A/D转换器的类型转换器的类型-间接型间接型5/13/202320数字逻辑电路 主讲：任风华双积分型双积分型ADC的特点：的特点：（1）工作性能稳定）工作性能稳定输出数字输出数字M与与RC无关；无关；（2）抗干扰能力强；）抗干扰能力强；（3）转换速率低）转换速率低低速低速ADC;最小转换时间最小转换时间=2nTCP最大转换时间最大转换时间=2n+1TCP13.2.1A/D转换器的类型转换器的类型-间接型间

18、接型5/13/202321数字逻辑电路 主讲：任风华 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 1.1.转换精度转换精度【例【例8.2】已知】已知8位位A/D转换器的基准电压转换器的基准电压VREF=5.12V，求当输入为，求当输入为VI=3.8V时时 的数字量输出。的数字量输出。解：解：2.2.转换速度转换速度（1 1）高速）高速ADCADC并联比较型并联比较型ADCADC（2 2）中速）中速ADCADC逐次逼近型逐次逼近型（3 3）低速）低速ADCADC双积分型双积分型5/13/202322数字逻辑电路 主讲：任风华13.2.5 集成模数转换器集成模数转换器ADC08091.ADC0

19、809的内部结构的内部结构EOC控制逻辑与时序控制逻辑与时序8位位A/D转换器转换器（逐次逼近型）（逐次逼近型）8路路模拟模拟开关开关地址地址锁存锁存与译与译码码三态三态输出输出锁存锁存缓冲缓冲IN0IN1IN7ADDCADDBADDAALEVREF（+）VREF（-）OED0D1D7.VCCGNDSTARTCLK5/13/202323数字逻辑电路 主讲：任风华2.ADC0809的工作过程的工作过程（1）根据所选通道编号，输入）根据所选通道编号，输入ADDA，ADDB，ADDC的值，的值，并使并使ALE=1（正脉冲），锁存通道地址；（正脉冲），锁存通道地址；（2）使）使START=1（正脉冲）启动（正脉冲）启动A/D转换；转换；（3）检测）检测EOC信号是否为信号是否为“1”，是则表示转换结束；，是则表示转换结束；（4）在）在EOC=1时，使时，使OE=1将将A/D转换后的数据取出。转换后的数据取出。13.2.5集成模数转换器集成模数转换器ADC08095/13/202324数字逻辑电路 主讲：任风华再见！再见！5/13/202325