数字逻辑与数字系统课件.ppt

《数字逻辑与数字系统课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字逻辑与数字系统课件.ppt（49页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、数字逻辑与数字系统第1页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统本章内容本章内容第十章第十章 数模转换器与模数转换器数模转换器与模数转换器1 数模转换器的功能和基本原理数模转换器的功能和基本原理2模数转换器的功能和基本原理模数转换器的功能和基本原理3 DAC和和ADC的应用的应用第2页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 概述概述v 在实际工程中大量遇到的是连续变化的物理量。所谓连续，包括在实际工程中大量遇到的是连续变化的物理量。所谓连续，包括两方面的含义：一方面从时间上来说，它是随两方面的含义：一方面从时间上来说，它是随时间连续变化时间连续变化的；另一的；另一

2、方面从数值上来说，它的方面从数值上来说，它的数值也是连续变化数值也是连续变化的。这种连续变化的的。这种连续变化的物理量通常称为物理量通常称为模拟量模拟量。v 在数字系统内部，只能对数字信号进行处理。在数字系统内部，只能对数字信号进行处理。v必须先转化成离散的数字信号，再输入数字系统识别和处理；必须先转化成离散的数字信号，再输入数字系统识别和处理；v又必须把数字系统发出的控制命令等转化为模拟信号，去驱动模拟调节执又必须把数字系统发出的控制命令等转化为模拟信号，去驱动模拟调节执行机构。行机构。v这两个过程，都需要数这两个过程，都需要数/模和模模和模/数转换接口来完成。数转换接口来完成。第十章第十章

3、 数模转换器与模数转换器数模转换器与模数转换器第3页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 概述概述数模转换数模转换即将数字量转换为模拟电量即将数字量转换为模拟电量(电压或电流电压或电流)，使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。实现数模转换的电路称数模转换器实现数模转换的电路称数模转换器 Digital-Analog Converter，简称简称 D/A 转换器或转换器或 DAC。模数转换模数转换即将模拟电量转换为数字量，使输出的数字即将模拟电量转换为数字量，使输出的数字量与输入的模拟电量成正比。量与输入的模拟电量成正比。实现模数转换的电路

4、称模数转换器实现模数转换的电路称模数转换器 Analog-Digital Converter，简称简称 A/D 转换器或转换器或 ADC。第十章第十章 数模转换器与模数转换器数模转换器与模数转换器第4页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统A/D转换器器 D/A转换器器 模模拟控制器控制器工工业生生产过程控制程控制对象象模模拟传感器感器 ADC和和DAC已成已成为计算机系算机系统中不可缺少的接口中不可缺少的接口电路。路。将温度、将温度、压力、流量、力、流量、应力等物理量力等物理量转换为模模拟电量。量。计算机算机进行数字行数字处理理（如（如计算、算、滤波）、保波）、保存等存等用模

5、用模拟量作量作为控控制信号制信号数字控制数字控制计算机算机 概述概述v A/D和和D/A转换器是把微型计算机的应用领域转换器是把微型计算机的应用领域扩展到检测和过程控制的必要装置，是把计算机和扩展到检测和过程控制的必要装置，是把计算机和生产过程、科学实验过程联系起来的重要桥梁。生产过程、科学实验过程联系起来的重要桥梁。第十章第十章 数模转换器与模数转换器数模转换器与模数转换器第5页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统压力,温度,流量,液位等通过传感器转变成相应的电压或电流的模拟信号由DAC转换成模拟量信号的电压和或电流数字数字计算机工算机工业控制系控制系统示意示意图由计算机依

6、次选通，进入ADC转换成数字量信号经过计算机数据处理，输出为数字量计算机选择某一执行机构，去调节控制对象。第6页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 10.1 数模转换器数模转换器(DAC)D/AD/A转转换换器器实实质质上上是是一一个个译译码码器器（解解码码器器）。一一般般常常用用的的线线性性D/AD/A转转换换器器，其其输输出出模模拟拟电电压压uO O和和输输入入数数字字量量D Dn n之之间间成成正正比比关关系系。U UREFREF为参考电压。为参考电压。D/AD/A转换器是将输入的转换器是将输入的二进制数字量转换成模拟量二进制数字量转换成模拟量，以电，以电压或电流的形

7、式输出。压或电流的形式输出。uODnUREF第十章第十章 数模转换器与模数转换器数模转换器与模数转换器第7页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 数字量是用代码按数位组合而成的，数字量是用代码按数位组合而成的，对于有权码，每位代码都有一对于有权码，每位代码都有一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然然后，将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟量，后，将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟量，从而实从而实现数字量现数字量-模拟量的转换。模拟量的转换。实现实现D/A转换的基本思想转换的

8、基本思想 NDb424b323b222b121b020 124123022021120将二将二进制数制数ND(11001)B转换为十十进制数。制数。D/A转换的基本原理转换的基本原理第十章第十章 数模转换器与模数转换器数模转换器与模数转换器第8页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统即：即：D/AD/A转换器的输出电压转换器的输出电压u uO O，等于代码为，等于代码为1 1的各位所对应的各分的各位所对应的各分模拟电压之和。模拟电压之和。实现实现D/A转换的基本思想转换的基本思想D/A转换的基本原理转换的基本原理第9页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统DAC

9、的数字数据可以并行的数字数据可以并行输入也可串行入也可串行输入入用存放在数字用存放在数字寄存器中的数字量寄存器中的数字量的各位数的各位数码由由输入数字量控入数字量控制制产生生权电流流将将权电流相加流相加产生与生与输入成正比入成正比的模的模拟电压 D/A转换器的组成转换器的组成D/A转换的基本原理转换的基本原理第10页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 D/A转换器的分类转换器的分类:按解按解码网网络结构分构分类 T型型电阻网阻网络DAC倒倒T形形电阻网阻网络DAC权电流流DAC 权电阻网阻网络DAC 按模按模拟电子开子开关关电路分路分类 CMOS开关型开关型DAC双极型开关

10、型双极型开关型DAC 电流开关型流开关型DAC ECL电流开关型流开关型DAC D/A 转换器D/A转换的基本原理转换的基本原理第11页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统(1)T型电阻网络型电阻网络DAC R-2R T型电阻网络型电阻网络DAC是由模拟开关、是由模拟开关、R-2R电阻网络、运算电阻网络、运算放大器、基准电压几部分组成。放大器、基准电压几部分组成。10.1 数模转换器数模转换器(DAC)T型电阻网络型电阻网络模拟开关模拟开关运算放大器运算放大器（求和运算）（求和运算）基准基准电压电压第12页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 10.1 数模

11、转换器数模转换器(DAC)v 由由R和和2R两种规格电阻组成电阻网络，常称为两种规格电阻组成电阻网络，常称为R-2R T型型D/A转转换器换器，S0、S1、S2、S3四个模拟开关，表示数字信号四个模拟开关，表示数字信号d0、d1、d2、d3的取值情况。的取值情况。2Rl4位位T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路第13页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 10.1 数模转换器数模转换器(DAC)总电流总电流I2R3l4位位T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路第14页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 10.1 数模转换器数模转换器(DAC)l4位位T型型D

12、AC电路电路输出电压为：输出电压为：2R第15页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 10.1 数模转换器数模转换器(DAC)l4位位T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路输出电压为：输出电压为：2R第16页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统例：设例：设8位位T型电阻网络型电阻网络DAC如图所示，已知如图所示，已知UREF10V，输入量数，输入量数字字D11010110。试求：试求：(1)RF3R时，输出模拟电压时，输出模拟电压U0？(2)RF，2R时，输出模拟电压时，输出模拟电压U0，？，？10.1 数模转换器数模转换器(DAC)第17页，此课件共49页哦

13、数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统例：设例：设8位位T型电阻网络型电阻网络DAC如图所示，已知如图所示，已知UREF10V，输入量，输入量数字数字D11010110。试求：试求：(1)RF3R时，输出模拟电压时，输出模拟电压U0？(2)RF，2R时，输出模拟电压时，输出模拟电压U0，？，？10.1 数模转换器数模转换器(DAC)解：在电路中解：在电路中n8，D11010110（1）当当RF3R时，由时，由可得：可得：第18页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统例：设例：设8位位T型电阻网络型电阻网络DAC如图所示，已知如图所示，已知UREF10V，输入量，输入量数字数字D1

14、1010110。试求：试求：(1)RF3R时，输出模拟电压时，输出模拟电压U0？(2)RF，2R时，输出模拟电压时，输出模拟电压U0，？，？10.1 数模转换器数模转换器(DAC)解：在电路中解：在电路中n8，D11010110（2）当）当RF2R时，时，第19页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统模拟开关S3-S0表示 四位二进制数四位的二进制数当Di=1表示Si接1,电阻 上通过电流流向I01当Di=0即表示开头接0,流过相应电阻的电流流向I02到地端各节点向右看的二端网络的等阻值为R 等效电路为v4位倒位倒T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路 10.1 数模转换器数模转

15、换器(DAC)第20页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统由基准电源由基准电源V VREFREF供出供出电流电流为为:I IR R=V VREFREF/R R因此由节点因此由节点D D分出去的两路支路电流必相等分出去的两路支路电流必相等,则有则有等效电路为等效电路为v4位倒位倒T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路第21页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统同理可以得出：同理可以得出：当当DI=1时，表示相应的时，表示相应的Ii流向流向IO1,v4位倒位倒T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路 10.1 数模转换器数模转换器(DAC)第22页，此课件共49页哦数

16、字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统运算放大器和运算放大器和T T形网络中各支路电阻、反馈电阻组成反形网络中各支路电阻、反馈电阻组成反相求和运算电路。可得输出电压为：相求和运算电路。可得输出电压为：若取若取Rf=R,则则D/A转换后的输出电压表示为转换后的输出电压表示为:同理同理,当当Di为为n位的二进制数位的二进制数,则相应则相应 R-2R 倒倒T 形电阻网络也形电阻网络也有有n个节点个节点,则则D/A转换后的输出电压为转换后的输出电压为:v4位倒位倒T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路 10.1 数模转换器数模转换器(DAC)第23页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统vD

17、AC的主要参数的主要参数 10.1 数模转换器数模转换器(DAC)v分辨率分辨率 这是这是DA转换器中最重要的指标，它表示转换器中最重要的指标，它表示D/A转换器对模转换器对模拟量的分辨能力拟量的分辨能力。理论定义为最小输出电压。理论定义为最小输出电压(对应的输入数字对应的输入数字量仅最低位为量仅最低位为“1”)与最大输出电压与最大输出电压(对应的数字输入量为全对应的数字输入量为全“1”)之比。对于前述之比。对于前述4位位D/A转换器，其分辨率为转换器，其分辨率为1/15。分辨率越。分辨率越高，转换时对应最小数字输入的模拟信号电压数值越小，也就越灵高，转换时对应最小数字输入的模拟信号电压数值越

18、小，也就越灵敏。敏。通常，使用数字输入量的位数来给出分辨率。通常，使用数字输入量的位数来给出分辨率。例如，单片集成例如，单片集成D/A转换器转换器AD7522的分辨率为的分辨率为10位，单片集位，单片集成成D/A转换器转换器ADll47的分辨率为的分辨率为16位等。位等。第24页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统vDAC的主要参数的主要参数 10.1 数模转换器数模转换器(DAC)v线性度线性度 通常用非线性误差的大小表示通常用非线性误差的大小表示D/A转换器的线性度转换器的线性度。而非。而非线性误差为理想的输入线性误差为理想的输入/输出特性曲线与实际转换曲线的输出特性曲线

19、与实际转换曲线的偏差，偏差，一般取偏差的最大值表示一般取偏差的最大值表示。v转换精度转换精度 转换精度以最大的静态转换误差（综合误差）的形式给出转换精度以最大的静态转换误差（综合误差）的形式给出。这个转换误差应该是包含非线性误差、比例系数误差以这个转换误差应该是包含非线性误差、比例系数误差以及漂移误差等综合误差。但是有的产品说明书中及漂移误差等综合误差。但是有的产品说明书中,只是分只是分别给出各项误差别给出各项误差,而未给出综合误差。而未给出综合误差。v 应该注意应该注意,转换精度转换精度和和分辨率分辨率是是2个不同的概念。个不同的概念。精度是指转换后所得的实际值对于理想值的接近精度是指转换后

20、所得的实际值对于理想值的接近程度，而分辨率是指能够对转换结果发生影响的程度，而分辨率是指能够对转换结果发生影响的最小输入量最小输入量,对于分辨率很高的对于分辨率很高的DA转换器并不一转换器并不一定具有很高的精度。定具有很高的精度。第25页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统vDAC的主要参数的主要参数 10.1 数模转换器数模转换器(DAC)v建立时间建立时间 所谓建立时间，系指数模转换器中的输入代码有满度值的变化所谓建立时间，系指数模转换器中的输入代码有满度值的变化时时,其输出模拟信号电压其输出模拟信号电压(或模拟信号电流或模拟信号电流)达到满刻度值达到满刻度值1/2LSB

21、精度时所需要的时间精度时所需要的时间。对于一个理想的对于一个理想的D/A转换器转换器,其数字输入信号从一个二进制数其数字输入信号从一个二进制数变到另一个二进制数时变到另一个二进制数时,其输出模拟信号电压其输出模拟信号电压,应立即从原来的输出电应立即从原来的输出电压跳变到与新的数字信号相对应的新的输出电压。但是在实际的压跳变到与新的数字信号相对应的新的输出电压。但是在实际的D/A转换器中转换器中,电路中的电容、电感和开关电路会引起电路时间延迟电路中的电容、电感和开关电路会引起电路时间延迟。不同型号的不同型号的D/A转换器，其建立时间不同转换器，其建立时间不同,一般从几个纳秒到几一般从几个纳秒到几

22、个微秒。输出形式是电流的个微秒。输出形式是电流的,其其D/A转换器的建立时间是很短的；转换器的建立时间是很短的；输出形式是电压的输出形式是电压的,D/A转换器的主要建立时间是其输出运算放转换器的主要建立时间是其输出运算放大器所需的响应时间。大器所需的响应时间。第26页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统T型型/倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器的特点：转换器的特点：优点：电阻种类少，只有优点：电阻种类少，只有R和和2R，提高了制造精度；，提高了制造精度；而且支路电流流入求和点不存在时间差，提高了转换速度。而且支路电流流入求和点不存在时间差，提高了转换速度。应用：它是目前集

23、成应用：它是目前集成D/A转换器中转换速度较高且转换器中转换速度较高且使用较多的一种，如使用较多的一种，如8位位D/A转换器转换器DAC0832，就是，就是采用倒采用倒T型电阻网络。型电阻网络。10.1 数模转换器数模转换器(DAC)第27页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 A/DA/D转转换换是是将将模模拟拟信信号号转转换换为为数数字字信信号号，转转换换过过程程通通过过取取样样、保持、量化和编码保持、量化和编码四个步骤完成。四个步骤完成。A/DA/D转换器的基本工作原理转换器的基本工作原理采样保持量化编码VIDO模拟量输入模拟量输入数字量输出数字量输出 10.2 模数转

24、换器模数转换器(ADC)第28页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 取取样样（也也称称采采样样）是是将将时时间间上上连连续续变变化化的的信信号号，转转换换为为时时间间上上离离散散的的信信号号，即即将将时时间间上上连连续续变变化化的的模模拟拟量量转转换换为为一一系系列列等等间间隔隔的的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。1.1.取样和保持取样和保持 取样过程取样过程 采样脉冲采样脉冲 输输入入模模拟拟信信号号 采采样样输输出出信信号号 10.2 模数转换器模数转换器(ADC)A/DA/D转换器的基本工作原理转换器的基本工作原理第29页，此课件共

25、49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统10.3 模数转换器(ADC)1.1.取样和保持取样和保持 A/DA/D转换器的基本工作转换器的基本工作原理原理第30页，此课件共49页哦 模模拟拟信信号号经经采采样样后后，得得到到一一系系列列样样值值脉脉冲冲。采采样样脉脉冲冲宽宽度度一一般般是是很很短短暂暂的的，在在下下一一个个采采样样脉脉冲冲到到来来之之前前，应应暂暂时时保保持持所所取取得得的的样样值值脉冲幅度，以便进行转换。因此，在取样电路之后须加脉冲幅度，以便进行转换。因此，在取样电路之后须加保持电路保持电路。在采样脉冲在采样脉冲S(tS(t)到来的时间到来的时间内，内，VTVT导通，导通，

26、U UI I(t t)向电容向电容C C充电，假定充电时充电，假定充电时间常数远小于间常数远小于，则有：则有：U UO O(t)(t)U US S(t)(t)U UI I(t)(t)。采样采样采样结束，采样结束，VTVT截止，而电容截止，而电容C C上电压保持充电电压上电压保持充电电压U UI I(t)(t)不变，直到下一个采不变，直到下一个采样脉冲到来为止。样脉冲到来为止。保持保持 场效应管场效应管VTVT为为采样门采样门，电容，电容C C为为保持电容保持电容，运算放大器为，运算放大器为跟随器跟随器，起缓冲起缓冲隔离隔离作用。作用。取样保持电路及输出波形取样保持电路及输出波形1.1.取样和保

27、持取样和保持 A/DA/D转换器的基本工作原理转换器的基本工作原理第31页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 输输入入的的模模拟拟电电压压经经过过取取样样保保持持后后，得得到到的的是是阶阶梯梯波波。而而该该阶阶梯梯波波仍仍是是一一个个可可以以连连续续取取值值的的模模拟拟量量，但但n n位位数数字字量量只只能能表表示示2 2n n个个数数值值。因因此此，用用数数字量来表示连续变化的模拟量时就有一个类似于字量来表示连续变化的模拟量时就有一个类似于四舍五入的近似问题四舍五入的近似问题。2.2.量化和编码量化和编码 将采样后的样值电平归化到与之接近的离散电平上，这个过程称为将采样后

28、的样值电平归化到与之接近的离散电平上，这个过程称为量化量化。指定的离散电平称为指定的离散电平称为量化电平量化电平U Uq q 。用二进制数码来表示各个量化电。用二进制数码来表示各个量化电平的过程称为平的过程称为编码编码。两个量化电平之间的差值称为。两个量化电平之间的差值称为量化单位量化单位，位数越，位数越多，量化等级越细，多，量化等级越细，就越小。取样保持后未量化的就越小。取样保持后未量化的U Uo o值与量化电平值与量化电平U Uq q值值通常是不相等的，其差值称为通常是不相等的，其差值称为量化误差量化误差，即，即=U Uo o-U Uq q。量化的方法一般有两种：量化的方法一般有两种：只舍

29、不入法只舍不入法和和有舍有入法有舍有入法。A/DA/D转换器的基本工作原理转换器的基本工作原理 10.2 模数转换器模数转换器(ADC)第32页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统1)1)只舍不入法只舍不入法 当当U Uo o的的尾尾数数时时，舍舍尾尾取取整整。这这种种方方法法总总为为正正值值，maxmax 。2)2)有舍有入法有舍有入法 当当U Uo o的的尾尾数数/2/2时时，舍舍尾尾取取整整；当当U Uo o的的尾尾数数/2/2时时，舍舍尾尾入入整整。这这种种方方法法可可正正可可负负，但但是是|maxmax|=|=/2/2。可可见见，它它的的误误差要小。差要小。2.2.

30、量化和编码量化和编码 A/DA/D转换器的基本工作原理转换器的基本工作原理第33页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统A/DA/D转换器有转换器有直接转换法直接转换法和和间接转换法间接转换法两大类。两大类。直直接接法法是是通通过过一一套套基基准准电电压压与与取取样样保保持持电电压压进进行行比比较较，从从而而直直接接将将模模拟拟量量转转换换成成数数字字量量。其其特特点点是是工工作作速速度度高高，转转换换精精度度容容易易保保证证，调调准准也也比比较较方方便便。直直接接A/DA/D转转换换器器有有计计数数型型、逐逐次次比比较较型型、并并行行比比较较型型等。等。间间接接法法是是将将取

31、取样样后后的的模模拟拟信信号号先先转转换换成成中中间间变变量量时时间间t t或或频频率率f f,然然后后再再将将t t或或f f转转换换成成数数字字量量。其其特特点点是是工工作作速速度度较较低低，但但转转换换精精度度可可以以做得较高做得较高，且抗干扰性强。，且抗干扰性强。间接间接A/DA/D转换器有单次积分型、双积分型转换器有单次积分型、双积分型等。等。v A/D A/D转换器的主要电路形式转换器的主要电路形式 10.2 模数转换器模数转换器(ADC)第34页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器器 它它是是一一种种常常用用A/DA/D转转换换方

32、方式式,转转换换速速率率比比双双积积分分型型快快,每每秒秒钟钟采采样样高高达达几几十十万万次次,逐逐次次逼逼近近型型A/DA/D转转换换的的过过程程与与用用天天平平称称物物体体质质量量的的过过程程相相似。似。(1)(1)先先在在砝砝码码盘盘上上加加上上128g128g砝砝码码，经经天天平平比比较较结结果果，重重物物149g128g149g128g，则此砝码保留，即相当于最高位数码，则此砝码保留，即相当于最高位数码D7记为记为1 1。（2 2）再加再加64g64g砝码，经天平比较，重物砝码，经天平比较，重物149g(128+64)g149g(128+64)g，则舍下则舍下64g g砝码，即相当于

33、数码记为砝码，即相当于数码记为0。10.2 模数转换器模数转换器(ADC)第35页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 逐一添加比较，凡砝码总质量小于物体质量的砝码留下，逐一添加比较，凡砝码总质量小于物体质量的砝码留下，否则舍去。否则舍去。保留的砝码为保留的砝码为 128g+16g+4g+1g=149g128g+16g+4g+1g=149g相当于转换的数码为相当于转换的数码为D77D0=100101010=10010101逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器转换器被保留的电压被保留的电压相当于相当于天平所称的物体天平所称的物体质量质量，而所转换的，而所转换的数字量数字量相当于在天

34、平上逐次添加砝码相当于在天平上逐次添加砝码所保留下来的所保留下来的砝码质量砝码质量。10.2 模数转换器模数转换器(ADC)第36页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D转换器原理图转换器原理图 逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器器 10.2 模数转换器模数转换器(ADC)第37页，此课件共49页哦逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器的基本器的基本电路路比较器比较器C3位位D/A转换器转换器数码寄存器数码寄存器环形右移寄存器环形右移寄存器逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器转换器第38页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 为了提高为了提

35、高ADC转换精度转换精度,在输出端加负的偏移电压在输出端加负的偏移电压 =0.5V,作为量化误差修正作为量化误差修正,送入比较器的电压为送入比较器的电压为uO =uO-,使精度提高一倍。使精度提高一倍。3 3位位D/AD/A转换器输出的相当于砝码值的电压转换器输出的相当于砝码值的电压,根据根据D/AD/A转换器原理可知转换器原理可知,若若 VREF =8V,=8V,则则3 3位位DACDAC能分辨的最小电压为能分辨的最小电压为S=8V=1V =8V=1V 在在CP时钟脉冲作时钟脉冲作用下，用下，QAQE逐个循逐个循环产生脉宽与环产生脉宽与CP周期相周期相同的节拍脉冲同的节拍脉冲逐次逼近型逐次逼

36、近型A/D转换器转换器第39页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统工作原理工作原理设定：设定：5.9V时时时时转换开始前，先将转换开始前，先将FF2 FF1、FF0清零。清零。设设 QAQBQCQDQE=10000G变为高电平以后，转换变为高电平以后，转换开始。开始。逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器转换器第40页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统Q2=1 应保留保留5.9V10000第一个第一个节拍拍1003.5V001000工作原理工作原理逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器转换器第41页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统Q1=1 应保留

37、保留Q2=Q1=1 应保留保留5.9V第二个第二个节拍拍1100010005.5V00100工作原理工作原理逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器转换器第42页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统Q2=Q1=1 应保留保留5.9V第三个第三个节拍拍11116.5V00100Q0=1 不不应保留保留00010工作原理工作原理逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器转换器第43页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统5.9V第四个第四个节拍拍11005.5VQ0=1 不不应保留保留00010Q2=Q1=1 应保留保留00001打开打开110工作原理工作原理逐次逼近型逐次逼近型A

38、/D转换器转换器第44页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统5.9V第五个第五个节拍拍10000被封锁被封锁01000工作原理工作原理逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器转换器第45页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统v例：在例：在3为逐次逼近型为逐次逼近型ADC中，若中，若Umax=8v，输入模拟，输入模拟电压电压5.9v时，求输出二进制数字量时，求输出二进制数字量D解：可知该解：可知该ADC中量化电压为中量化电压为 =8/23=1v 5.9/=5.96 D=110 所以输出二进制数字量为所以输出二进制数字量为110。逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器转换器第

39、46页，此课件共49页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统 由由于于ADCADC的的电电路路类类型型不不同同，编编码码方方法法不不同同，其其指指标标类类型型也也有有所所区区别别。如如输输出出数数据据为为84218421编编码码的的BCDBCD码码ADCADC和和自自然然二二进进制制数数编编码码的的ADCADC，它它们们的的转转换换精精度度含含义义和和表表示示方方法法也也不不同同。现现以以输输出出二二进进制制数数编编码码的的ADCADC为为例例介介绍绍主主要要技术指标技术指标.A/D A/D 转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 10.2 模数转换器模数转换器(ADC)第47页，此课件共4

40、9页哦数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统1.分辨率分辨率ADC的分辨率又称分解度。的分辨率又称分解度。输出二进制数位越多，转换精度越高，即分辨率越高。输出二进制数位越多，转换精度越高，即分辨率越高。故可用分辨率表示转换精度。故可用分辨率表示转换精度。2.转换时间 是指转换一次所需的时间，即从转换控制信号发出到有稳定数字输出为止是指转换一次所需的时间，即从转换控制信号发出到有稳定数字输出为止的一段时间。的一段时间。也可以表示也可以表示ADC转换的误差。它是指在对应于某一输出数字量情况下，转换的误差。它是指在对应于某一输出数字量情况下，理论输入值与实际输入值之差再与满量程输入值理论输入值与实际输入值之差再与满量程输入值VREF之比之比,常以常以 1/21/2 LSB 所对应的输入值与所对应的输入值与 VREF之比表示。之比表示。3.精确度精确度A/D A/D 转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标第48页，此课件共49页哦第49页，此课件共49页哦