数字电子技术 6数模拟量和数字量

第7章上页下页返回7.1数/模(D/A)转换器第7章数/模与模/数转换器7.3模拟开关与采样-保持（S/H）电路7.2模/数(A/D)转换器第7章上页下页返回7.1.1T型电阻网络D/A转换器7.1数/模(D/A)转换器7.1.2集成D/A转换器举例D/A的组成框图上页下页第7章返回电子开关电阻网络输入寄存器基准电压求和放大7.1.1T型电阻网络D/A转换器模拟量输出数字量输入T型电阻网络D/A转换器梯形电阻网络A、B、C、D任意一点，其右边的电阻网络等效电阻均等于R。S为电子开关。当D=0时S接地；当D=1时S接“地”（虚地）。基准电源并行数字输入上页下页第7章电子开关模拟信号输出RRR2R2R2R2R2RI0I1I2I3S0S1S2S3D0D1D2D3UREFIRfUO－＋△8＋ABCDIo1Io2++_返回RRR2R2R2R2R2RI0I1I2I3S0S1S2S3D0D1D2D3UREFIUO－＋△8＋ABCDIo1Io2_++当D=0时S接地；当D=1时S接“地”（虚地），T型电阻网络的等效电路即不论模拟开关接到左边还是右边，电阻2R一端总是零电位。其等效电路如图：第7章上页下页RRUREFII=UREFR梯形电阻网络A、B、C、D任意一点，其右边的电阻网络等效电阻均等于R。返回I=UREFR上页下页第7章RRR2R2R2R2RI0I1I2I3UREFIABCDI0I1I2I3343222III2432222III1421222III0410222III2RRRR2R2R2R2R2RI0I1I2I3S0S1S2S3D0D1D2D3UREFIRfUO－＋△8＋ABCDIo1Io2++_Io1=I3I2I1I0+++=（D323+D222+D12124I+D020）UO=–RfI01=–（D323+D222+D12124RfI+D020）UO=–(D323+D222+D121+D020)UREFRf24RUO=–(Dn-12n-1+Dn-22n-2+…+D121+D020)UREFRf2nR返回上页下页第7章D/A的主要技术参数是指最小输出电压（对应的输入二进制数为1）与最大输出电压(对应的输入二进制数的所有位全为1)之比。例如十位数模转换器的分辨率为：分辨率=1/（2n-1）表示实际输出的电压值与理想的输出电压值之间的差别。从数码输入到模拟电压稳定输出间的时间称为转换速度。1210-1≈0.001※分辨率:※转换精度：※转换速度：返回CC7520外部引脚图Iout1、Iout2：电流输出端RF：反馈信号输入端UDD：电源输入端，5~10VGND：接地端UREF：基准电源，–10V~+10V上页下页第7章CC7520D/A转换器CC7520是10位CMOS电流开关型D/A转换器，其结构简单，通用性好。片内只含倒T型电阻网络、电子开关和反馈电阻RF，应用时外部要接参考电压源和运算放大器。引脚功能D9~D0：数字信号输入端Iout1Iout2GNDD9D8D7D6D5D4D3D2D1D0UDDUREFRF123456781615141312111097.1.2集成D/A转换器举例返回上页下页第7章CC7520D/A转换器应用电路12341615141312CC7520……D0D1D9UREFUDD++_U0UO=–(D929+D828+…+D121+D020)UREF210返回程控三角波/方波发生器……D8D7D0++_U01123416151413CC752056D9_++UREF+15VU02A1A2UO2UO1第7章上页下页返回1kR1R2CDZ10k20k第7章上页下页返回7.2.1逐次逼近型A/D转换器7.2模/数(A/D)转换器*7.2.2双积分型A/D转换器概述上页下页第7章返回A/D转换器的作用是将输入的模拟电压数字化。●●●●●●●●●●●●直接转换器：主要分为两大类：间接转换器：逐次逼近型、并联比较型等单积分型、双积分型等概述：7.2.1逐次逼近型A/D转换器顺序砝码重量比较判断砝码去留18g8g13g留128g+4g12g13g留138g+4g+2g14g13g去048g+4g+1g13g=13g留1逐次逼近的基本思想：类似于用天平称物上页下页第7章返回结果表示逐次逼近型A/D转换器原理框图上页下页第7章返回电压比较器输出数字量模拟信号输入参考电压逐次逼近寄存器D/A转换器节拍脉冲发生器输出寄存器CP四位D/A转换器1DQCDQCDQCDQC+C4C3C2C1C0SDJKRDCQ0SDJKRDCQ1SDJKRDCQ2SDJKRDCQ3+Ui=5.52V比较器节拍脉冲发生器•••••••••••••时钟脉冲数码寄存器d3d2d1d0••••••上页下页第7章返回逐次比较寄存器U0U+U+JKU0=(d323+d222+d121+d020)24URCC0C2C1C3C401000UR=8VU0=4V10000010111011U0=5VU0=6V01U0=5.5V四位逐次逼近型A/D转换器D/A顺序d3d2d1d0UA/V比较该位1的去留110004UAUI110026UAUI101035UAUI101145.5UA≈UI留去留留UA逼近UI的波形四位逐次逼近型ADC的转换过程UA逼近U1的波形上页下页第7章5.52O512346UA/V2341脉冲顺序返回集成A/D芯片ADC0801外引脚图ADC0801各管脚功能：上页下页第7章UIN(+)、UIN(-)：模拟量输入端D0~D7：八位数字信号输出端UCC：电源端，UCC=5VDGND：数字地端AGND：模拟地端CS：片选信号，低电平有效RD：读出端，低电平有效WD：写入端，低电平有效CLKIN：外部时钟脉冲输入端CLKR：内部时钟脉冲端INTR：输出控制端返回上页下页返回第7章*7.2.2双积分型A/D转换器双积分型A/D转换器属于电压－时间变换的间接A/D转换器。基本原理是将一段时间内的输入模拟电压Ui和参考电压UR通过两次积分，变换成与输入电压平均值成正比的时间间隔，再变换成正比于输入模拟信号的数字量。上页下页返回第7章Ui－URABS1RS2Cuo积分器比较器CP数字量输出_+计数器控制逻辑电路_+&脉冲发生器++A1A2双积分型A/D转换器原理图上页下页返回第7章CPuottt000UPT1T2Dout－URUiABS1RS2Cuo积分器比较器CP数字量输出_+计数器控制逻辑电路_+&脉冲发生器++A1A21.定时采样阶段：S1合向A侧，从0开始对Ui积分。01dtoiuUtRCA/D转换器的工作波形上页下页返回第7章CPuottt000UPT1T2Dout－URUiABS1RS2Cuo积分器比较器CP数字量输出_+计数器控制逻辑电路_+&脉冲发生器++A1A2t=T1时，S1合向B侧，停止采样。t=t1积分器输出为A/D转换器的工作波形UP=-RCT1Ui=-RCTCUi2n上页下页返回第7章CPuottt000UPT1T2Dout－URUiABS1RS2Cuo积分器比较器CP数字量输出_+计数器控制逻辑电路_+&脉冲发生器++A1A22.比较读数阶段：t≥T1时，积分器的输出电压UPuo=-RC1（–UR）∫tT1dtDout=2nURUi模数转换器的主要技术指标分辨率以输出二进制的位数表示分辨率。位数越多,误差越小,转换精度越高。转换速度它是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。相对精度它是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。上页第7章返回下页第7章上页下页返回7.3.1模拟开关*7.3模拟开关和采样-保持电路7.3.2采样-保持（S/H）电路第7章上页下页返回7.3.1模拟开关模拟开关用于传输模拟信号，它主要由控制电路和开关电路两部分组成。主要介绍由CMOS传输门构成的模拟开关和集成多路模拟开关。构成方式：双极型晶体管电路MOS场效应晶体管第7章上页下页返回UiUoCPCPUDDT1T2CPUoUiCPTGCMOS传输门电路图形符号模拟开关UoUiTG1DDUiUo第7章上页下页返回CC4051模拟开关CBA30UDD123456781615141312111091246COMMON75INHUEEUSSCC4051ABCINH电平转换电路译码电路12345670输出COMMON第7章上页下页返回7.3.2采样-保持（S/H）电路uoA2CuiA1uc（t）（t）（t）输入缓冲放大器模拟开关输出缓冲放大器保持电容第7章上页下页返回采样-保持电路波形图采样采样采样保持保持uiucuo（t）（t）（t）000ttt数码显示电路计算机系统A/D转换电路模拟开关放大滤波电路*7.4非电量测量系统举例上页下页返回温度测量系统原理框图：温度信号1温度信号2信号采集电路说明：一般A/D转换后的数字信号直接送给计算机系统处理、显示、传输、打印和实现各种控制功能。本例中，用数码显示电路替代微机。第7章