数字逻辑与数字系统完整版

1、数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 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( (电压或电电压或电流流) )，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。的数字量与输入的模拟电量成正比。 实现

2、模数转换的电路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数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院A/DA/D 转换器转换器 D/AD/A 转换器转换器 模拟模拟 控制器控制器 工业生产过程控制对象工业生产过程控制对象 模模 拟拟 传感器传感器 ADC和和DAC已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。已成为计算机系统中不可缺少的接口电路。将温度、压力、流将温度、压力、流量、应力等物

3、理量量、应力等物理量转换为模拟电量。转换为模拟电量。计算机进行数字处计算机进行数字处理（如计算、滤理（如计算、滤波）、保存等波）、保存等用模拟量作为用模拟量作为控制信号控制信号数字控制数字控制 计算机计算机 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，用领域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。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数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科

4、技大学计算机科学与工程学院压力, 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计算机工业控制系统示意图数字计算机工业控制系统示意图由计算机依次选通，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。数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 10.1 数模转换器数模转换器(DAC) D/AD/A转换器实质上是一个转换器实质上是一个译码器译码器（解码器）。一般常（解码器）。一般常用的线性用的线性D/AD/A转换器，其输出模拟电压转换器

5、，其输出模拟电压uO O和输入数字量和输入数字量D Dn n之间成之间成正比关系正比关系。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，以电压或电流的形式输出。以电压或电流的形式输出。 uo或或 io 输输出出 D/A d0 d1 dn1 输输入入 Dn (LSB) (MSB) 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数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 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

6、组合而成的， 对于有权码，每位代对于有权码，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，相应的模拟量， 然后，将这些模拟量相加，即可得到与数字然后，将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟量，量成正比的模拟量， 从而实现数字量从而实现数字量-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基本思想 NDb424b323b222b121b020 124123022021120将二进制数将二进制数ND(11001)B转换为十进制数。转换为十进制数。D/A转换的基本原理转换的基本原理第十章第十章 数

7、模转换器与模数转换器数模转换器与模数转换器数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 1-n0iREFiiREF00REF11REF2n2nREF1n1nREFnoU2d U2dU2dU2dU2d UDu 1-n0iii00112n2n1n1nn2d2d2d2d2dD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的各位所对应的各位所对应的各分模拟电压之和。的各分模拟电压之和。 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数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖

8、南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 数数码码 寄寄存存器器 n n位位模模拟拟开开关关 解解码码 网网络络 求求和和 电电路路 基基准准电电压压 n n位位数数字字量量输输入入 模模拟拟量量 输输出出 DAC的数字数据可以并行输入也可串行输入的数字数据可以并行输入也可串行输入用存放在数用存放在数字寄存器中的字寄存器中的数字量的各位数字量的各位数码数码由输入数字由输入数字量控制量控制产生权电流产生权电流将权电流相将权电流相加产生与输入加产生与输入成正比的模拟成正比的模拟电压电压 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数字逻辑与数字系统数字逻辑

9、与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 D/A转换器的分类转换器的分类:按解码网络按解码网络结构分类结构分类 T型电阻网络型电阻网络DAC倒倒T形电阻网络形电阻网络DAC权电流权电流DAC 权电阻网络权电阻网络DAC 按模拟电子开按模拟电子开关电路分类关电路分类 CMOS开关型开关型DAC双极型开关型双极型开关型DAC 电流开关型电流开关型DAC ECL电流开关型电流开关型DAC D/A 转换器D/A转换的基本原理转换的基本原理数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院(1)T型电阻网络型电阻网络DA

10、C 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、电阻网络、运算放大器、基准电压几部分组成。运算放大器、基准电压几部分组成。 10.1 数模转换器数模转换器(DAC) a0 a1 an3 Sn3 an1 Sn2 2R Sn1 2R 2R 2R 2R S1 S0 2R R R R R R RF vO 0 1 A 2R an2 VR n n3 n2 n1 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）基准基准电压电压数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 10.1

11、 数模转换器数模转换器(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转换器转换器，S0、 S1 、 S2 、 S3四个模拟开关，表示四个模拟开关，表示数字信号数字信号d0、d1 、d2 、d3的取值情况。的取值情况。2Rl 4位位T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 10.1 数模转换器数模转换器(DAC)总电流总电流I2R3l 4位位T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学

12、与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 10.1 数模转换器数模转换器(DAC)l 4位位T型型DAC电路电路)2222(23)16842(30011223340123ddddRRVRddddRVRIUfREFfREFfo输出电压为：输出电压为：2R)2222(2)2222(233001122334001122334ddddVddddRRVURRREFfREFof，则若数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 10.1 数模转换器数模转换器(DAC)l 4位位T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路)2222(23)16842(300

13、11223340123ddddRRVRddddRVRIUfREFfREFfo输出电压为：输出电压为：2R数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院例：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，输入量数字入量数字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)数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与

14、工程学院例：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，输入量数字入量数字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)DURRUnREFF230) 0212120212021212(21020123456780DUUnREF)(36. 821425610V解：在电路中解：在电路中n8，D11010110 （1）当当RF3R时，由时，由可得：可得：数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学

15、与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院例：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，输入量数字输入量数字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，D11010110DURRUnREFF230)(57. 5214210328VRR（2）当）当RF2R时，时，数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院模拟开关S3-S

16、0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l 4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)数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院由基准电源由基准电源V VREFREF供供出电流出电流为为: :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3 33333

17、4 41 12 2RR2I= I=I=I2等效电路为等效电路为l 4位倒位倒T型电阻网络型电阻网络DAC电路电路数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院同理可以得出：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, 0 00 00 01 1R412=22IIII1 11 11 12 2R412=22IIIIIIII2223R412=223210REFO132104VI=D2 + D2 + D2 + D22Rl 4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)数字逻辑与数

18、字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院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 形电阻形电阻网络也有网络也有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:l 4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)10(41

19、2DRRVRIUfREFfoo)10(412DVRIUREFfoo)10(12DVRIUnREFfoo数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院l DAC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转换转换器对模拟量的分辨能力器对模拟量的分辨能力。理论定义为最小输出电压。理论定义为最小输出电压(对应对应的输入数字量仅最低位为的输入数字量仅最低位为“1”)与最大输出电压与最大输出电压(对应的数对应的数字输入量为全字输入量为全“1”

20、)之比。对于前述之比。对于前述4位位D/A转换器，其分转换器，其分辨率为辨率为1/15。分辨率越高，转换时对应最小数字输入的。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，也就越灵敏。模拟信号电压数值越小，也就越灵敏。通常，使用数字通常，使用数字输入量的位数来给出分辨率。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，位，单片集成单片集成D/A转换器转换器ADll47的分辨率为的分辨率为16位等。位等。数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院l DAC的主要

21、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转换器的线性转换器的线性度度。而非线性误差为理想的输入。而非线性误差为理想的输入/输出特性曲线与实际输出特性曲线与实际转换曲线的偏差，转换曲线的偏差，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）的转换精度以最大的静态转换误差（综合误差）的形式给出形式给出。这个转换误差应该是包含非线性误差、比。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。但是有的产品例系数误差以及漂移误差等综合

22、误差。但是有的产品说明书中说明书中,只是分别给出各项误差只是分别给出各项误差,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个不同个不同的概念。精度是指转换后所得的实际值对于的概念。精度是指转换后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最小输入量换结果发生影响的最小输入量,对于分辨率很对于分辨率很高的高的DA转换器并不一定具有很高的精度。转换器并不一定具有很高的精度。数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院l DAC的

23、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度值的变化时,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)达达到满刻度值到满刻度值1/2LSB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其数字输入信号从一个二进制数变到另一个二进制数时进制数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即从原来的输出电压

24、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、电电路中的电容、电感和开关电路会引起电路时间延迟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转换转换器，其建立时间不同器，其建立时间不同,一般从几个纳秒到几个微秒。输出形一般从几个纳秒到几个微秒。输出形式是电流的式是电流的,其其D/A转换器的建立时间是很短的；输出形式转换器的建立时间是很短的；输出形式是电压的是电压的,D/A转换器的主要建立时间是其输出运算放大器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。所需的响应时间。数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统

25、湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院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，提高了制造精度；而且支路电流流入求和点不存在时间差，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。提高了转换速度。 应用：它是目前集成应用：它是目前集成D/A转换器中转换速度较转换器中转换速度较高且使用较多的一种，如高且使用较多的一种，如8位位D/A转换器转换器DAC0832，就是采用倒，就是采用倒T型电阻网络。型电阻网络。 10.1 数模转换器数模转换器(DAC)数字逻辑与数字系统

26、数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 A/DA/D转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通过转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通过取样、保持、量化和编码取样、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 模数转换器模数转换器(ADC)数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 取样（也称采样）是将时间上连续变化的信号，取样（也称采样）是将时间上连续变化的信号

27、，转换为时转换为时间上离散的信号间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。等间隔的脉冲，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 maxf2fs 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数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院10.3 模数转换器(ADC)1.1.取样和保持取样和保持 A/

28、DA/D转换器的基本工转换器的基本工作原理作原理 模拟信号经采样后，得到一系列模拟信号经采样后，得到一系列样值脉冲样值脉冲。采样脉冲宽度。采样脉冲宽度一般是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时保持一般是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时保持所取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。因此，在取样电路之所取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。因此，在取样电路之后须加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，U UI I( (t t) )向电容向电容C C充电，假充电，假定充电时间常数远小于定充电时间常数远小于，则有：则有：U

29、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，直到不变，直到下一个采样脉冲到来为止。下一个采样脉冲到来为止。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，运算放大器为跟跟随器随器，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数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大

30、学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 输入的模拟电压经过取样保持后，得到的是输入的模拟电压经过取样保持后，得到的是阶梯波阶梯波。而该阶。而该阶梯波仍是一个可以连续取值的模拟量，但梯波仍是一个可以连续取值的模拟量，但n n位数字量只能表示位数字量只能表示2 2n n个数值。因此，用数字量来表示连续变化的模拟量时就有一个类个数值。因此，用数字量来表示连续变化的模拟量时就有一个类似于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，这个过程称为程称为量化量化。指定

31、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。用二进制数码来表示各个量化电平的过程称为来表示各个量化电平的过程称为编码编码。两个量化电平之间的差值。两个量化电平之间的差值称为称为量化单位量化单位，位数越多，量化等级越细，位数越多，量化等级越细，就越小。取样保就越小。取样保持后未量化的持后未量化的U Uo o值与量化电平值与量化电平U Uq q值通常是不相等的，其差值称为值通常是不相等的，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：只舍不入法只舍不入法和和有舍有入法有舍有入法。A/DA/D转

32、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)数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院1)1)只舍不入法只舍不入法 当当U Uo o的尾数的尾数时，时，舍尾取整。舍尾取整。这种方法这种方法总总为正值，为正值，maxmax 。 2)2)有舍有入法有舍有入法 当当U Uo o的尾数的尾数/2/2时，舍时，舍尾取整；当尾取整；当U Uo o的尾数的尾数/2/2时，时，舍尾入整。舍尾入整。这种方法这种方法可正可可正可负，但是负，但是| | maxmax|= |= /2/2。可见，。可见，它的误差要小。它的误差

33、要小。 2.2.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数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院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。 直接法是通过一套基准电压与取样保持电压进行直接法是通过一套基准电压与取样保持电压进行比较比较，从，从而而直接直接将模拟量将模拟量转换转换成数字量。其特点是成数字量。其特点是工作速度高工作速度高，转换精，转换精度容易保证，调准也比较方便。度容易保证，调准也比较方便。直接直接A/DA/D转换器有计数型、逐次转换器有计数型、

34、逐次比较型、并行比较型比较型、并行比较型等。等。 间接法是将取样后的模拟信号先转换成间接法是将取样后的模拟信号先转换成中间变量中间变量时间时间t t或或频率频率f f, , 然后再将然后再将t t或或f f转换成数字量。其特点是转换成数字量。其特点是工作速度较低工作速度较低，但但转换精度可以做得较高转换精度可以做得较高，且抗干扰性强。，且抗干扰性强。间接间接A/DA/D转换器有单转换器有单次积分型、双积分型次积分型、双积分型等。等。l 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)数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程

35、学院湖南科技大学计算机科学与工程学院逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D转换器转换器 它是一种常用它是一种常用A/DA/D转换方式转换方式, ,转换速率比双积分型快转换速率比双积分型快, ,每秒每秒钟采样高达几十万次钟采样高达几十万次, ,逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D转换的过程与用天平称转换的过程与用天平称物体质量的过程相似。物体质量的过程相似。 (1)(1)先在砝码盘上加上先在砝码盘上加上128g128g砝码，经天平比较结果，重砝码，经天平比较结果，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

36、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)数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 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

37、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)数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 取样保持 n位DAC 控制逻辑 + - + C 时钟源 Qn-1Qn-2Qn-3 Q2Q1Q0 逐位逼近寄存器 （SAR） 输出寄存器 转换控

38、制信号 模拟输入 u1 u1 偏移电压 u0 u0 /2 UREF 比较器 UC CP US dn-1(MSB) dn-2 n位并行 d2 数字输出 d1 d0 (LSB) 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/DA/D转换器转换器 10.2 模数转换器模数转换器(ADC)逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D转换器的基本电路转换器的基本电路比较器比较器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转换器转换器数字逻辑与数字系统数字逻辑与数字系统湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南科技大学计算机科学与工程学院 为了提高为了提高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, 作为量作为量化误差修正化误差修正,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