数据的存储采集与转换.ppt

1、第11章 数据的存储、采集与转换,*11.1半导体存储器 *11.2采样和保持电路 11.3 数模转换电路 11.4 模数转换电路,半导体存储器分类：,按功能,只读存储器（ROM）,随机存取存储器（RAM）,顺序存取存储器（sAM）,*11.1半导体存储器,11.1.1.1 ROM的电路结构,图11-1 ROM的结构图,ROM矩阵的容量=字数位数=2nM,11.1.1 只读存储器ROM,11.1.1.2 ROM的工作原理,W0W3四条字线,表达式为,输出D3D2D1D0与地址译码器输出 端字线W0W3的逻辑关系为,把W0W3与输入地址码A1A0关系代入有,在绘制中、大规模集成电路的逻辑图时,为

2、了方便 起见常用如图11-3所示的简化画法,有二极管的存 储单元用一黑点表示。,例11-1 用简化的ROM存储矩阵设计全加器。,解： 首先列出真值表,逻辑函数表达式,存储器的简化矩阵阵列图如图所示。,由双极型晶体管和MOS型场效应管构成的存储矩 阵分别如图所示。,一次编程只读存储器PROM,结构示意图,11.1.2.1 RAM的基本结构和工作原理,11.1.2 随机存取存储器(RAM),1存储矩阵,存储矩阵：由存储单元(即位)构成，一个存储单元存储一位二进制数码“1”或“0”。存储器是以字为单位进行存储的。,存储容量, 存储器含存储单元的总个(位)数。,2地址译码,存储容量 = 字数（word

3、） 位数（bit）,地址译码电路的功能是实现字的选择，每输入一 组地址码就选择出一个字，只能对选择出的这个 字进行读操作或写操作。,3读/写控制电路与片选控制电路,读/写控制电路用于对电路的工作状态进行控制。,当R/W=1时，执行读操作，R/W=0时，执行写操作。,4片选控制,当CS=0时，选中该片RAM工作， CS=1时该片 RAM不工作。,如图所示电路是一个10244位RAM的实例2l14 的结构框图。,11.1.2.2 RAM容量的扩展,1位扩展（字长扩展）,地址线、读/写控制线、片选线并联,输入/ 输出线分开使用,如用 2 片 1024 4 位 RAM 扩展为 1024 8 位 RAM

4、,2字扩展（地址扩展）,字数的扩展可利用外加译码器控制存储器芯片的片选输入端CS来实现。,如 将1024 4的RAM扩展为4K4位的RAM,采样和保持电路的任务是当输入信号变化较快时，要求输出信号能快速而准确的跟随输入信号的变化进行间隔采样，在两次采样之间保持上一次采样结束时的状态，,如图所示电路为采样保持电路的原理图和输出波形, 采样保 持电路由运算放大器、保持电容C和开关S组成。,*11.2 采样和保持电路,合理的采样频率由采样定理确定。,采样定理：设采样信号S(t)的频率为fs，输入模拟信I(t)的最高频率分量的频率为fimax，,则 fs 2fimax,如图所示电路是集成采样保持电路L

5、F198的电路原理图及 符号。,模数与数模转换器是计算机与外部设备的重要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部件。,将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换器(简称A/D转换器或ADC)；,传感器,模拟控制,模拟信号,数字计算机,数字控制,数字信号,ADC,DAC,将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换器(简称D/A转换器或DAC),11.3 数模转换电路,一个n位二进制数可表示为,其最高位到最低的权依此为,数模转换（D/A转换器）的基本思想： 由于构成数字代码的每一位都有一定的“权”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其“权”转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加即

6、可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成D/A转换器的基本思想。,11.3.1 D/A转换器的基本原理,11.3.2 倒T形电阻网络D/A转换器,输出电压,总电流,当RF=R时,上式可表示为,如果是n位D/A转换器,当RF=R时,输出模拟电压值可表示为,例 设,，试分别求出二进制数1010和,1111相对应的模拟输出量。,解：,（1）当数字量为1010时,（2）当数字量为1111时,显然，输出模拟量与输入数字量成正比,AD7524是CMOS单片低功耗8位并行D/A转换器。,VDD：供电电压正端；,GND：接地端；,UREF：为基准电源端；,RF：反馈电阻端；,D0D7：为输入数据端；,OUT

7、1、OUT2 电阻网络的 电流输出端；,：为片选端；,:为写入控制端.,11.3.3集成D/A转换器,11.3.4 D/A转换器的主要参数,1、分辨率 用输入二进制数的有效位数表示。分辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。 也可以用D/A转换器的最小输出电压（1）与最大输出电压（所有位为1）的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为：,2、转换精度 D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。,3转换时间（输出建立时间） 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为转

8、换时间（输出建立时间）。,11.4.1 A/D转换器的基本原理,A/D转换器的基本原理框图如图所示，,11.4 模数转换电路,为将模拟信号转换为数字量，在A/D转换过程中，还必须将采样-保持电路的输出电压，按某种近似方式归化到相应离散电平上，这一转化过程称为数值量化，简称量化。量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码表示出来。经编码后得到的代码就是A/D转换器输出的数字量。,量化过程中所取最小数量单位称为量化单位，用表示。,两种近似量化方法：去尾法和四舍五入法。,逐次比较型A/D转换器原理框图如图所示，是由顺序脉冲发 生器，逐次逼近寄存器，D/A转换器和电压比较器等几部分 组成。,逐次逼进？

9、,其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量：,逐次比较型A/D转换器电路如图所示。,转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为1000。这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与ui进行比较。若uiuo，说明数字过大了，故将最高位的1清除；若uiuo，说明数字还不够大，应将这一位保留。然后，再按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。,原理框图,基本原理,ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型模数转 换芯片。,11.4.3 集成A/D转换器,1分辨率,A/D转换器的分辨率是指输出数字量变化一个最低有效为 LSB所对应的输入模拟电压的变化量。,例如输入模拟电压的变化范围为010V，输出为10位数码， 则分辨率为,2转换误差,转换误差表示A/D转换器实际