計算機結(jié)構(gòu)與邏輯設(shè)計課件計邏-安良第六章

外部信息與二進制代碼之間的直接二進制碼輸入——輸入設(shè)備的任務(wù)是將輸入信息轉(zhuǎn)換為二鍵盤輸入——有些輸入設(shè)備需要對輸入的信息進行將按動按鍵形成的電信號轉(zhuǎn)換成二進制代碼的電路稱為 模擬信息輸打印輸其他形式的輸數(shù)模與模數(shù)

模數(shù)轉(zhuǎn)換電路是將輸入模擬信息轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)碼的編。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路則是由二進制數(shù)碼轉(zhuǎn)換為模擬信息的譯。7654321 0-------。例如，將4位輸入碼（原碼）作為橫標，輸出的模擬電壓為縱坐標，可 得到圖6.8所示的轉(zhuǎn)換特性。該轉(zhuǎn)換參考線應(yīng)該是一條常用的D/A轉(zhuǎn)換方開關(guān)樹譯碼方

n位D/A轉(zhuǎn)換的任務(wù)是將2n個輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為與其數(shù)值成正比的2^n個模電壓，最簡單的方法就是產(chǎn)生 個標準電壓，然后根據(jù)輸入的二進碼，將對應(yīng)的電壓切換到輸出這種構(gòu)思的D/A轉(zhuǎn)換電圖6.9這種方案只是在位數(shù)較少D/A轉(zhuǎn)換中使用集成A/DADC0809部使用了這種方權(quán)電流方6.1D/4理想運放：放大倍數(shù)K無窮大輸入阻抗無窮大；輸出阻抗為VO＝K（V+-V-）K無窮大，VO是有限數(shù)值，所以V+與V-相等：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器組：1個求和放大voRFiRFI3I2I1I0

d3 I

I1

22

23 d

I d IR假如參考電壓 輸出電流分別為3.25mA和1.75mA；對應(yīng)輸出電壓-13V和-

B3

圖6.11倒T型D/A轉(zhuǎn)換電雙極性

圖6.11所示的轉(zhuǎn)換電路，其輸出電壓是負值（包括0值），是一種單事實上許多物理量都是雙極這樣可以采用正、負兩個基準電源的方法解決，符號位為1用負電源實際中一般不使用這種方法碼B3B2B1B0S3S2S1出VOA—碼B3B2B1B0S3S2S1出VOA—－－11111111011010110110000000000100101001001101110000081000007101001610100151100104110010311101121110111000010001000100200110130011014010110501011060111117011111ADC561用這種方法實現(xiàn)向轉(zhuǎn)換權(quán)電容譯碼方原理如圖6.13

4個開關(guān)分別受到數(shù)碼B3、B2、B1、B0控制，Bi為1Vref，反之接地這4個電容的容量分別為8C0，4C0，2C0,1C0，與數(shù)碼的權(quán)值相對應(yīng)。另一假如輸入的數(shù)碼為1111，那么電容C3~C0接到Vref，等效電路如圖C=C3+C2+C1+C0+C0’=16C0，由此可見，輸入的數(shù)碼跟輸出的電壓成正比， D/A轉(zhuǎn)換器舉

DAC0808是8位權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器，其中D0～D7是數(shù)字當VREF=10VR1=5kΩRf=5kΩ時輸出電壓為DAC0808輸出與輸入的關(guān)系（DAC0832

D0~

WR2Iout2D/A轉(zhuǎn)換的主要技術(shù)指分辨分辨力又稱靈敏度，用來衡量D/A轉(zhuǎn)換的精細其定義為相鄰兩組二進制代碼對應(yīng)的輸出電壓之差值S，也就是輸入進制最低有效位（LSB）對應(yīng)的輸出通常并不關(guān)心分辨力的絕對值S，而是關(guān)心S與電路最大輸出Vm之值，即分辨率一個n位的D/A轉(zhuǎn)換電路，它的最大輸出Vm等于（2n－1）×S，所以nD/A轉(zhuǎn)換電路的分辨率ResRes＝1/（2n－1），當n足夠大時，近似為它與D/A標，精確精確度用來衡量D/A轉(zhuǎn)換電路的實際輸出值是否精確等于理論輸出值。通用實際輸出值與理論輸出之差值（轉(zhuǎn)換誤差）的最大值表一個D/A轉(zhuǎn)換電路能正常工作，轉(zhuǎn)換誤差必須小于分辨力S的一半D/A轉(zhuǎn)換特性，理論參考線應(yīng)該是一條過原點的直線實際輸出偏離了這條參考常見的誤差有3平移誤斜率誤 非線性誤通常用輸出電流））D/A）與穩(wěn)態(tài)值相差±1/2LSB范圍以內(nèi)的這段模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原模數(shù)轉(zhuǎn)換的全過

模數(shù)轉(zhuǎn)換一般分為：取樣——保持——量化——編碼4取模擬信號在時間上一般是連續(xù)的，而數(shù)字信號在時間上則是離散的轉(zhuǎn)換時必須按照數(shù)字信號的節(jié)拍，對被轉(zhuǎn)換的模擬信號取假如S（t）是一個取樣脈沖信號，它在對應(yīng)的數(shù)字信號節(jié)拍其余時間則那么，對應(yīng)于模擬信號V（t），取樣后的信號就是（）（）的2（）（）。保

；MOS實際中，取樣保持電路是有負載的，所以需要一個高輸入、低輸出的運放跟隨器加以；同樣，為了減少信號源內(nèi)阻的影響，在輸入端也需要一只運放跟隨器。運放跟隨器一般在電路之間使用，起的作量

轉(zhuǎn)換（）這種量化會帶來誤差，稱為量化誤差或者數(shù)字化誤差，這種誤差無法按照去尾法量化，最大誤差等于量化的階梯（一個刻度為了減少量化誤差，可以采用四舍五入的方法進行量化，這樣誤差有正負，最大誤差量值為量化階梯（一個刻度）值的一半編刻度以上是A/D轉(zhuǎn)換的取樣和保持通常做在一起，而量化和編碼一般集成A/D是指量化和編碼，不包括取樣電路A/D轉(zhuǎn)換的技術(shù)指分辨力——D與數(shù)模轉(zhuǎn)換類似，我們更關(guān)心相對分辨力，即分辨對于n位A/D，假如其電壓變化范圍是Vm，量化時將Vm分成2n層，每精度——D/A3A/D或者。轉(zhuǎn)換速度——A/D轉(zhuǎn)幾種常見的A/D轉(zhuǎn)換并行比較所以，首先要在轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)形2n個量化刻度，即2n個基準并行比較型 在于比較，

優(yōu)點：轉(zhuǎn)換的速度缺點：成本高，需要2n-1個比較并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器舉：△＝VREF2·15逐次近型逐次近法的思路與搜索某個單調(diào)變化的物理量的過程相似。假如轉(zhuǎn)換成3……。V首先跟100102＝，同時下一次跟1100小，那么＝直各位的結(jié)果。逐次比較型ADC6以3位A/D轉(zhuǎn)換為例，假如輸入的電壓為4.32V，轉(zhuǎn)換的過程見圖6.24這種轉(zhuǎn)換方式成本小，只用一個比較器；但速度低，對于n位至少需要n+1個時鐘

— &QQQQQQ&QQQQQQSRSRSR SRSRSR&&&&&&&DSET

DSET

DSET

DSET

DSETCP

CLR

CLR

CLR

CLR

CLR62A/DC1C2C3C4C、、CC和C取樣

15rCCCC8C）×ViA＝2CViA，完成取樣（將輸入電壓信息存放在了電容上保持斷開15。由于電和容中 總荷仍不但是－，比較1。逐次比較r15r1第一步：將開關(guān)S1通過Sr接到Vref，也就是將電容C1接到了基準電壓此時等效電路如圖6.25（b）所示加在比較器輸入端的電壓有兩部一是在取樣 的電荷的作用，其值為二是基準電壓在電容網(wǎng)絡(luò)上的分壓，其值總的電壓為：Vx1＝反之比較器輸出0這時比較器的輸出就是轉(zhuǎn)換結(jié)果的最高數(shù)據(jù)位第二步：將開關(guān)S2通過Sr接到Vref，開關(guān)S1則是有數(shù)據(jù)B3決定，如B3＝1S1接到Vref，反之S1接地假設(shè)B3＝1，此時等效電路如圖6.25（c），其輸出電壓Vx2＝如果Vx2<0，比較器輸出1，反之比較器輸出這一步是確定轉(zhuǎn)換結(jié)果的第二位B2這種方法確定數(shù)值跟上面的逐次比較的過程相同以后的各數(shù)值位確定方法類推這種方式的轉(zhuǎn)換精度高，成本相對較低，轉(zhuǎn)換速度較高，是制作ADC較好案近雙積分型A/D轉(zhuǎn)換A/D（V/T圖6.27是用運放做的積分電路，其輸出電壓與輸入電流的關(guān)系為Vo=－1/C（∫idt）=－1/C（∫（Vref/R）.雙積分型A/D轉(zhuǎn)換電路的基本框圖如圖6.29所示，其轉(zhuǎn)換過程如下（轉(zhuǎn)換前電容C放電，計數(shù)器清取樣期（定時積分

將接到輸入信號VA開始由VC由0Vr，取樣期結(jié)束，進入取樣期的時間T是由計數(shù)器決定的，對于n位二進轉(zhuǎn)換期（定速積分但是因為VB仍然小于0，所以計數(shù)器仍然在計數(shù)當積分器的輸出上升到VC由1因為轉(zhuǎn)換期輸入的是基準參考電壓－Vref，所以積分但是積分的時間是不同的，它跟取樣期結(jié)束時積分器的輸出電壓大小關(guān)，而且是成正比（因為|Vref|>＝ViA，所以轉(zhuǎn)換期時間一定小于取樣時間假設(shè)轉(zhuǎn)換期的時間為t，因所以t＝（VB/Vref）此時，計數(shù)器中的計數(shù)數(shù)據(jù)基準電壓和n一定，所以數(shù)據(jù)K和輸入電壓成正比，可以表示輸入電壓的小雙積分型ADC轉(zhuǎn)換速度很低，一次轉(zhuǎn)換最長可能需要2×2n個標期，只能用于直流信號或者頻率很低的信號的這種轉(zhuǎn)換方式的優(yōu)點是：精度高 能力強；成本比較型比較型A/D轉(zhuǎn)換的基本框圖如圖6.31

，使計數(shù)器遞減計數(shù)。圖（）與DA雖然A/D轉(zhuǎn)換的輸出每次只能變化1，但是只要取樣的速率足夠高

ADC0809終端 器之間的通總線的提外部設(shè)備的地址模

一是獨立編 總線結(jié)三種總線：數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總數(shù)據(jù)在總線上的傳送方無論是讀或?qū)?，地址信號、讀/寫命令的時間應(yīng)足夠長，以保證讀/進行讀/寫數(shù)據(jù)傳送方式有三種：同步方式；異步方式；