數(shù)字電路制作與調(diào)試項(xiàng)目化教程（活頁式）教案 182 溫度檢測電路的制作與調(diào)試

《數(shù)字電路制作與調(diào)試》教案課程名稱數(shù)字電子技術(shù)課程代碼M01F28D10總學(xué)時(shí)64任課教師

單元教案授課日期授課地點(diǎn)根據(jù)實(shí)際情況填寫，有幾個(gè)填寫幾個(gè)。授課班級(jí)班級(jí)人數(shù)教學(xué)單元教學(xué)單元、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方式、評(píng)價(jià)方式與課程大綱的相應(yīng)內(nèi)容保持一致。項(xiàng)目6溫度檢測電路的制作與調(diào)試教學(xué)時(shí)數(shù)按單元的教學(xué)時(shí)數(shù)填寫。4教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)應(yīng)是此單元的教學(xué)目標(biāo)結(jié)合實(shí)際授課內(nèi)容的具體化，其描述參見文中舉例。AOB14：了解A/D轉(zhuǎn)換以及D/A轉(zhuǎn)換的原理以及實(shí)現(xiàn)方法。AOB15：理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維與創(chuàng)新意識(shí)，做到知行合一，“知者行之始，行者知之成”。BOB1：清楚了解常用集成電路的AD/DA轉(zhuǎn)換芯片功能和使用；BOB2：能設(shè)計(jì)簡單的組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路，能設(shè)計(jì)多通道溫度檢測系統(tǒng)；BOB3：能熟練使用Multisim仿真軟件對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行調(diào)試和仿真；BOB4：電子設(shè)計(jì)小項(xiàng)目制作培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、踏實(shí)、精益求精的大國工匠精神、專業(yè)榮譽(yù)感和職業(yè)使命感。微課視頻：解讀電子信息技術(shù)【課程思政】教學(xué)方式一體化教學(xué)評(píng)價(jià)方式課堂表現(xiàn)（30%）作業(yè)完成（30%）項(xiàng)目完成（40%）教學(xué)資源教學(xué)資源包含理論上使用的紙質(zhì)或網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，實(shí)踐課使用的設(shè)備、工具和耗材等資源。任課教師需保證所有資源可用。1.《數(shù)字電子技術(shù)實(shí)用教程》，郭慧等編著，校本教材；2.數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱25套，Multisima9.0仿真軟件，學(xué)習(xí)通APP；3.網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源在線測試：第六單元單元測試

微課視頻10：解讀電子信息技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與未來等等/design/process/edit.html?courseOpenId=9boyamcro69oaawrvqbbkw行業(yè)網(wǎng)站推薦：/products/design-tools/ise-design-suite.html單元教學(xué)設(shè)計(jì)第一次課（2學(xué)時(shí)根據(jù)根據(jù)實(shí)際教學(xué)時(shí)數(shù)填寫。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容部分的詳略可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。對(duì)于新教師、新課程，要求詳細(xì)填寫；其余填寫內(nèi)容要點(diǎn)即可。任務(wù)6.1集成D/A轉(zhuǎn)換器的邏輯功能測試課程思政：對(duì)電路設(shè)計(jì)的思路和想法，學(xué)生各抒己見引出言論自由與客觀公正。將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過程，簡稱A/D轉(zhuǎn)換（AnalogtoDigital），完成模數(shù)轉(zhuǎn)換的電路稱之為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡稱ADC（AnalogtoDigitalConverter）。將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的過程，簡稱D/A轉(zhuǎn)換（DigitaltoAnalog），完成數(shù)模轉(zhuǎn)換的電路稱之為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡稱DAC（DigitaltoAnalogConverter）。6.1.1D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理數(shù)字系統(tǒng)中實(shí)際參加運(yùn)算的數(shù)字量是以二進(jìn)制數(shù)碼的形式表示的，這就要求DAC輸入的是二進(jìn)制數(shù)字量，通過轉(zhuǎn)換將輸入的數(shù)字量以模擬量的形式輸出，而且輸出的電壓模擬量大小一定與輸入的數(shù)字量大小成正比?，F(xiàn)假設(shè)DAC轉(zhuǎn)換的比例系數(shù)為k，則輸出的模擬電壓公式為V其中i=0n-1圖6.2表示了4位二進(jìn)制數(shù)字量與經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后（轉(zhuǎn)換的比例系數(shù)k=1）輸出的電壓模擬量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由此可見，兩個(gè)相鄰數(shù)碼轉(zhuǎn)換出的模擬電壓值是不連續(xù)的，兩者的電壓差值由最低碼位所代表的位權(quán)值決定。它是DAC所能分辨的最小數(shù)字量，常用1LSB（LeastSignifantBit）表示。對(duì)應(yīng)于最大輸入數(shù)字量的最大模擬電壓輸出值（絕對(duì)值），稱為滿量程輸出值，用FSR（FullScaleRange）表示。圖6.2DAC輸入與輸出關(guān)系數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分類如圖6.3所示。數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換器直接式數(shù)模轉(zhuǎn)換器間接式數(shù)模轉(zhuǎn)換器權(quán)電阻式數(shù)模轉(zhuǎn)換器T型電阻式數(shù)模轉(zhuǎn)換器權(quán)電流式數(shù)模轉(zhuǎn)換器電容式數(shù)模轉(zhuǎn)換器圖6.3數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分類在集成電路的數(shù)模轉(zhuǎn)換器中，很少采用間接式數(shù)模轉(zhuǎn)換器。一般來說，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的工作原理比模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理要簡單。有些模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路中，還含有相應(yīng)的X數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路，作為反饋部件來使用。一般電阻式DAC的結(jié)構(gòu)如圖6.4所示。圖6.4DAC組成框圖6.1.2D/A轉(zhuǎn)換器的分類倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器根據(jù)電阻網(wǎng)絡(luò)的不同，可分為權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器形式。在單片集成D/A轉(zhuǎn)換芯片中采用最多的是倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器。下面以4位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器為例闡述D/A轉(zhuǎn)換的原理，如圖6.5所示。圖6.54位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)是目前集成D/A芯片中使用最多的一種，它有如下特點(diǎn)：（1）電路中電阻的種類很少，便于集成和提高精度。（2）無論模擬開關(guān)如何變換，各支路中的電流都保持不變，因此不需要電流建立時(shí)間，提高了轉(zhuǎn)換速度。.常用的CMOS開關(guān)倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的集成電路有AD7520（10位）、AD1210（12位）和AD7546（16位）等。權(quán)電流式D/A轉(zhuǎn)換器盡管倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器具有較高的轉(zhuǎn)換速度，但由于電路中存在模擬開關(guān)電壓降，當(dāng)流過各支路的電流稍有變化時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換誤差。為進(jìn)一步提高D/A轉(zhuǎn)換器的精度，可采用權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器。4位權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器原理\t"/wenku/rd/dianzi/201506/_blank"電路如圖6.6所示。電路中用一組恒流\t"/wenku/rd/dianzi/201506/_blank"電源代替了倒T形網(wǎng)絡(luò)。這組恒流源從高位到低位電流的大小依次為I/2，I/4，I/8，I/16。VO-VV-V圖6.6權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器的原理電路6.1.3D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度是指D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的模擬電壓值與理論輸出模擬電壓值之間的最大誤差。顯然，這個(gè)差值越小，電路的轉(zhuǎn)換精度越高。在D/A轉(zhuǎn)換器中一般用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差描繪轉(zhuǎn)換精度。（1）分辨率D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率是指輸入數(shù)字量中對(duì)應(yīng)于數(shù)字量的最低位（LSB）發(fā)生單位數(shù)碼變化時(shí)，引起的輸出模擬電壓的變化量?U與滿度值輸出電壓U之比。在n位的D/A轉(zhuǎn)換器中，輸出的模擬電壓應(yīng)能區(qū)分出輸入代碼的2n個(gè)不同的狀態(tài)，給出2n分辨率式中n為D/A轉(zhuǎn)換器中輸入數(shù)字量的位數(shù)。例如：8位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為分辨率此分辨率若用百分比表示，為0.4%。分辨率表示D/A轉(zhuǎn)換器在理論上能夠達(dá)到的精度。DAC的位數(shù)越多，分辨率的值越小，即在相同情況下輸出的最小電壓越小，分辨能力越強(qiáng)。在實(shí)際使用中，通常把2n或n叫作分辨率，例如8位DAC的分辨率為28或8位。（2）轉(zhuǎn)換誤差DAC在實(shí)際使用中均存在誤差，常見的誤差主要包括以下三種：非線性誤差、漂移誤差和增益誤差。非線性誤差：理想的DAC轉(zhuǎn)換特性是一條通過原點(diǎn)和滿量程輸出理論值的一條品線。而實(shí)際的DAC會(huì)偏離理想直線，通常表現(xiàn)為一條曲線，如圖6.7所示。產(chǎn)生該輸出誤差的原因主要是模擬電子開關(guān)的導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通壓降以及R、2R電阻值的偏差，而且因這些偏差在電路的不同部分是不同的，是一種隨機(jī)偏差，故以非線性誤差的形式反映出輸出電壓上。理想直線理想直線實(shí)際曲線FSRVOOD最大數(shù)字量圖6.7非線性誤差漂移誤差：誤差電壓與輸入數(shù)字量的大小無關(guān)，輸出電壓的轉(zhuǎn)換特性曲線將在豎直方向上進(jìn)行上下平移，不改變轉(zhuǎn)換特性的線性度，如圖6.8所示。通常把這種性質(zhì)的誤差稱作漂移誤差或平移誤差。產(chǎn)生該誤差的主要原因是運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移。理想直線理想直線實(shí)際直線FSRVOOD最大數(shù)字量圖6.8漂移誤差增益誤差：只改變理想直線的斜率，并不破壞其線性，稱作增益誤差或比例系數(shù)誤差，如圖6.9所示。增益誤差主要是由參考電壓VREF和Rf/R不穩(wěn)定造成的，增益校準(zhǔn)只能暫時(shí)消除該誤差。理想直線理想直線實(shí)際直線FSRVOOD最大數(shù)字量圖6.9增益誤差轉(zhuǎn)換速度通常以建立時(shí)間ts表征D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度。建立時(shí)間ts是指輸入數(shù)字量從全“0”到全“1”（或反之，即輸入變化為滿度值）時(shí)起，到輸出電壓達(dá)到相對(duì)于最終值為±1/2LSB范圍內(nèi)的數(shù)值為止所需的時(shí)間，建立時(shí)間又稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間。DAC0832的轉(zhuǎn)換時(shí)間ts小于500ns。電源抑制比在高品質(zhì)的轉(zhuǎn)換器中，要求模擬開關(guān)電路和運(yùn)算放大器的電源電壓發(fā)生變化時(shí)，對(duì)輸出電壓的影響非常小，輸出電壓的變化與對(duì)應(yīng)的電源電壓的變化之比，稱為電源抑制比。此外，還有功耗、溫度系數(shù)以及高低輸入電平的數(shù)值、輸入電阻、輸入電容等指標(biāo)，在此不一一介紹。6.1.4集成D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832簡介目前根據(jù)分辨率、轉(zhuǎn)換速度、兼容性及接口特性的不同，集成DAC有多種不同類型和不同系列的產(chǎn)品。DAC0832是DAC0830系列的8位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器。DAC0832是8位數(shù)據(jù)輸入，它與單片機(jī)、CPLD、FPGA可直接連接，接口電路簡單，轉(zhuǎn)換控制容易且使用方便，在單片機(jī)及數(shù)字系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。值得注意的是，DAC0832是電流輸出型芯片，要外接運(yùn)算放大器將模擬輸出電流轉(zhuǎn)換為模擬輸出電壓。其管腳圖和邏輯圖分別如圖6.10和圖6.11所示。圖6.10DAC0832管腳圖圖6.11DAC0832邏輯圖DAC0832主要由兩個(gè)8位寄存器（輸入寄存器和DAC寄存器）和一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器組成。使用兩個(gè)寄存器的好處是能簡化某些應(yīng)用中硬件接口電路的設(shè)計(jì)。此D/A轉(zhuǎn)換芯片為20腳雙列直插式封裝，各管腳含義如下：D10~D17：8位數(shù)字量數(shù)據(jù)輸入線。ILE：數(shù)字鎖存允許信號(hào)，高電平有效。CS：輸入寄存器選通信號(hào)，低電平有效WR1：輸入寄存器的寫選通信號(hào)，低電平有效。由邏輯電路圖可知，片內(nèi)輸入寄存器的選通信號(hào)LE1=CS+WR1?ILE。當(dāng)LXFER：數(shù)據(jù)傳輸信號(hào)，低電平有效；WR2為DAC寄存器的寫選通信號(hào)，低電平有效。DAC寄存器的選通信號(hào)LE2=XFER+VREF：基準(zhǔn)電壓輸入端。RFB：反饋信號(hào)輸入端。芯片內(nèi)已有反饋電阻。IOUT1、IOUT2：電流輸出端。IOUT1與IOUT2的和為常數(shù)，IOUT1、IOUT2隨DAC寄存器中的數(shù)據(jù)線性變化。Vcc：電源端。DGND：數(shù)字地。AGND：模擬地。集成D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832工作方式（1）單緩沖工作方式單緩沖工作方式接法如圖6.12（a）所示。這種工作方式是：在DAC兩個(gè)寄存器中有一個(gè)是常通狀態(tài)，或者使兩個(gè)寄存器同時(shí)選通及鎖存。（2）雙緩沖工作方式雙緩沖工作方式接法如圖6.12（b）所示。這種工作方式是通過控制信號(hào)將輸入數(shù)據(jù)鎖存于輸入寄存器中，當(dāng)需要D/A轉(zhuǎn)換時(shí)，再將輸入寄存器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入DAC寄存器中，并進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。對(duì)于多路D/A轉(zhuǎn)換接口要求并行輸出時(shí)，必須采用雙緩沖同步工作方式。采用雙緩沖工作方式的優(yōu)點(diǎn)是；可以消除在輸入數(shù)據(jù)更新時(shí)，輸出模擬量的不穩(wěn)定現(xiàn)象；可以在模擬量輸出的同時(shí)，就將下一次要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)輸入到輸入寄存器中，提高了轉(zhuǎn)換速度；用這種工作方式可同時(shí)更新多個(gè)D/A輸出，這樣給多個(gè)D/A器件系統(tǒng)、多處理器系統(tǒng)中的D/A器件協(xié)調(diào)一致工作帶來了方便。（3）直通工作方式直通工作方式接法如圖6.12（c）所示。這種工作方式使兩個(gè)寄存器一直處于選通狀態(tài)，寄存器的輸出隨輸入數(shù)據(jù)的變化而變化，輸出模擬量也隨輸入數(shù)據(jù)變化。這種工作方式較為簡單，因此也較為常用。圖6.12DAC0832的三種工作方式任務(wù)6.2集成A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯功能測試6.2.1A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理A/D轉(zhuǎn)換是將時(shí)間和數(shù)值上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散且數(shù)值大小變化也離散的數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換原理框圖如圖6.18所示，由于輸入的模擬信號(hào)在時(shí)間上連續(xù)變化，輸出的數(shù)字信號(hào)在時(shí)間上離散變化，所以在信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程中只能在選定的瞬間對(duì)模擬信號(hào)取樣，并通過A/D轉(zhuǎn)換電路將取樣值轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量輸出。實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換，需要經(jīng)過四個(gè)過程：取樣、保持、量化、編碼。圖6.18A/D轉(zhuǎn)換原理框圖（1）取樣與保持取樣是將時(shí)間上連續(xù)變化的模擬信號(hào)定時(shí)加以檢測，取出某一時(shí)間的值，以獲得時(shí)間上斷續(xù)的信號(hào)。取樣的作用是將時(shí)間上、幅度上連續(xù)變化的模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化。取樣的過程可以用一個(gè)受控開關(guān)形象表示，如圖6.19（a）所示，ui為輸入模擬電壓信號(hào)，框內(nèi)的開關(guān)S受脈沖寬度為tw、周期為TS的矩形取樣脈沖信號(hào)s(t)控制，取樣波形如圖6.19（b）由于取樣后的信號(hào)與輸入的模擬信號(hào)相比發(fā)生了很大變化，為了保證取樣后的信號(hào)uOf其中，fs為取樣脈沖信號(hào)s(t)的頻率；fimax為輸入模擬信號(hào)ui表6.2給出了A/D轉(zhuǎn)換常用的基帶信號(hào)（即原始信號(hào)）頻率和取樣頻率。UUUU（a）取樣過程的受控開關(guān)形象表示（b）取樣波形圖6.19取樣過程（2）量化與編碼數(shù)字信號(hào)在時(shí)間上、幅度上均離散變化，所以數(shù)字信號(hào)的值必須是某個(gè)規(guī)定的最小數(shù)字單位的整數(shù)倍。為了將取樣保持后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，還需對(duì)其進(jìn)行量化與編碼。量化是將取樣保持后在時(shí)間上離散、幅度上連續(xù)變化的模擬信號(hào)取整變?yōu)殡x散量的過程，即將取樣與保持后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為某個(gè)最小單位電壓整數(shù)倍的過程。編碼是將量化后的信號(hào)數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示。對(duì)于單極性的模擬信號(hào)，一般采用二進(jìn)制自然碼表示；對(duì)于雙極性的模擬信號(hào)，通常使用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示。經(jīng)編碼后的結(jié)果即為ADC的輸出值。ADC電路輸入的電壓信號(hào)ui與輸出的數(shù)字信號(hào)D之間的關(guān)系為：D其中，K為比例系數(shù)，不同的ADC電路，K各不相同；VREF由于ADC輸入的模擬電壓信號(hào)是連續(xù)變化的，而n位二進(jìn)制代碼只能表示2n種狀態(tài)，所以取樣保持后的信號(hào)不可能與最小單位電壓的整數(shù)倍完全相等，只能接近某一量化電平，這就是量化誤差。量化一般有兩種方法：舍尾取整法——取最小量化單位計(jì)算公式為?=Um為模擬電壓信號(hào)的最大值，n為數(shù)字代碼的位數(shù)。當(dāng)輸入信號(hào)的幅值在0~?時(shí)，量化的結(jié)果取0；如果輸入信號(hào)的幅值在?~2?，那么量化結(jié)果取?；以此類推，這種量化方法是只舍不入，其量化誤差四舍五入法——以量化級(jí)的中間值為基準(zhǔn)的量化方法，取?=當(dāng)輸入信號(hào)的幅值在0～?2時(shí)，量化結(jié)果的取值為0；當(dāng)輸入信號(hào)的幅值在?2～3?2時(shí)，量化取值為0V～1V模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為3位二進(jìn)制代碼，劃分量化電平的兩種方法如圖6.20所示。（a）舍尾取整法（b）四舍五入法圖6.20劃分量化電平的兩種方法6.2.2A/D轉(zhuǎn)換器的分類A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)歷了多次的技術(shù)革新，從并行、逐次逼近型、積分型ADC，到近年來新發(fā)展起來的∑-Δ型和流水線型ADC，它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)，能滿足不同應(yīng)用場合的使用。逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器圖6.21所示為逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的原理框圖。從圖中可以看出逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器由比較器、控制邏輯、逐次比較寄存器、電壓輸出D/A轉(zhuǎn)換電路等幾個(gè)部分組成。圖6.21逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖其主要原理是將一待轉(zhuǎn)換的輸入模擬信號(hào)UI與一個(gè)推測信號(hào)UF相比較，根據(jù)推測信號(hào)是大于還是小于輸入信號(hào)來確定是增大還是減小該推測信號(hào)，以便向輸入模擬信號(hào)逼近。推測信號(hào)由D/A轉(zhuǎn)換器輸出，當(dāng)推測信號(hào)與輸入模擬信號(hào)相等時(shí)，向D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)值就是輸入模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的速度較慢，轉(zhuǎn)換時(shí)間t與A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)N和時(shí)鐘周期T的關(guān)系式為：t=逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器由于電路結(jié)構(gòu)簡單，所以得到廣泛應(yīng)用。一般用于中速的A/D轉(zhuǎn)換場合。雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器圖6.22所示為雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理圖。它由積分電路、比較器、控制邏輯、計(jì)數(shù)器等組成，如圖6.22（a）所示。（b）圖6.22雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理圖在進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換過程中，首先將開關(guān)撥至輸入電壓端，對(duì)輸入模擬電壓UI進(jìn)行固定時(shí)間積分，稱為一次積分；積分時(shí)間結(jié)束后，再將開關(guān)撥至標(biāo)準(zhǔn)電壓輸入端，進(jìn)行反向積分，稱為二次積分，在此過程中通過計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，當(dāng)積分輸出回到0時(shí)，積分結(jié)束。由于標(biāo)準(zhǔn)電壓是恒定的，所以可以通過一次積分時(shí)間、反向積分時(shí)間等參數(shù)計(jì)算出輸入模擬電壓值UI。如圖6.22（b）所示，由于曲線A對(duì)應(yīng)的輸入電壓較大，曲線B對(duì)應(yīng)的輸入電壓較小，所以在固定積分時(shí)間內(nèi)A對(duì)應(yīng)的積分輸出大于B對(duì)應(yīng)的積分輸出，而在二次積分過程中，由于標(biāo)準(zhǔn)電壓是恒定的，所對(duì)應(yīng)的積分曲線斜率也是恒定的，所以二次積分的時(shí)間T1和T2的比值等于輸入模擬電壓的比值。6.2.3A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)ADC轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)有轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度和電源抑制比等。轉(zhuǎn)換精度在A/D轉(zhuǎn)換器中，是用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來表示轉(zhuǎn)換精度的。（1）分辨率ADC的分辨率是指引起輸出二進(jìn)制(或十進(jìn)制)數(shù)字量最低有效位變動(dòng)一個(gè)數(shù)碼時(shí)，對(duì)應(yīng)輸入模擬量的最小變化。它反映了它對(duì)輸入模擬量微小變化的分辨能力，由它確定能被A/D辨別的最小模擬量變化。顯然,它與輸出的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)有關(guān)，在A/D轉(zhuǎn)換器分辨率的有效值范圍內(nèi)，輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)越多,分辨率越小，分辨能力就越高。但超出了AD轉(zhuǎn)換器分辨率的極限值，再增加位數(shù)，也不會(huì)提高分辨率。實(shí)際的A/D轉(zhuǎn)換器，通常為８、10、12、16位等。從理論上講，n位輸出的A/D轉(zhuǎn)換器能區(qū)分2n個(gè)不同等級(jí)的輸入模擬電壓，能區(qū)分輸入電壓的最小值為滿量程輸入的12例如，輸入的模擬電壓最大為5V時(shí)，若使用8位的ADC,可分辨的最小輸入電壓為128×5（2）轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差是指ADC實(shí)際輸出的數(shù)字量與理論輸出數(shù)字量之間的差值，并用最低有效位LSB的倍數(shù)來表示。轉(zhuǎn)換誤差通常以相對(duì)誤差的形式給出。例如，相對(duì)誤差≤±LSB/２,就表明實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的一半.A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)應(yīng)滿足所要求的轉(zhuǎn)換誤差。例如A/D轉(zhuǎn)換器的輸入模擬電壓的范圍是0V~5V，要求其轉(zhuǎn)換誤差為0.05%，則其允許最大誤差為2.5mV，在此條件下，如果系統(tǒng)不考慮其它誤差，選用12位的A/D轉(zhuǎn)換芯片就能滿足要求。如果考慮到系統(tǒng)還有其他誤差，那么應(yīng)相應(yīng)地增加A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，才能使轉(zhuǎn)換誤差不會(huì)超出所要求的范圍。轉(zhuǎn)換速度A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度應(yīng)用A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換頻率來表示。轉(zhuǎn)換時(shí)間是指完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，即從接收到轉(zhuǎn)換控制信號(hào)開始到得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出為止所需要的時(shí)間。轉(zhuǎn)換速度是指單位時(shí)間內(nèi)完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)。A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度主要取決于A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換類型。不同類型的轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度相差甚遠(yuǎn)。其中并行比較A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度最高，約為數(shù)十納秒;逐次逼近型/轉(zhuǎn)換器速度次之，約為數(shù)十微秒;雙積分型/轉(zhuǎn)換器速度最慢，約為數(shù)十毫秒。此外，在組成高速A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，還應(yīng)將采樣-保持電路中的采樣時(shí)間計(jì)入轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)。電源抑制比在輸入模擬信號(hào)不變的情況下，轉(zhuǎn)換電路的電源電壓的變化對(duì)輸出也會(huì)產(chǎn)生影響。這種影響可用輸出數(shù)字量的絕對(duì)變化量來表示。電源抑制比是輸入電源電壓變化量（以伏為單位）與轉(zhuǎn)換電路輸出變化量（以伏為單位）的比值，其單位常用分貝表示。此外，還有功率消耗、穩(wěn)定系數(shù)、輸入模擬電壓范圍以及輸出數(shù)字信號(hào)的邏輯電平等技術(shù)指標(biāo)。6.2.4集成A/D轉(zhuǎn)換器集成A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，ADC080X系列ADC轉(zhuǎn)換器如ADC0801、ADC0802、ADC0803、ADC0804、ADC0805，是較流行的中速廉價(jià)型單通道8位MOSA/D轉(zhuǎn)換器。該集成A/D轉(zhuǎn)換器是美國國家半導(dǎo)體公司（NationalSemiconductorCorporation）的產(chǎn)品。這一系列的五個(gè)不同型號(hào)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)原理基本相同，但非線性誤差不同。這一系列的最大非線性誤差中，ADC0801為±1/4LSB，ADC0802/0803為±1/2LSB，ADC0804/0805為±1LSB，顯然ADC0801的精度最高，其市場售價(jià)也最高。這個(gè)系列是20管腳雙列直插式封裝芯片。其特點(diǎn)是內(nèi)含時(shí)鐘電路，只要外接一個(gè)電阻和電容就可自身提供時(shí)鐘信號(hào)；也可自行提供VREF/2端的參考電壓，允許輸入信號(hào)是差動(dòng)的或不共地的電壓信號(hào)。圖6.23是該系列的管腳圖。圖6.23ADC080X系列的管腳圖各管腳功能介紹如下：CS，RD，WR（管腳1、2、3）：數(shù)字控制輸入端，滿足標(biāo)準(zhǔn)TTL電平。其中CLKIN（管腳4）和CLKR（管腳19）：ADC0801~ADC0805內(nèi)部有時(shí)鐘電路，只要在CLKI和CLKR兩端外接一對(duì)電阻R、電容Ｃ即可產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換器所需要的時(shí)鐘，其振蕩頻率為fCLK≈11.1RC。其典型應(yīng)用參數(shù)為：R=10kΩ，C=150pF，fCLK≈640kHz，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs。若采用外部時(shí)鐘，則外部時(shí)鐘應(yīng)從CLKI端輸入，此時(shí)不接INTR（管腳5）：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，輸出轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖奖硎颈敬无D(zhuǎn)換已結(jié)束（可作為微處理器查詢和中斷信號(hào)）。如果將CS和WR與INTRADC0801~ADC0805轉(zhuǎn)換器的工作時(shí)序如圖6.24所示，CS為0時(shí)，允許進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。WR由低電平跳到高電平時(shí)，8位逐次比較需8×8=64個(gè)時(shí)鐘周期，再加上控制邏輯操作，一次轉(zhuǎn)換需66～73個(gè)時(shí)鐘周期。在典型應(yīng)用fCLK≈640kHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為103～114μs。圖6.24ADC080X工作時(shí)序圖VIN(+)（管腳6）和VIN(-)（管腳7）：被轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)從VIN(+)和VIN(-)端輸入，允許此信號(hào)是差動(dòng)的或不共地的電壓信號(hào)，如果輸入電壓信號(hào)VIN的變化范圍從0V～VAGND（管腳8）和DGND（管腳10）：AGND為模擬地，DGND為數(shù)字地，分別有輸入端。數(shù)字電路的地電流不影響模擬信號(hào)回路，以防止寄生耦合產(chǎn)生的干擾。VREF/2（管腳9）：參考電壓VREF/2可以由外部電路供給，從VREF/2端直接送入，電壓應(yīng)是輸入電壓的二分之一。教學(xué)重點(diǎn)A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理、分類及技術(shù)指標(biāo)；集成A/D、D/A轉(zhuǎn)換器邏輯功能測試。教學(xué)難點(diǎn)A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理、分類及技術(shù)指標(biāo)；集成A/D、D/A轉(zhuǎn)換器邏輯功能測試。教學(xué)流程教學(xué)環(huán)節(jié)“教學(xué)環(huán)節(jié)”根據(jù)教學(xué)課前、課中、課后的具體設(shè)計(jì)填寫，如預(yù)習(xí)、引入新課、具體學(xué)習(xí)任務(wù)、課堂小結(jié)、作業(yè)等等，表格自行增刪。教師活動(dòng)教師對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的把控及觀察、評(píng)價(jià)等信息應(yīng)在此處有體現(xiàn)，也可以在具體活動(dòng)的前面描寫設(shè)計(jì)意圖或者在具體活動(dòng)后面增加設(shè)計(jì)總結(jié)。學(xué)生活動(dòng)學(xué)生在這個(gè)環(huán)節(jié)中要需要做的事情，包含是否采用分組學(xué)習(xí)以及如何分組、組內(nèi)分工等信息。內(nèi)容回顧1.回顧上一節(jié)課的內(nèi)容；2.課程思政：對(duì)電路設(shè)計(jì)的思路和想法，學(xué)生各抒己見引出言論自由與客觀公正。1.使用學(xué)習(xí)通APP，搶答積極參與問答環(huán)節(jié)；2.講解自己對(duì)預(yù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)的理解。講授1.講授A/D、D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理、分類和技術(shù)指標(biāo)；2.集成A/D轉(zhuǎn)換器邏輯功能測試思路；3.實(shí)驗(yàn)要完成的任務(wù)。1.學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)通APP課堂互動(dòng)；2.積極回答教師提問；3.認(rèn)真思考、筆記記錄關(guān)鍵內(nèi)容。分組實(shí)操練習(xí)安排學(xué)生分組完成：1.簡易任務(wù)：《集成A/D、D/A轉(zhuǎn)換器邏輯功能測試。轉(zhuǎn)換器邏輯功能測試》；2.學(xué)生操作時(shí)注意巡視；對(duì)于提前完成的同學(xué)，安排一人對(duì)一組幫扶任務(wù)，確保每組都能及時(shí)完成，不打擊任何學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。分組完成：1.硬件連接；2.軟件仿真預(yù)檢驗(yàn)硬件電路方案設(shè)計(jì)可行性；3.操作演示。4.填寫實(shí)驗(yàn)結(jié)果任務(wù)書?？偨Y(jié)與課后任務(wù)1.總結(jié)本次課程內(nèi)容；2.布置書面作業(yè)。1.思考教師總結(jié)；2.填寫實(shí)驗(yàn)結(jié)果任務(wù)書第二次課（2學(xué)時(shí)根據(jù)根據(jù)實(shí)際教學(xué)時(shí)數(shù)填寫。教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容部分的詳略可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。對(duì)于新教師、新課程，要求詳細(xì)填寫；其余填寫內(nèi)容要點(diǎn)即可。項(xiàng)目描述：作為模擬電量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量或數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電量輸出的接口電路，A/D和D/A轉(zhuǎn)換器是將微型計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到檢測和過程控制的必要裝置，是把計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程、科學(xué)實(shí)驗(yàn)