《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 第5版》 課件 王美玲 第8、9章 存儲(chǔ)器和可編程邏輯器件、AD轉(zhuǎn)換和DA轉(zhuǎn)換

1第8章半導(dǎo)體存儲(chǔ)器和可編程邏輯器件2目錄8.1概述8.2半導(dǎo)體存儲(chǔ)器8.2.1存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)8.2.2隨機(jī)存取存儲(chǔ)器8.2.3只讀存儲(chǔ)器8.2.4存儲(chǔ)器擴(kuò)展8.2.5綜合應(yīng)用8.3可編程邏輯器件

38.1存儲(chǔ)器概述按讀寫功能分為：只讀存儲(chǔ)器（Read-OnlyMemory，ROM）和隨機(jī)存儲(chǔ)器（RandomAccessMemory，RAM）。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器ROM固定ROM（又稱掩膜ROM）可編程ROM可編程ROM（PROM）可擦除PROM（EPROM）電子可擦除EPROM（E2PROM）快閃存儲(chǔ)器RAM靜態(tài)RAM（SRAM）動(dòng)態(tài)RAM（DRAM）4按信息的可保存性分為：易失性存儲(chǔ)器和非易失性存儲(chǔ)器。對(duì)存儲(chǔ)器的操作（也稱為訪問）通常分為兩類：讀操作和寫操作。讀操作是從存儲(chǔ)器中取出其存儲(chǔ)信息的過程；寫操作是把信息存入到存儲(chǔ)器的過程。8.1存儲(chǔ)器概述58.2.1存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)存儲(chǔ)器的技術(shù)指標(biāo)主要包括存儲(chǔ)容量、存取速度、可靠性、功耗、工作溫度范圍和體積等。存儲(chǔ)容量是指存儲(chǔ)器可以存儲(chǔ)的二進(jìn)制信息量，單位為位或比特（bit）。存儲(chǔ)器中的一個(gè)基本存儲(chǔ)單元能存儲(chǔ)1bit的信息，也就是可以存入一個(gè)0或一個(gè)1，所以存儲(chǔ)容量就是該存儲(chǔ)器基本存儲(chǔ)單元的總數(shù)。6一個(gè)內(nèi)有8192個(gè)基本存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)器，其存儲(chǔ)容量為8kbit（1k=210=1024）；一個(gè)存儲(chǔ)器有10根地址線，如果每次可以讀（寫）8位二值碼，說明它可以存儲(chǔ)1k個(gè)字，每字為8位，這時(shí)的存儲(chǔ)容量也可以用1k

8位來表示。也就是說，n根地址線，m位數(shù)據(jù)線的存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量為2nm位。8.2.1存儲(chǔ)器的主要技術(shù)指標(biāo)78.2.2隨機(jī)存取存儲(chǔ)器隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM，又稱為讀寫存儲(chǔ)器。在工作過程中，既可從RAM的任意單元讀出信息，又可以把外部信息寫入任意單元。它具有讀、寫方便的優(yōu)點(diǎn)，但由于具有易失性，所以不利于數(shù)據(jù)的長期保存。8根據(jù)存儲(chǔ)單元工作原理的不同，RAM：靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM和動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器DRAMSRAM的數(shù)據(jù)由觸發(fā)器記憶，只要不斷電，數(shù)據(jù)就能保存，但其集成度受到限制。DRAM一般采用MOS管的柵極電容來存儲(chǔ)信息，必須由刷新電路定期刷新，但集成度高。8.2.2隨機(jī)存取存儲(chǔ)器91.RAM的結(jié)構(gòu)RAM電路通常由存儲(chǔ)矩陣、地址譯碼器和讀/寫控制電路3部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。102114RAM的結(jié)構(gòu)框圖：10根地址線，4根數(shù)據(jù)線1.RAM的結(jié)構(gòu)112114RAM的工作模式122.靜態(tài)存儲(chǔ)單元RAM的存儲(chǔ)單元分為靜態(tài)存儲(chǔ)單元和動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元兩種。靜態(tài)存儲(chǔ)單元是在靜態(tài)觸發(fā)器的基礎(chǔ)上附加控制電路而構(gòu)成的。靜態(tài)存儲(chǔ)單元又分為MOS型和雙極型兩類。由于CMOS集成電路最顯著的特點(diǎn)是靜態(tài)功耗小，因此其存儲(chǔ)單元在RAM中得到了廣泛應(yīng)用。136管CMOS靜態(tài)存儲(chǔ)單元

V1、V2和V3、V4組成的基本RS觸發(fā)器，用以存儲(chǔ)二值信息。V5、V6、V7和V8為門控管。當(dāng)X、Y都為1時(shí)，門控管導(dǎo)通，此單元被選中，并與數(shù)據(jù)線接通，可以執(zhí)行讀/寫操作。靜態(tài)存儲(chǔ)單元存在的問題：1）是靠觸發(fā)器來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，功耗較大。2）由于每個(gè)單元要用多個(gè)管子，芯片的面積較大。144管動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)單元（1）電路組成數(shù)據(jù)信息以電荷的形式存儲(chǔ)在柵極電容C1和C2上，它們的電壓控制V1和V2的導(dǎo)通和截止，以決定存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)1或存儲(chǔ)0。

V5、V6是位線上分布電容預(yù)充電的門控開關(guān)。15寫操作時(shí)，當(dāng)X、Y同時(shí)為高電平，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)通過V7和V8管傳到位線上，再經(jīng)過V3、V4管將數(shù)據(jù)存入C1和C2中。00011（2）工作原理1）寫操作

16（2）工作原理2）讀操作

17假設(shè)存儲(chǔ)單元為0狀態(tài)，即V1導(dǎo)通，V2截止，D1輸出為0，D2輸出為1，這時(shí)CB放電，使位線B變?yōu)榈碗娖?。同時(shí)，另一位線保持高電平不變。這樣，就把存儲(chǔ)單元的狀態(tài)數(shù)據(jù)線D上。位線的預(yù)充電非常重要。00（2）工作原理2）讀操作

188.2.3只讀存儲(chǔ)器只讀存儲(chǔ)器ROM是存儲(chǔ)固定信息的存儲(chǔ)器件，在正常工作時(shí)ROM存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)固定不變，只能讀出，不能隨時(shí)寫入，故稱為只讀存儲(chǔ)器。ROM為非易失性器件，當(dāng)器件斷電時(shí)，所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。只讀存儲(chǔ)器按數(shù)據(jù)的寫入方式分為固定ROM、可編程ROM（PROM）和可擦除可編程ROM（EPROM）。19固定ROM所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)已由生產(chǎn)廠家在制造時(shí)用掩模板確定，用戶無法進(jìn)行更改，所以也稱掩模編程ROM?？删幊蘎OM在出廠時(shí)，存儲(chǔ)內(nèi)容全為1或全為0，用戶根據(jù)自己的需要進(jìn)行編程，但只能寫入一次，一旦寫入則不能再修改。EPROM具有較強(qiáng)的靈活性，它存儲(chǔ)的內(nèi)容既可按用戶需要寫入，也可以擦除后重新寫入。包括用紫外線擦除的PROM、電信號(hào)擦除PROM和快閃存儲(chǔ)器。8.2.3只讀存儲(chǔ)器201.ROM的結(jié)構(gòu)ROM具有與RAM相似的電路結(jié)構(gòu)，一般而言，它由存儲(chǔ)矩陣、地址譯碼器和輸出緩沖器3部分組成。ROM存儲(chǔ)單元可以由二極管、雙極型晶體管或者M(jìn)OS管構(gòu)成。21二極管ROM具有2位地址輸入和4位數(shù)據(jù)輸出的二極管ROM電路如圖所示D0～D3：位線（數(shù)據(jù)線）A1、A0：地址線W0～W3：字線輸出端采用三態(tài)緩沖器22二極管ROM存儲(chǔ)數(shù)據(jù)表00W0=1D’0=1D’3=001010101地址數(shù)據(jù)A1A0D3D2D1D00

00

11

01

10

1

0

11

0

1

10

1

0

11

1

0

023在存儲(chǔ)矩陣中字線與位線的每一個(gè)交叉點(diǎn)都是一個(gè)存儲(chǔ)單元，在交叉點(diǎn)上接有二極管相當(dāng)于存儲(chǔ)1，沒有接二極管則相當(dāng)于存儲(chǔ)0。交叉點(diǎn)的數(shù)目也就是存儲(chǔ)單元數(shù)，即為存儲(chǔ)容量。存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量為22×4。二極管ROM242.可編程ROMPROM出廠時(shí)，制作的是一個(gè)完整的二極管或晶體管存儲(chǔ)矩陣，圖中所有的存儲(chǔ)單元相當(dāng)于全部存入1。在編程時(shí)，如果需要某存儲(chǔ)單元存入0，可通過編程器熔化該存儲(chǔ)單元的熔絲。PROM為一次性編程器件，一旦編程后不可再進(jìn)行修改。X253.EPROM當(dāng)需要對(duì)ROM進(jìn)行多次編程時(shí)，可采用的器件為可擦除可編程ROM，即EPROM。EPROM一般指用紫外線擦除的可編程ROM（UVEPROM）EPROM芯片的封裝外殼通常裝有透明的石英蓋板。不裝透明石英蓋板EPROM，只能寫入一次，也稱一次性編程存儲(chǔ)器OTPROM。264.E2PROMUVEPROM其擦除操作復(fù)雜、需離線進(jìn)行，并且擦除速度慢。E2PROM可以用電信號(hào)擦除，而可在線重新寫入，并且也具有非易失性。E2PROM其擦除和寫入的時(shí)間仍很長，芯片正常工作時(shí)仍只能用作ROM。275.快閃存儲(chǔ)器閃存是目前最常見的EPROM，它已廣泛用于計(jì)算機(jī)主板、顯卡及網(wǎng)卡等擴(kuò)展卡的BIOS存儲(chǔ)器上。而現(xiàn)在各種郵票尺寸的存儲(chǔ)卡，包括CF，SM，MMC，MS，還有各種鑰匙鏈大小的USB移動(dòng)硬盤/USBDrive/優(yōu)盤，內(nèi)部用的都是閃存。閃存采用快閃疊柵MOS管作為存儲(chǔ)單元。286.ROM的應(yīng)用舉例由于ROM是一種組合邏輯電路，因此可以用它來實(shí)現(xiàn)各種組合邏輯函數(shù)，特別是多輸入、多輸出的邏輯函數(shù)。設(shè)計(jì)方法列出其真值表或?qū)⒈磉_(dá)式轉(zhuǎn)換成最小項(xiàng)的和的形式將ROM地址線作為輸入，數(shù)據(jù)線作為輸出，根據(jù)表達(dá)式接入存儲(chǔ)器件。298.2.3只讀存儲(chǔ)器6.ROM的應(yīng)用舉例

【例8-1】用ROM實(shí)現(xiàn)以下多輸出函數(shù)，并畫出其存儲(chǔ)矩陣連接圖。30ROM是一種多輸入多輸出組合邏輯電路，其輸出為輸入的最小項(xiàng)，因此可以用它來實(shí)現(xiàn)任何組合邏輯函數(shù)。設(shè)計(jì)方法列出其真值表或?qū)⒈磉_(dá)式轉(zhuǎn)換成最小項(xiàng)的和的形式將ROM地址線作為邏輯函數(shù)的輸入，數(shù)據(jù)線作為邏輯函數(shù)的輸出，根據(jù)表達(dá)式接入存儲(chǔ)器件。6.ROM的應(yīng)用舉例

31【例題】用ROM實(shí)現(xiàn)以下多輸出函數(shù)，并畫出其存儲(chǔ)矩陣連接圖。6.ROM的應(yīng)用舉例（1）選用合適的ROM多輸出函數(shù)：4個(gè)輸入變量和2個(gè)輸出變量選用24×2位的ROM來實(shí)現(xiàn)該電路。32【例題】用ROM實(shí)現(xiàn)以下多輸出函數(shù)，并畫出其存儲(chǔ)矩陣連接圖。6.ROM的應(yīng)用舉例（2）將函數(shù)表示成最小項(xiàng)的和的形式33（3）畫出ROM存儲(chǔ)矩陣連接圖6.ROM的應(yīng)用舉例以圓點(diǎn)代替存儲(chǔ)器件，當(dāng)接入存儲(chǔ)器件時(shí)代表存入1，未接入器件代表存入0。6.ROM的應(yīng)用舉例用ROM設(shè)計(jì)兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)的全減器，如何選用ROM？兩個(gè)一位二進(jìn)數(shù)的全減器：3個(gè)輸入變量和2個(gè)輸出變量選用23×2位的ROM來實(shí)現(xiàn)該電路。358.2.4存儲(chǔ)器擴(kuò)展當(dāng)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，則需要對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展。存儲(chǔ)器擴(kuò)展包括位擴(kuò)展和字?jǐn)U展兩種方式。位擴(kuò)展是對(duì)數(shù)據(jù)線數(shù)目進(jìn)行擴(kuò)展。字?jǐn)U展是對(duì)地址線數(shù)目進(jìn)行擴(kuò)展。361.存儲(chǔ)器位擴(kuò)展當(dāng)存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)位數(shù)不滿足要求時(shí)，需對(duì)其進(jìn)行位擴(kuò)展，即增加I/O線數(shù)量。位擴(kuò)展方法1）將其讀/寫信號(hào)控制線、片選線和地址線連接在一起。2）將數(shù)據(jù)線并行輸出。37【例8-2】2764為8k×8位EPROM。

試用2764存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)一片8k×16位的EPROM。兩者具有相同數(shù)量的地址線后者的數(shù)據(jù)線比前者多1倍。因此采用2片2764進(jìn)行位擴(kuò)展，便可獲得所需要的EPROM。1.存儲(chǔ)器位擴(kuò)展382片2764EPROM實(shí)現(xiàn)位擴(kuò)展接線圖1.存儲(chǔ)器位擴(kuò)展392.存儲(chǔ)器字?jǐn)U展當(dāng)存儲(chǔ)器的地址線數(shù)量不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可采用字?jǐn)U展方式，即增加地址線數(shù)量。字?jǐn)U展方法1）將各芯片數(shù)據(jù)線、讀/寫控制線、低位地址線連接在一起2）要增加的高位地址線，通過譯碼電路進(jìn)行譯碼后分別接至各片的片選控制端3)位線連接在一起40【例8-3】

試用圖2764設(shè)計(jì)一片16k×8位EPROM。2.存儲(chǔ)器字?jǐn)U展418.2.4存儲(chǔ)器擴(kuò)展【例8-4】2114是1k×4位SRAM，試用該器件設(shè)計(jì)一片2k×8的SRAM。當(dāng)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)容量不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，則需要對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行擴(kuò)展。存儲(chǔ)器擴(kuò)展包括位擴(kuò)展和字?jǐn)U展兩種方式。位擴(kuò)展是對(duì)數(shù)據(jù)線數(shù)目進(jìn)行擴(kuò)展。字?jǐn)U展是對(duì)地址線數(shù)目進(jìn)行擴(kuò)展。423.存儲(chǔ)器字和位同時(shí)擴(kuò)展當(dāng)存儲(chǔ)器的地址線和數(shù)據(jù)線數(shù)量均不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可同時(shí)對(duì)其進(jìn)行字和位進(jìn)行擴(kuò)展?！纠?-4】2114是1k×4位SRAM，試用該器件設(shè)計(jì)一片2k×8的SRAM。分析：所設(shè)計(jì)的SRAM地址線比2114多一根，數(shù)據(jù)線比2114多一倍。因此，需進(jìn)行字和位的同時(shí)擴(kuò)展。共需2114芯片數(shù)量為：434片2114實(shí)現(xiàn)字和位擴(kuò)展的接線圖用2114（1k×4）如何設(shè)計(jì)4k×43.存儲(chǔ)器字和位同時(shí)擴(kuò)展443.存儲(chǔ)器字和位同時(shí)擴(kuò)展當(dāng)存儲(chǔ)器的地址線和數(shù)據(jù)線數(shù)量均不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，可同時(shí)對(duì)其進(jìn)行字和位的擴(kuò)展。【例8-4】2114是1k×4位SRAM，試用該器件設(shè)計(jì)一片2k×8的SRAM。分析：所設(shè)計(jì)的SRAM地址線和數(shù)據(jù)線比2114都分別多一根。因此，需進(jìn)行字和位的同時(shí)擴(kuò)展。共需2114芯片數(shù)量為：454片2114實(shí)現(xiàn)字和位擴(kuò)展的接線圖用2114（1k×4）如何設(shè)計(jì)4k×43.存儲(chǔ)器字和位同時(shí)擴(kuò)展468.3可編程邏輯器件（自學(xué)）可編程邏輯器件（PLD）是一種由用戶編程以實(shí)現(xiàn)某種邏輯功能的邏輯器件。PLD先后出現(xiàn)了PROM、PLA、PAL、GAL、EPLD、CPLD、FPGA等多種品種。用PLD設(shè)計(jì)的數(shù)字系統(tǒng)具有集成度高、速度快、功耗小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，目前很多數(shù)字系統(tǒng)都采用了PLD器件。47分類根據(jù)集成度，PLD分為低密度PLD和高密度PLD兩大類。低密度PLD的集成密度一般小于每片700個(gè)等效門，它主要包括PROM、PLA、PAL和GAL等器件；高密度PLD一般指集成度大于1000門/片的PLD，如EPLD，CPLD和FPGA。48本章總結(jié)半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類及主要特點(diǎn)存儲(chǔ)器主要技術(shù)指標(biāo)：存儲(chǔ)容量（地址線、數(shù)據(jù)線）。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)容量的擴(kuò)展：字?jǐn)U展、位擴(kuò)展、字位擴(kuò)展。用存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)組合邏輯函數(shù)49第9章A/D轉(zhuǎn)換與D/A轉(zhuǎn)換50目錄9.1 概述9.2 D/A轉(zhuǎn)換9.3 A/D轉(zhuǎn)換器9.4 D/A轉(zhuǎn)換器和A/D轉(zhuǎn)換器的綜合應(yīng)用9.5用Mulitisim分析D/A轉(zhuǎn)換器519.1概述模擬信號(hào)：在時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)的，即對(duì)應(yīng)于任意時(shí)間均有確定的電流或電壓值，并且其幅值是連續(xù)的，如正弦波信號(hào)就是典型的模擬信號(hào)，溫度、壓力和聲音等。數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間和數(shù)值上是離散的，或者說是不連續(xù)的。數(shù)字系統(tǒng)中信號(hào)的存儲(chǔ)方式都采用數(shù)字形式。52數(shù)字-模擬接口電路中的基本概念模/數(shù)轉(zhuǎn)換（AnalogDigitalConversion,ADC

）：模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（AnalogDigitalConverter,ADC）：完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換功能的電路數(shù)/模轉(zhuǎn)換（DigitalAnalogConversion,DAC

）：數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DigitalAnalogConverter，DAC）：完成數(shù)/模轉(zhuǎn)換功能的電路539.2D/A轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換可以將輸入的一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成比例的模擬量（電壓或電流）。D/A轉(zhuǎn)換器通常：由譯碼網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、集成運(yùn)放和基準(zhǔn)電壓等部分組成。54根據(jù)譯碼網(wǎng)絡(luò)的不同，D/A轉(zhuǎn)換器分為權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)型、T形電阻網(wǎng)絡(luò)型、倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)型和權(quán)電流型等。下面以倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)型為例介紹D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理。9.2D/A轉(zhuǎn)換559.2.1倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器

1.電路的組成電路組成：倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)Si（i=0

3）、集成運(yùn)放A和基準(zhǔn)電壓VREF4位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器562.CMOS型模擬開關(guān)（5G7520集成D/A轉(zhuǎn)換器采用此開關(guān)）當(dāng)di輸入端為高電平時(shí)，VP3、VN4組成的反相器輸出高電平，VP4、VN5組成的反相器輸出低電平，從而使得VN1截止，VN2導(dǎo)通，電流流入IOUT2。當(dāng)di為低電平時(shí)，電流流入IOUT1。10101572.5G7520D/A轉(zhuǎn)換器采用的CMOS型模擬開關(guān)11583.集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)放的邏輯符號(hào)、簡化的集成運(yùn)放低頻等效電路及其電壓傳輸特性理想集成運(yùn)放的主要參數(shù)為：1）開環(huán)增益為無窮大，Aod=

；2）輸入電阻無窮大，Rid=

理想集成運(yùn)放凈輸入電流近似為零，稱為“虛斷”。XX59引入負(fù)反饋時(shí)，集成運(yùn)放工作在線性工作區(qū)，輸出電壓與輸入電壓成線性關(guān)系。線性工作區(qū)：凈輸入電壓近似為零，稱為“虛短”；XX3.集成運(yùn)算放大器604.倒T形D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理當(dāng)輸入入d3d2d1d0=1000時(shí)，等效電路：從虛線AA、BB、CC、DD處向左看進(jìn)去的等效電阻均為R

II/261流向虛地點(diǎn)的總電流4.倒T形D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理62輸出電壓:n位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓:4.倒T形D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理虛地點(diǎn)639.2.2集成D/A轉(zhuǎn)換器5G75205G7520D/A轉(zhuǎn)換器：n=10位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)反饋電阻R（10k

，Rf內(nèi)）已集成在芯片內(nèi)部64反饋電阻Rf與電阻R的關(guān)系為：Rf=mR

輸出電壓9.2.2集成D/A轉(zhuǎn)換器5G7520當(dāng)采用內(nèi)部集成的反饋電阻時(shí)，Rf=Rf內(nèi)，即m=1，則有：65【例9-1】圖中反饋電阻Rf=100k

。試計(jì)算當(dāng)輸入從只有d0為1變?yōu)槿珵?時(shí)電壓放大倍數(shù)的變化范圍。輸出電壓

可得當(dāng)輸入只有d0為1變?yōu)樗袛?shù)字位全為1時(shí)，放大倍數(shù)的變化范圍為(0

-9.99]9.2.2集成D/A轉(zhuǎn)換器5G7520669.2.2集成D/A轉(zhuǎn)換器5G7520若將反饋電阻與5G7520交換一下位置，并且反饋電阻Rf=10k

。試計(jì)算當(dāng)輸入從只有d0=1變?yōu)槿珵?時(shí)電壓放大倍數(shù)的變化范圍。m=1，并且輸入從d0=1變?yōu)槿珵?，放大倍數(shù)的變化范圍為[-1,-1024)，可編程增益放大器

虛地點(diǎn)679.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)分辨率：D/A轉(zhuǎn)換器所能分辨的最小輸出電壓VLSB與滿刻度輸出電壓Vm（當(dāng)輸入的數(shù)字代碼各位均為1時(shí)輸出的電壓值）之比。VLSB也就是當(dāng)輸入的數(shù)字代碼最低位為1，其余各位為0時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓值，也被稱為輸出電壓增量。68當(dāng)Vm一定時(shí)，輸入數(shù)字代碼的位數(shù)n越多，分辨率數(shù)值越小，分辨能力越高。10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為8位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為9.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)69分辨率也經(jīng)常直接用輸入數(shù)字代碼的位數(shù)n來表示。如果已知一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率及滿刻度輸出電壓Vm，則可計(jì)算出輸入最低位所對(duì)應(yīng)的最小輸入電壓VLSB，即輸出電壓增量。例如：當(dāng)Vm=10V，n=10時(shí)9.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)70轉(zhuǎn)換精度：指輸出電壓或電流的實(shí)際值與理論值之間的誤差。一般來說，轉(zhuǎn)換精度應(yīng)低于VLSB/2。轉(zhuǎn)換精度的影響因素主要有模擬開關(guān)導(dǎo)通的壓降、電阻網(wǎng)絡(luò)阻值差、參考電壓偏差和集成運(yùn)放漂移等。9.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)71線性度

:通常用非線性誤差的大小表示D/A轉(zhuǎn)換器的線性度。把偏離理想的輸入－輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分?jǐn)?shù)定義為非線性誤差。9.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)72轉(zhuǎn)換時(shí)間：當(dāng)輸入數(shù)字代碼變化時(shí)，輸出模擬電壓或電流達(dá)到穩(wěn)定輸出所需的時(shí)間，即為建立時(shí)間或穩(wěn)定時(shí)間，該參數(shù)一般由手冊給出。當(dāng)轉(zhuǎn)換器的輸入由全為0變化為全為1或反向變化時(shí)，其輸出達(dá)到穩(wěn)定值所需的時(shí)間為最大轉(zhuǎn)換時(shí)間。9.2.3D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)739.2.4常用D/A轉(zhuǎn)換器及其參數(shù)產(chǎn)品型號(hào)工作電壓/V位數(shù)/bit建立時(shí)間/

s輸出接口方式基準(zhǔn)功耗/mWDAC5573IPW2.7

5.588電壓I2C外部提供500TLC5620CD5810電壓串行外部提供8TLC7524CN5

1580.1電流并行外部5TLV5623ID2.7~5.583電壓SPI外部2.1DAC900U3/5100.030電流并行內(nèi)部/外部170DAC7731EC±15165電壓串行內(nèi)部100DAC1220E52010000電壓SPI外部2.5串行：RS232、RS485、RS422并行：I2C：一種簡單、雙向二線制同步串行總線SPI：一種高速的、全雙工、同步的通信總線749.3A/D轉(zhuǎn)換器

9.3.1A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟A/D轉(zhuǎn)換可以將輸入的模擬量（電壓或電流）轉(zhuǎn)換為與之成比例的二進(jìn)制代碼。A/D轉(zhuǎn)換一般要經(jīng)過采樣、保持、量化及編碼4個(gè)過程。在實(shí)際電路中，有些過程可以進(jìn)行合并，如采樣和保持、量化和編碼在轉(zhuǎn)換中一般同時(shí)實(shí)現(xiàn)。759.3.1A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟采樣：把一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)變化的信號(hào)變換為對(duì)時(shí)間離散的信號(hào)。為了使采樣輸出信號(hào)能不失真地代表輸入的模擬信號(hào)，對(duì)于一個(gè)頻率有限的模擬信號(hào)來說，可以由采樣定理確定其采樣頻率，即

76保持：把每次的采樣值存儲(chǔ)到下一個(gè)采樣脈沖到來之前。采樣-保持電路的輸出信號(hào)為階梯狀的信號(hào)。量化：把采樣后的電壓幅值轉(zhuǎn)化為最小量化單位的整數(shù)倍的過程。編碼：用數(shù)字代碼表示量化結(jié)果的過程。9.3.1A/D轉(zhuǎn)換的一般步驟779.3.2A/D轉(zhuǎn)換器的分類按模擬量的輸入方式可分為單極性輸入和雙極性輸入兩類；按數(shù)字量輸出方式可分為串行輸出和并行輸出兩類；按工作原理可以分成直接A/D轉(zhuǎn)換器和間接A/D轉(zhuǎn)換器兩大類。直接A/D轉(zhuǎn)換器不需要經(jīng)過中間變量就能把輸入的模擬信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字代碼，常用的電路有并聯(lián)比較型和反饋比較型；間接A/D轉(zhuǎn)換器首先將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)中間變量（時(shí)間或頻率），然后再將中間變量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。78A/D轉(zhuǎn)換器按工作原理分類A/D轉(zhuǎn)換器直接型間接型并聯(lián)比較型反饋比較型計(jì)數(shù)型逐次漸近型電壓時(shí)間變換（V-T）型-積分型電壓頻率變換（V-F）型9.3.2A/D轉(zhuǎn)換器的分類799.3.3逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器又稱為逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換過程類似天平稱物體重量的過程。以一系列二進(jìn)制碼的重量之和表示了被稱物體的重量。組成：寄存器、D/A轉(zhuǎn)換器、電壓比較器、順序脈沖發(fā)生器及相應(yīng)的控制電路。80轉(zhuǎn)換開始前將寄存器清零轉(zhuǎn)換時(shí)，逐位改變寄存器的數(shù)字代碼將此代碼經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓vO

vO與輸入電壓vI進(jìn)行比較,以判斷此數(shù)字位是否保留逐位比較下去，直到最低位為止。9.3.3逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器813位逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器9.3.3逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器3個(gè)同步RS觸發(fā)器FA、FB、FC作為寄存器5個(gè)邊沿D觸發(fā)器FF0～FF4構(gòu)成的環(huán)形計(jì)數(shù)器作為順序脈沖發(fā)生器控制電路由門電路組成。82設(shè)參考電壓VREF=-5V，則對(duì)應(yīng)不同輸入DAC的輸出為：9.3.3逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器83如果模擬電壓vI=3.2V工作前先將寄存器清零，環(huán)形計(jì)數(shù)器Q0Q1Q2Q3Q4=000019.3.3逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器-5V3.2V100001002.5V00第一個(gè)CP到來時(shí)Q0Q1Q2Q3Q4=1000084第一個(gè)CP到來時(shí)，Q0Q1Q2Q3Q4=100009.3.3逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器-5V3.2V010001103.75V10第二個(gè)CP到來時(shí)Q0Q1Q2Q3Q4=0100085第二個(gè)CP到來時(shí)，Q0Q1Q2Q3Q4=010009.3.3逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器-5V3.2V0010013.125V01第三個(gè)CP到來時(shí)Q0Q1Q2Q3Q4=00100100186第三個(gè)CP到來時(shí)，Q0Q1Q2Q3Q4=001009.3.3逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器-5V3.2V0001010第四個(gè)CP到來時(shí)Q0Q1Q2Q3Q4=000100187第四個(gè)CP到來時(shí)，Q0Q1Q2Q3Q4=000109.3.3逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器-5V3.2V0000110第五個(gè)CP到來時(shí)Q0Q1Q2Q3Q4=000010110188經(jīng)過5個(gè)CP周期后，輸入的模擬電壓3.2V被轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)101。逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器優(yōu)點(diǎn)是精度高，轉(zhuǎn)換速度較快，由于它的轉(zhuǎn)換時(shí)間固定，簡化了與CPU間的同步，所以常常用作與CPU間的接口電路。9.3.3逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器899.3.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器--間接A/D轉(zhuǎn)換通過兩次積分，先將模擬電壓vI轉(zhuǎn)換成與之大小相對(duì)應(yīng)的時(shí)間T，再在時(shí)間間隔T內(nèi)用計(jì)數(shù)頻率不變的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)字量就正比于輸入模擬電壓90第一次積分為采樣階段。開關(guān)S接至模擬電壓vI，積分器對(duì)其在T1內(nèi)進(jìn)行反向積分。積分結(jié)束時(shí)vO的絕對(duì)值與vI的大小成正比9.3.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器91第二次積分為比較階段。積分器對(duì)基準(zhǔn)電壓-VR進(jìn)行反向積分。積分器的輸出電壓開始回升，經(jīng)時(shí)間T2后回到0，由于T2階段定斜率反向積分，所以T2與vI成正比。9.3.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器92雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電路圖。9.3.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器93雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電路圖。9.3.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器94定時(shí)積分階段的工作情況19.3.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器95積分器對(duì)vI在固定時(shí)間T1內(nèi)進(jìn)行積分時(shí)鐘CLK的周期9.3.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器96第二次積分開始時(shí)的狀態(tài)09.3.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器97第二階段反向積分時(shí)，積分器輸出電壓為9.3.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器98N2與輸入電壓在T1時(shí)間間隔內(nèi)的平均值VI成正比。只要VI

<VR，轉(zhuǎn)換器就可以將模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。當(dāng)VR=2n

V時(shí)，N2=VI，計(jì)數(shù)器所計(jì)的數(shù)在數(shù)值上就等于被測電壓。9.3.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器99雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器與逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器相比，最大的優(yōu)點(diǎn)是它具有較強(qiáng)的抗干擾能力。由于雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器采用了測量輸入電壓在采樣時(shí)間內(nèi)的平均值的原理，因此對(duì)于周期等于T1或T1/n（n=1，2，3，

）的對(duì)稱干擾，從理論上講具有無窮大的抑制能力。9.3.4雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器1009.3.6A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)分辨率：A/D轉(zhuǎn)換器所能分辨的模擬輸入信號(hào)的最小變化量。設(shè)A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為n，滿量程電壓為Vm，則也可用百分比來表示分辨率，此時(shí)的分辨率稱為相對(duì)分辨率

101轉(zhuǎn)換時(shí)間是指按照規(guī)定的精度將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸出所需要的時(shí)間。轉(zhuǎn)換速率是指能夠重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。轉(zhuǎn)換精度：