數(shù)據(jù)的存儲ppt課件

1、.,1,第11章數(shù)據(jù)的存儲、采集與轉(zhuǎn)換,*11.1半導(dǎo)體存儲器*11.2采樣和保持電路11.3數(shù)模轉(zhuǎn)換電路11.4模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,.,2,半導(dǎo)體存儲器分類：,按功能,只讀存儲器（ROM）,隨機(jī)存取存儲器（RAM）,順序存取存儲器（sAM）,*11.1半導(dǎo)體存儲器,.,3,11.1.1.1ROM的電路結(jié)構(gòu),圖11-1ROM的結(jié)構(gòu)圖,ROM矩陣的容量=字?jǐn)?shù)位數(shù)=2nM,11.1.1只讀存儲器ROM,.,4,11.1.1.2ROM的工作原理,.,5,W0W3四條字線,表達(dá)式為,輸出D3D2D1D0與地址譯碼器輸出端字線W0W3的邏輯關(guān)系為,把W0W3與輸入地址碼A1A0關(guān)系代入有,.,6,在繪制中、大

2、規(guī)模集成電路的邏輯圖時(shí),為了方便起見常用如圖11-3所示的簡化畫法,有二極管的存儲單元用一黑點(diǎn)表示。,.,7,例11-1用簡化的ROM存儲矩陣設(shè)計(jì)全加器。,解：首先列出真值表,邏輯函數(shù)表達(dá)式,.,8,存儲器的簡化矩陣陣列圖如圖所示。,.,9,由雙極型晶體管和MOS型場效應(yīng)管構(gòu)成的存儲矩陣分別如圖所示。,.,10,一次編程只讀存儲器PROM,結(jié)構(gòu)示意圖,.,11,11.1.2.1RAM的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,11.1.2隨機(jī)存取存儲器(RAM),.,12,1存儲矩陣,存儲矩陣：由存儲單元(即位)構(gòu)成，一個存儲單元存儲一位二進(jìn)制數(shù)碼“1”或“0”。存儲器是以字為單位進(jìn)行存儲的。,存儲容量,存儲器含存

3、儲單元的總個(位)數(shù)。,2地址譯碼,存儲容量=字?jǐn)?shù)（word）位數(shù)（bit）,地址譯碼電路的功能是實(shí)現(xiàn)字的選擇，每輸入一組地址碼就選擇出一個字，只能對選擇出的這個字進(jìn)行讀操作或?qū)懖僮鳌?.,13,3讀/寫控制電路與片選控制電路,讀/寫控制電路用于對電路的工作狀態(tài)進(jìn)行控制。,當(dāng)R/W=1時(shí)，執(zhí)行讀操作，R/W=0時(shí)，執(zhí)行寫操作。,4片選控制,當(dāng)CS=0時(shí)，選中該片RAM工作，CS=1時(shí)該片RAM不工作。,.,14,如圖所示電路是一個10244位RAM的實(shí)例2l14的結(jié)構(gòu)框圖。,.,15,11.1.2.2RAM容量的擴(kuò)展,1位擴(kuò)展（字長擴(kuò)展）,地址線、讀/寫控制線、片選線并聯(lián),輸入/輸出線分開使用

4、,如用2片10244位RAM擴(kuò)展為10248位RAM,.,16,2字?jǐn)U展（地址擴(kuò)展）,字?jǐn)?shù)的擴(kuò)展可利用外加譯碼器控制存儲器芯片的片選輸入端CS來實(shí)現(xiàn)。,如將10244的RAM擴(kuò)展為4K4位的RAM,.,17,.,18,采樣和保持電路的任務(wù)是當(dāng)輸入信號變化較快時(shí)，要求輸出信號能快速而準(zhǔn)確的跟隨輸入信號的變化進(jìn)行間隔采樣，在兩次采樣之間保持上一次采樣結(jié)束時(shí)的狀態(tài)，,如圖所示電路為采樣保持電路的原理圖和輸出波形,采樣保持電路由運(yùn)算放大器、保持電容C和開關(guān)S組成。,*11.2采樣和保持電路,.,19,合理的采樣頻率由采樣定理確定。,采樣定理：設(shè)采樣信號S(t)的頻率為fs，輸入模擬信I(t)的最高頻率

5、分量的頻率為fimax，,則fs2fimax,如圖所示電路是集成采樣保持電路LF198的電路原理圖及符號。,.,20,模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備的重要接口,也是數(shù)字測量和數(shù)字控制系統(tǒng)的重要部件。,將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的裝置稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器(簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC)；,傳感器,模擬控制,模擬信號,數(shù)字計(jì)算機(jī),數(shù)字控制,數(shù)字信號,ADC,DAC,將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的裝置稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器(簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC),11.3數(shù)模轉(zhuǎn)換電路,.,21,一個n位二進(jìn)制數(shù)可表示為,其最高位到最低的權(quán)依此為,數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A轉(zhuǎn)換器）的基本思想：由于構(gòu)成數(shù)字代碼的每一位都有一定的“權(quán)”，因此為了將數(shù)字量

6、轉(zhuǎn)換成模擬量，就必須將每一位代碼按其“權(quán)”轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后再將代表各位的模擬量相加即可得到與該數(shù)字量成正比的模擬量，這就是構(gòu)成D/A轉(zhuǎn)換器的基本思想。,11.3.1D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理,.,22,11.3.2倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器,.,23,.,24,.,25,輸出電壓,總電流,.,26,當(dāng)RF=R時(shí),上式可表示為,如果是n位D/A轉(zhuǎn)換器,當(dāng)RF=R時(shí),輸出模擬電壓值可表示為,.,27,例設(shè),，試分別求出二進(jìn)制數(shù)1010和,1111相對應(yīng)的模擬輸出量。,解：,（1）當(dāng)數(shù)字量為1010時(shí),（2）當(dāng)數(shù)字量為1111時(shí),顯然，輸出模擬量與輸入數(shù)字量成正比,.,28,AD7524是CMO

7、S單片低功耗8位并行D/A轉(zhuǎn)換器。,VDD：供電電壓正端；,GND：接地端；,UREF：為基準(zhǔn)電源端；,RF：反饋電阻端；,D0D7：為輸入數(shù)據(jù)端；,OUT1、OUT2電阻網(wǎng)絡(luò)的電流輸出端；,：為片選端；,:為寫入控制端.,11.3.3集成D/A轉(zhuǎn)換器,.,29,11.3.4D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù),1、分辨率用輸入二進(jìn)制數(shù)的有效位數(shù)表示。分辨率為n位的D/A轉(zhuǎn)換器中，輸出電壓能區(qū)分2n個不同的輸入二進(jìn)制代碼狀態(tài)，能給出2n個不同等級的輸出模擬電壓。也可以用D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓（1）與最大輸出電壓（所有位為1）的比值來表示。10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為：,.,30,2、轉(zhuǎn)換精度D/A轉(zhuǎn)換器

8、的轉(zhuǎn)換精度是指輸出模擬電壓的實(shí)際值與理想值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。,3轉(zhuǎn)換時(shí)間（輸出建立時(shí)間）從輸入數(shù)字信號起，到輸出電壓或電流到達(dá)穩(wěn)定值時(shí)所需要的時(shí)間，稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間（輸出建立時(shí)間）。,.,31,11.4.1A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理,A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理框圖如圖所示，,11.4模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,.,32,為將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，在A/D轉(zhuǎn)換過程中，還必須將采樣-保持電路的輸出電壓，按某種近似方式歸化到相應(yīng)離散電平上，這一轉(zhuǎn)化過程稱為數(shù)值量化，簡稱量化。量化后的數(shù)值最后還需通過編碼過程用一個代碼表示出來。經(jīng)編碼后得到的代碼就是A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量。,量化過程中所取最小數(shù)量單位稱為量化單位，用

9、表示。,.,33,兩種近似量化方法：去尾法和四舍五入法。,.,34,逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖如圖所示，是由順序脈沖發(fā)生器，逐次逼近寄存器，D/A轉(zhuǎn)換器和電壓比較器等幾部分組成。,.,35,逐次逼進(jìn)？,其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四個砝碼共重15克，每個重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量Wx=13克，可以用下表步驟來秤量：,.,36,逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器電路如圖所示。,.,37,轉(zhuǎn)換開始前先將所有寄存器清零。開始轉(zhuǎn)換以后，時(shí)鐘脈沖首先將寄存器最高位置成1，使輸出數(shù)字為1000。這個數(shù)碼被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓uo，送到比較器中與ui進(jìn)行比較。若uiuo，說明數(shù)字過大了，故將最高位的1清除；若uiuo，說明數(shù)字還不夠大，應(yīng)將這一位保留。然后，再按同樣的方式將次高位置成1，并且經(jīng)過比較以后確定這個1是否應(yīng)該保留。這樣逐位比較下去，一直到最低位為止。比較完畢后，寄存器中的狀態(tài)就是所要求的數(shù)字量輸出。,原理框圖,基本原理,.,38,ADC0804是用CMOS集成工藝制成的逐次比較型模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。,11.4.3集成A/D轉(zhuǎn)換器,.,39,1分辨率,A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率是指輸出數(shù)字量變化一個最低有效為LSB所對應(yīng)的輸入模擬電壓的變化量。,例如輸入模擬電壓的變化范圍為010V，輸出為10位數(shù)碼，則分辨率為,2轉(zhuǎn)換誤差,轉(zhuǎn)換誤差表示A/