数字电路与逻辑电路设计模数转换和数模转换

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1、第8章模数转换和数模转换本章要点本章将介绍模数转换和数模转换的基本原理和及其电路。先讨论模数转换的原理，并重点讲述了典型模数转换芯片ADC0809的基本原理、引脚结构、典型应用电路；其后介绍数模转换的基本原理，重点讲解倒T型权阻网络的基本原理，介绍典型数模转换芯片DAC0832的基本原理、芯片结构、典型应用电路；最后以ADC0809和DAC0832为核心芯片，介绍了数字录音机的构成。倒T型数模转换器8.1概述A/D转换器：将模拟信号转换为数字信号的电路称为模数转换器，记为ADC（analogtodigitalconverter）。

2、D/A转换器：将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器，记为DAC（digitaltoanalogconverter）。典型的数字通信系统框图典型的数字控制系统框图8.2模数转换模数转换器是将时间和幅值都连续的模拟信号转换为时间和幅值都是离散的数字信号的电路,一般指将电压量转换为数字量的过程。要实现模数转换，一般需要经过四个过程，即采样、保持、量化和编码。模数转换的四个过程8.2.1A/D转换的基本原理1.采样：采样是将时间上连续的模拟信号转换为时间上离散的信号。模拟信号的采样原始模拟信号采样脉冲采样信号为了保证采样信号fs（t

3、）能正确无误的表示模拟信号f（t），采样信号的频率必须满足采样定理输入的模拟信号的频率的最大值注：在满足采样定理的条件下，可以用低通滤波器无失真的从采样信号中的恢复出原模拟信号。由于对采样信号的数字化处理需要时间，而采样信号的频率越高，留给数字化处理的时间越短，故样信号需要保持一定时间，这个过程称为保持。一般采样和保持都在采样保持器中一起完成。采样保持电路2.量化：量化是将时间上离散，幅值上连续的采样信号进行幅值离散处理（取整）的过程，即将采样脉冲电平转换为与之相近的离散数字电平的过程。把量化的数值用二进制代码表示，称为编码。量化的

4、两种方法量化单位只舍不入，量化误差为△有舍有入，量化误差为△/2量化是利用比较器完成，编码用触发器和编码器完成8.2.2不同类型ADC的特点模数转换器的种类很多，按工作原理的不同，可分成间接ADC和直接ADC。1.间接ADC先将输入模拟电压转换成时间或频率，然后再把这些中间量转换成数字量，常用是双积分型ADC。双积分型ADC：先对输入采样电压和基准电压进行两次积分，以获得与采样电压平均值成正比的时间间隔，同时在这个时间间隔内，用计数器对标准时钟脉冲（CLK）计数，计数器输出的计数结果就是对应的数字量。特点：工作性能比较稳定，且抗干扰

5、能力强，其缺点是工作速度低。常用的集成芯片有CB7106CB71272.直接ADC直接ADC是将输入模拟量直接转换成数字量，常用的有并联比较型ADC和逐次逼近型ADC。并联比较型ADC采用各量级同时并行比较，各位输出码同时并行产生，故转换速度快，转换速度与输出码位无关。其缺点是成本高、功耗大。n位输出的ADC，需要2n个电阻、（2n－1）个比较器和D触发器，以及复杂的编码网络，其元件数量随位数的增加，以几何级数上升。所以这种ADC适用于要求高速、低分辩率的场合。并联比较型ADC逐次逼近型ADC逐次逼近型ADC的比较电压，是逐个产生的

6、，逐次与输入电压分别比较，以逐渐逼近的方式进行模数转换的。逐次逼近型ADC每次转换都要逐位比较，需要（n+1）个节拍脉冲才能完成，所以它比并联比较型ADC的转换速度慢，比双分积型ADC要快得多，属于中速ADC器件。另外位数多时，它需用的元器件比并联比较型少得多，所以它是集成ADC中，应用较广的一种。常用的集成芯片有ADC0804ADC08098.2.3集成ADC芯片ADC0809ADC0809由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D／A转换器、逐次比较寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。ADC0809内部逻辑结

7、构图1.逐次逼近型A/D转换器工作原理n位逐次比较型A/D转换器包括控制逻辑电路、时序产生器、移位寄存器、D/A转换器及电压比较器组成。逐次比较型A/D转换器原理框图将n位数字量从高位起逐次设置为“1”，并利用DAC产生参考电压vDA，与输入模拟信号vi做比较。若二者不相等，则调整DAC产生的参考电压，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量的对应值。工作原理2.ADC0809引脚及使用说明ADC0809采样频率为8位，以CMOS集成工艺制成。单个＋5V电源供电，模拟输入电压范围0～＋5V，不需零点和满刻度校准，输出电压范围为0

8、～5V，转换时间为100μs。功耗低，约为15mW。管脚图各引脚功能如下①IN7～IN0：模拟量输入通道，电压范围为0～5V。注意：输入信号为单极性信号；若信号过小还需进行放大；如果变化太快，在输入前应增加采样保持电路；②ALE：地址