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1、第11章 数据的存储、采集与转换,*11.1半导体存储器 *11.2采样和保持电路 11.3 数模转换电路 11.4 模数转换电路,半导体存储器分类：,按功能,只读存储器（ROM）,随机存取存储器（RAM）,顺序存取存储器（sAM）,*11.1半导体存储器,11.1.1.1 ROM的电路结构,图11-1 ROM的结构图,ROM矩阵的容量=字数位数=2nM,11.1.1 只读存储器ROM,11.1.1.2 ROM的工作原理,在绘制中、大规模集成电路的逻辑图时,为了方便 起见常用如图11-3所示的简化画法,有二极管的存 储单元用一黑点表示。,例11-1 用简化的ROM存储矩阵设计全加器。,解： 首
2、先列出真值表,逻辑函数表达式,存储器的简化矩阵阵列图如图所示。,由双极型晶体管和MOS型场效应管构成的存储矩 阵分别如图所示。,一次编程只读存储器PROM,结构示意图,11.1.2.1 RAM的基本结构和工作原理,11.1.2 随机存取存储器(RAM),1存储矩阵,存储矩阵：由存储单元(即位)构成，一个存储单元存储一位二进制数码“1”或“0”。存储器是以字为单位进行存储的。,存储容量, 存储器含存储单元的总个(位)数。,2地址译码,存储容量 = 字数（word） 位数（bit）,地址译码电路的功能是实现字的选择，每输入一 组地址码就选择出一个字，只能对选择出的这个 字进行读操作或写操作。,3读
3、/写控制电路与片选控制电路,读/写控制电路用于对电路的工作状态进行控制。,当R/W=1时，执行读操作，R/W=0时，执行写操作。,4片选控制,当CS=0时，选中该片RAM工作， CS=1时该片 RAM不工作。,如图所示电路是一个10244位RAM的实例2l14 的结构框图。,11.1.2.2 RAM容量的扩展,1位扩展（字长扩展）,地址线、读/写控制线、片选线并联,输入/ 输出线分开使用,如用 2 片 1024 4 位 RAM 扩展为 1024 8 位 RAM,2字扩展（地址扩展）,字数的扩展可利用外加译码器控制存储器芯片的片选输入端CS来实现。,如 将1024 4的RAM扩展为4K4位的RA
4、M,采样和保持电路的任务是当输入信号变化较快时，要求输出信号能快速而准确的跟随输入信号的变化进行间隔采样，在两次采样之间保持上一次采样结束时的状态，,如图所示电路为采样保持电路的原理图和输出波形, 采样保 持电路由运算放大器、保持电容C和开关S组成。,*11.2 采样和保持电路,合理的采样频率由采样定理确定。,采样定理：设采样信号S(t)的频率为fs，输入模拟信I(t)的最高频率分量的频率为fimax，,则 fs 2fimax,如图所示电路是集成采样保持电路LF198的电路原理图及 符号。,模数与数模转换器是计算机与外部设备的重要接口,也是数字测量和数字控制系统的重要部件。,将模拟量转换为数字
5、量的装置称为模数转换器(简称A/D转换器或ADC)；,传感器,模拟控制,模拟信号,数字计算机,数字控制,数字信号,ADC,DAC,将数字量转换为模拟量的装置称为数模转换器(简称D/A转换器或DAC),11.3 数模转换电路,一个n位二进制数可表示为,其最高位到最低的权依此为,数模转换（D/A转换器）的基本思想： 由于构成数字代码的每一位都有一定的“权”，因此为了将数字量转换成模拟量，就必须将每一位代码按其“权”转换成相应的模拟量，然后再将代表各位的模拟量相加即可得到与该数字量成正比的模拟量，这就是构成D/A转换器的基本思想。,11.3.1 D/A转换器的基本原理,11.3.2 倒T形电阻网络D
6、/A转换器,输出电压,总电流,当RF=R时,上式可表示为,如果是n位D/A转换器,当RF=R时,输出模拟电压值可表示为,例 设,，试分别求出二进制数1010和,1111相对应的模拟输出量。,解：,（1）当数字量为1010时,（2）当数字量为1111时,显然，输出模拟量与输入数字量成正比,AD7524是CMOS单片低功耗8位并行D/A转换器。,VDD：供电电压正端；,GND：接地端；,UREF：为基准电源端；,RF：反馈电阻端；,D0D7：为输入数据端；,OUT1、OUT2 电阻网络的 电流输出端；,：为片选端；,:为写入控制端.,11.3.3集成D/A转换器,11.3.4 D/A转换器的主要参
7、数,1、分辨率 用输入二进制数的有效位数表示。分辨率为n位的D/A转换器中，输出电压能区分2n个不同的输入二进制代码状态，能给出2n个不同等级的输出模拟电压。 也可以用D/A转换器的最小输出电压（1）与最大输出电压（所有位为1）的比值来表示。10位D/A转换器的分辨率为：,2、转换精度 D/A转换器的转换精度是指输出模拟电压的实际值与理想值之差，即最大静态转换误差。,3转换时间（输出建立时间） 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为转换时间（输出建立时间）。,11.4.1 A/D转换器的基本原理,A/D转换器的基本原理框图如图所示，,11.4 模数转换电路,为将模拟信
8、号转换为数字量，在A/D转换过程中，还必须将采样-保持电路的输出电压，按某种近似方式归化到相应离散电平上，这一转化过程称为数值量化，简称量化。量化后的数值最后还需通过编码过程用一个代码表示出来。经编码后得到的代码就是A/D转换器输出的数字量。,量化过程中所取最小数量单位称为量化单位，用表示。,两种近似量化方法：去尾法和四舍五入法。,逐次比较型A/D转换器原理框图如图所示，是由顺序脉冲发 生器，逐次逼近寄存器，D/A转换器和电压比较器等几部分 组成。,逐次逼进？,其工作原理可用天平秤重作比喻。若有四个砝码共重15克，每个重量分别为8、4、2、1克。设待秤重量Wx = 13克，可以用下表步骤来秤量
9、：,逐次比较型A/D转换器电路如图所示。,转换开始前先将所有寄存器清零。开始转换以后，时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1，使输出数字为1000。这个数码被D/A转换器转换成相应的模拟电压uo，送到比较器中与ui进行比较。若uiuo，说明数字过大了，故将最高位的1清除；若uiuo，说明数字还不够大，应将这一位保留。然后，再按同样的方式将次高位置成1，并且经过比较以后确定这个1是否应该保留。这样逐位比较下去，一直到最低位为止。比较完毕后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。,原理框图,基本原理,ADC0804是用CMOS集成工艺制成的逐次比较型模数转 换芯片。,11.4.3 集成A/D转换器,1分辨率,A/D转换器的分辨率是指输出数字量变化一个最低有效为 LSB所对应的输入模拟电压的变化量。,例如输入模拟电压的变化范围为010V，输出为10位数码， 则分辨率为,2转换误差,转换误差表示A/D转换器实际输出的数字量和理论上的输出 数字量之间的差别。,3 转换时间,转换时间是指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出 端得到稳定的数字信号所经过的时间。,11.4.4 A/D转换器的主要技术指标,教学要求 1、了解D/A、A/D转换的功能、类型和指标; 2、了解D/A、A/D转换常用芯片的使用方法。,
