第8《数字电子技术基础》教案课时章节或第8章数/摸转换和模/数转换课题名称8.1概述教学内容8.2数/模转换电路(DAC)8.3模／数转换电路（ADC)掌握DAC和ADC的定义及应用；了解DAC的分类及主要参数；了解R一2R倒T形电阻网络DAC的结构和基本原理；教学目标了解集成D/A转换器AD7520、AD7543及应用。了解ADC的应用、分类及主要参数；了解逐次逼近型ADC的电路结构及工作原理；了解集成A/D转换器ICL7106/7107、CC14433、ADC0809及应用。重点：DAC的基本原理；ADC的基本原理主要参数及应用：教学要点难点：R一2R倒T形电阻网络电阻实现数字量到模拟量的转换。A/D转换须经过采及难点样、保持、量化、编码四个步骤才能完成。本章与电路、模拟电子课程相联系。复习：复习要点电路相关知识。或题目集成运算放大器的原理、应用。提问：A/D转换须经过哪四个步骤才能完成？教学难点的解决方法：课堂讲解、课堂讨论、提问相结合。主要教学方法说明：课堂讲解、课堂讨论、提问课堂讨论：关于模拟电子开关。关于求和运算放大器。关于采样、保持、量化、编码的含义：教学方法与关于逐次逼近的思维方式：ADC的分辨率和相对精度与什么有关？教学手段复习（提问）：说明集成运算放大器的应用。A/D转换须经过哪四个步骤才能完成？现代教学方法与手段：数字电路网络课程PowerPoint本章教学时间安排4学时，具体安排如下表课堂教学环节课堂组织课堂讨论复习（提新课讲解巩固新课作业布置教学时间问安排10*215*25*255*25*2时间分配(分)作业布置（预习、思考题、练P277T8.1:T8.2;T8.3:T8.5;T8.7;T8.12:T8.13;习、参考资料等）
《数字电子技术基础》教案 第 8 章 课时章节或 课题名称 第 8 章 数/摸转换和模/数转换 教学内容 8.1 概述 8.2 数／模转换电路(DAC) 8.3 模／数转换电路（ADC） 教学目标 掌握 DAC 和 ADC 的定义及应用； 了解 DAC 的分类及主要参数； 了解 R－2R 倒 T 形电阻网络 DAC 的结构和基本原理； 了解集成 D/A 转换器 AD7520、AD7543 及应用。 了解 ADC 的应用、分类及主要参数； 了解逐次逼近型 ADC 的电路结构及工作原理； 了解集成 A/D 转换器 ICL7106/7107、CC14433、ADC0809 及应用。 教学要点 及难点 重点：DAC 的基本原理；ADC 的基本原理主要参数及应用； 难点：R－2R 倒 T 形电阻网络电阻实现数字量到模拟量的转换。A/D 转换须经过采 样、保持、量化、编码四个步骤才能完成。 复习要点 或题目 本章与电路、模拟电子课程相联系。 复习： 电路相关知识。 集成运算放大器的原理、应用。 提问：A/D 转换须经过哪四个步骤才能完成？ 教学方法与 教学手段 说明 教学难点的解决方法：课堂讲解、课堂讨论、提问相结合。 主要教学方法说明：课堂讲解、课堂讨论、提问 课堂讨论： 关于模拟电子开关。关于求和运算放大器。 关于采样、保持、量化、编码的含义； 关于逐次逼近的思维方式；ADC 的分辨率和相对精度与什么有关？ 复习（提问）： 集成运算放大器的应用。 A/D 转换须经过哪四个步骤才能完成？ 现代教学方法与手段： 数字电路网络课程 PowerPoint 教学时间 安排 本章教学时间安排 4 学时，具体安排如下表 课堂教学环节 课堂组织 课堂讨论 复习（提 问） 新课讲解 巩固新课 作业布置 时间分配 （分） 10*2 15*2 5*2 55*2 5*2 作业布置 （预习、思 考题、练 习、参考资 料等） P277 T8.1；T8.2；T8.3；T8.5；T8.7；T8.12；T8.13；
第8《数字电子技术基础》教案第8章数/摸转换和模/数转换8.1概述随着数字电子技术的迅猛发展，特别是计算机在自动控制、自动检测、电子信息处理及许多其他领域的广泛应用，用数字电路来处理模拟信号的方式更加普遍。完成A/D转换的电路称为A/D转换器（简称ADC)，ADC的转换过程称为编码。完成D/A转换的电路称为D/A转换器（简称DAC），DAC的转换过程称为解码。例如，用计算机对粉状货物（例如水泥、面粉）和颗粒状货物进行称重包装系统（如图8.1所示）。驱动显示模拟量数字量数字量模拟量A/DD/A料门称重传小信号微处理放大感器放大器器CPU驱动开关图8.1电脑包装秤框图8.1.1A/D和D/A转换器按结构划分，ADC和DAC可分为三大类：第一类是单片集成的，它是ADC和DAC产品的主流。这一类产品的特点是：通用性强，已形成系列化，可靠性高，成本也较低，但单片式ADC和DAC器件频带宽度有限制，影响转换速度和精度，能达到16位精度的水平也就不错了。第二类是混合集成式的，它可以根据转换精度和速度的要求，在集成芯片外的陶瓷基片上制造与之匹配的电阻网络，使得混合式集成芯片在转换精度和速度上大大优于单片式芯片。第三类是模块结构式的，这一类转换器实际上是一个功能完整的最小数字系统，8.2数/模转换电路(DAC)数/模转换器（即DAC)是数字系统和模拟系统的接口，它将输入的二进制代码转换为相应的模拟电压输出。数/模转换有多种方法，如权电流法、权电阻法、T型R一2R网络法等。一、权电阻网络D/A转换电路1.电路组成4位权电阻网络D/A转换电路如图所示。它由求和运算放大器、基准电压UREF、权电阻网络和电子模拟开关SO~S3等四部分组成。ifRF车8+1o]1.4]A12411s412'Ruo2'Rl2'R2°RlSoS.S2S3一11r17101!+111D,D.D2D3(LSB)(MSB)4位权电阻网络D/A转换器
《数字电子技术基础》教案 第 8 章 第 8 章 数/摸转换和模/数转换 8.1 概述 随着数字电子技术的迅猛发展，特别是计算机在自动控制、自动检测、电子信息处理及许多其他 领域的广泛应用，用数字电路来处理模拟信号的方式更加普遍。完成 A/D 转换的电路称为 A/D 转换器 （简称 ADC），ADC 的转换过程称为编码。完成 D/A 转换的电路称为 D/A 转换器（简称 DAC）， DAC 的转换过程称为解码。例如，用计算机对粉状货物（例如水泥、面粉）和颗粒状货物进行称重包 装系统（如图 8.1 所示）。 图 8.1 电脑包装秤框图 8.1.1 A/D 和 D/A 转换器 按结构划分，ADC 和 DAC 可分为三大类：第一类是单片集成的，它是 ADC 和 DAC 产品的主 流。这一类产品的特点是：通用性强，已形成系列化，可靠性高，成本也较低，但单片式 ADC 和 DAC 器件频带宽度有限制，影响转换速度和精度，能达到 16 位精度的水平也就不错了。 第二类是混合集成式的，它可以根据转换精度和速度的要求，在集成芯片外的陶瓷基片上制造与之匹 配的电阻网络，使得混合式集成芯片在转换精度和速度上大大优于单片式芯片。 第三类是模块结构式的，这一类转换器实际上是一个功能完整的最小数字系统。 8.2 数／模转换电路(DAC) 数／模转换器(即 DAC)是数字系统和模拟系统的接口，它将输入的二进制代码转换为相应的模拟 电压输出。数／模转换有多种方法，如权电流法、权电阻法、T 型 R－2R 网络法等。 一、权电阻网络 D／A 转换电路 1. 电路组成 4 位权电阻网络 D／A 转换电路如图所示。它由求和运算放大器、基准电压 UREF、权电阻网络和电子 模拟开关 S0～S3 等四部分组成。 称重传 感器 小信号 放大器 A/D 微处理 器CPU D/A 放 大 驱动 料 门 开关 驱动 显示 g 模拟量 数字量 数字量 模拟量 4位权电阻网络D／A转换器 U REF
《数字电子技术基础》教案第82.工作原理在图4位权电阻网络D/A转换中，当电子开关S0～S3都接1端时，流入求和运算放大器反相输入端A的总电流为： =13+12+1+12UREED,+UREED,+UREED,+UREED2°R2'R2’R2’RUE (2 D +2 , +2' D +2° D.)2'RURED,2DiE(0, 1)2R=0又由于uo=I·R，于是运算放大器的输出电压uo为：I.R,uo=-UREED,2=-Rr:2R2对于n位权电阻D/A转换器，则有.R.Uo = -UREE=-R.D.22R权电阻D/A转换器的优点是：电路简单，转换速度比较快。权电阻D/A转换器的缺点是：各个电阻的阻值相差很大，而且随着输入二进制代码位数的增多，电阻的差值也随之增加，难以保证电阻阻值精度的要求，这既不利用电路的集成化，又给电路的转换精度带来严重的影响。二、R一2R倒T形电阻网络D/A转换电路1.电路组成4位倒T形电阻网络D/A转换电路，如图8.6所示。它由求和运算放大器，基准电URET，R一2R倒和形电阻网络和电子模拟开关SO～S3等四部分组成。(LSB)(MSB)DoD,DD2MTT10102R102RI2R122R2RR2BACBI.4位R-2R倒T形电阻网络D/A转换器
《数字电子技术基础》教案 第 8 章 2. 工作原理 在图 4 位权电阻网络 D／A 转换中，当电子开关 S0～S3 都接 1 端时，流入求和运算放大器反相 输入端 A 的总电流为： 又由于 = − • RF u I 0 于是运算放大器的输出电压 u0 为： = − • RF u I 0 对于 n 位权电阻 D/A 转换器，则有 权电阻 D／A 转换器的优点是：电路简单，转换速度比较快。 权电阻 D／A 转换器的缺点是：各个电阻的阻值相差很大，而且随着输入二进制代码位数的增 多，电阻的差值也随之增加，难以保证电阻阻值精度的要求，这既不利用电路的集成化，又给电路的 转换精度带来严重的影响。 二、R－2R 倒 T 形电阻网络 D／A 转换电路 1. 电路组成 4 位倒 T 形电阻网络 D／A 转换电路，如图 8.6 所示。它由求和运算放大器，基准电 URET，R－2R 倒和形电阻网络和电子模拟开关 S0～S3 等四部分组成。 3 2 1 0 i = I + I + I + I 0 3 1 2 2 1 3 0 2 2 2 2 D R U D R U D R U D R UREF REF REF REF = + + + (2 2 2 2 ) 2 0 0 1 1 2 2 3 3 3 D D D D R UREF = + + + i i i REF D R U 2 2 3 0 3 = = Di∈(0，1) = = − 3 0 3 2 2 i i i REF F D R U R RF u i 0 = − i n i n i REF F D R U R 2 2 1 0 1 − = − = − U
《数字电子技术基础》教案第82.工作原理四位倒T型电阻网络的等效电路如图所示。BA2R 2RitI62R2R01#2Ri号1.-RRVREFR1141-VREP/R1-81112-ABCD四位倒T型电阻网络的等效电路从数字量高位D3至低位DO的电流分别为1/IIs=5,12=I.1.24.816因此，流入求和运算放大器的输入电流分别为：111I==D,+-D,+-D+:Do16248(2" D, +22 D, +2'D, +2° D.)U(2D,+2D,+2 +2°D)2*R所以，运算放大器原输出电压uO为：uo=-i- R,U(2'D,+2’D,+2'D+2° )=R2°R对于n位倒T形电阻网络D/A转换器的输出电压uO为：U(2 .-+2- +2 +2* .)*uo=-R,2R三、权电流型D/A转换电路由于运算放大器的输入阻抗多数情况下可以近似认为无穷大，所以流过R的电流近似等于。由图得：
《数字电子技术基础》教案 第 8 章 2. 工作原理 四位倒 T 型电阻网络的等效电路如图所示。 从数字量高位 D3 至低位 D0 的电流分别为 因此，流入求和运算放大器的输入电流分别为： 所以，运算放大器原输出电压 u0 为 ： 对于 n 位倒 T 形电阻网络 D／A 转换器的输出电压 u0 为： 三、权电流型 D／A 转换电路 由于运算放大器的输入阻抗多数情况下可以近似认为无穷大，所以流过RF的电流近似等于 i 。由图得： 四位倒T型电阻网络的等效电路 16 , 4, 8 , 2 3 2 1 0 I I I I I I I I = = = = 3 2 1 0 2 4 8 16 D I D I D I D I i = + + + (2 2 2 2 ) 2 0 0 1 1 2 2 3 3 4 D D D D I = + + + (2 2 2 2 ) 2 0 0 1 1 2 2 3 3 4 D D D D R UREF = + + + RF u i 0 = − (2 2 2 2 ) 2 0 0 1 1 2 2 3 3 4 D D D D R U R REF = F + + + (2 2 2 2 ) 2 0 0 1 1 2 2 1 1 0 4 D D D D R U u R n n n REF n = − F + − + + + − − −
第8《数字电子技术基础》教案二进制代码Ruo~Rp-izdad.dd, (MSB)E1Reddd4816运放2R,1R,ID(0)2d.72424i=0BEr-权电流型D/A转换电路原理图8.3模/数转换电路（ADC）模/数转换电路的作用是将输入连续变化的模拟信号变换为与其成正比的数字量信号输出。在进行模/数（即A/D)转换时，通常按取样、保持、量化、编码四个步骤进行。、ADC的基本过程1.所谓取样，就是对模拟信号ui（t）进行周期性抽取样值的过程。2.量化与编码所谓量化，就是用数字信号的最低位1（LSB)所对应的模拟电压作为量化单位，用△表示，将样值电压变换为量化单位（△）电压整数倍的过程。量化后的离散量用相应的二进制码表示，称作编码。A/D转换器的种类很多，按其工作原理不同来划分，可分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大类型。直接A/D转换器具有较快的转换速度，典型电路有并行比较型A/D转换器，逐次比较型A/D转换器。间接A／D转换器由于要先将模拟信号转换成时间或频率，再将时间或频率转换为数字量输出，所以转换速度慢。双积分型A/D转换器、电压/频率转换型A/D转换器、计数式A/D转换器都属于间接A/D转换器。二、并行比较型A/D转换器并行比较型A/D转换器的主要优点是转换速度快，只要进行一次比较就能得出结果。它的缺点是电路比较复杂，成本高。1.电路组成如图所示，并行比较型A/D转换器由电阻分压器、电压比较器、寄存器和优先编码器四部分组成o13rusr迎啤啤啤啤啤3raQDefa9D,(LSB)OR心洗13rner2DC2ArD,(MSB)心Brer0xQS'Ar堂分压器比教器寄存器优先编码器3位并联比较型A/D转换器
《数字电子技术基础》教案 第 8 章 8.3 模／数转换电路（ADC） 模／数转换电路的作用是将输入连续变化的模拟信号变换为与其成正比的数字量信号输出。在进 行模／数(即 A／D)转换时，通常按取样、保持、量化、编码四个步骤进行。 一、ADC 的基本过程 1. 所谓取样，就是对模拟信号ui(t) 进行周期性抽取样值的过程。 2. 量化与编码所谓量化，就是用数字信号的最低位1 (LSB)所对应的模拟电压作为量化单位，用 表示，将样值电压变换为量化单位( )电压整数倍的过程。量化后的离散量用相应的二进制码表 示，称作编码。 A／D 转换器的种类很多，按其工作原理不同来划分，可分为直接 A／D 转换器和间接 A／D 转 换器两大类型。 直接 A／D 转换器具有较快的转换速度，典型电路有并行比较型 A／D 转换器，逐次比较型 A／ D 转换器。间接 A／D 转换器由于要先将模拟信号转换成时间或频率，再将时间或频率转换为数字量 输出，所以转换速度慢。双积分型 A／D 转换器、电压／频率转换型 A／D 转换器、计数式 A／D 转 换器都属于间接 A／D 转换器。二、并行比较型 A／D 转换器 并行比较型 A／D 转换器的主要优点是 转换速度快，只要进行一次比较就能得出结果。它的缺点是电路比较复杂，成本高。 1.电路组成 如图所示，并行比较型 A／D 转换器由电阻分压器、电压比较器、寄存器和优先编码器四部分组 成 ) 2 4 8 16 ( 3 2 1 0 I I d I d I d I = RF + + + (10) 3 0 4 4 2 2 2 D R I d R I i F i F i = = = u R i 0 F 权电流型D／A转换电路原理图