數(shù)據(jù)的存儲采集與轉(zhuǎn)換

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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)換電路半導(dǎo)體存儲器分類：按功能只讀存儲器（ROM）隨機存取存儲器（RAM）按元件雙極型存儲器:速度快，功耗大。MOS型存儲器：速度較慢，功耗小，集成度高。順序存取存儲器（sAM）*11.1半導(dǎo)體存儲器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)=2n×M11.1.1只讀存儲器ROM11.1.1.2ROM的工作原理W0～W3四條字線表達(dá)式為輸出D3D

2、2D1D0與地址譯碼器輸出端字線W0～W3的邏輯關(guān)系為把W0～W3與輸入地址碼A1A0關(guān)系代入有在繪制中、大規(guī)模集成電路的邏輯圖時,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表示。例11-1用簡化的ROM存儲矩陣設(shè)計全加器。解：首先列出真值表邏輯函數(shù)表達(dá)式存儲器的簡化矩陣陣列圖如圖所示。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。一次編程只讀存儲器PROM結(jié)構(gòu)示意圖11.1.2.1RAM的基本結(jié)構(gòu)和工作原理11.1.2隨機存取存儲器(RAM)1．存儲矩

3、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?．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，執(zhí)行讀操作，R/W=0時，執(zhí)行寫操作。4．片選控制當(dāng)CS=0時，選中該片RAM工作，CS=1時

4、該片RAM不工作。如圖所示電路是一個1024×4位RAM的實例—2l14的結(jié)構(gòu)框圖。11.1.2.2RAM容量的擴展1．位擴展（字長擴展）地址線、讀/寫控制線、片選線并聯(lián)輸入/輸出線分開使用如用2片1024?4位RAM擴展為1024?8位RAM2．字?jǐn)U展（地址擴展）字?jǐn)?shù)的擴展可利用外加譯碼器控制存儲器芯片的片選輸入端CS來實現(xiàn)。如將1024?4的RAM擴展為4K×4位的RAM采樣和保持電路的任務(wù)是當(dāng)輸入信號變化較快時，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

5、一次采樣結(jié)束時的狀態(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)的最高頻率分量的頻率為fimax，則fs≥2fimax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。模?數(shù)與數(shù)?模轉(zhuǎn)換器是計算機與外部設(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

6、ADC)；傳感器模擬控制模擬信號數(shù)字計算機數(shù)字控制數(shù)字信號ADCDAC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11

7、.3.2倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓總電流當(dāng)RF=R時,上式可表示為如果是n位D/A轉(zhuǎn)換器,當(dāng)RF=R時,輸出模擬電壓值可表示為例設(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（2）當(dāng)數(shù)字量為1111時顯然，輸出模擬量與輸入數(shù)字量成正比AD7524是CMOS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；D0～D7：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；:

8、為寫入控制端.11.3.3集成D/A轉(zhuǎn)換器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：2、轉(zhuǎn)換精度D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是指輸出模擬電壓的實際值與理想值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。3．轉(zhuǎn)換時間（輸出建立時間）從輸入數(shù)字信號起，到輸出電壓或電流到達(dá)穩(wěn)