数字电子技术 项目5 简易数字电压表的设计与测试

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1 数字电子技术 项目5 简易数字电压表的设计与测试
数字电子技术 项目5 简易数字电压表的设计与测试

2 应用示例 计算机控制系统原理框图

3 项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 任务5-2 ADC转换器件逻辑功能测试
项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【知识扫描】D/A转换工作原理 (2课时) 【器件认知】DAC器件逻辑功能测试 【工作任务5-1-1】DAC0832器件逻辑功能测试 【思维拓展】锯齿波产生电路简介 (2课时) 任务5-2 ADC转换器件逻辑功能测试 【知识扫描】A/D转换工作原理 【器件认知】ADC器件逻辑功能测试 【工作任务5-2-1】ADC0804器件逻辑功能测试 【思维拓展】压力测量电路 (2课时) 任务5-3 简易数字电压表的设计与制作 【器件认知】12位串行A/D转换器ADCS7476介绍 【知识扫描】数码管动态扫描显示 【设计案例SZA5-3-1】简易数字电压表的设计与制作 (2课时) 【设计任务SZS5-3-2】三位显示简易数字电压表的设计与制作 (2课时)

4 项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【知识扫描】D/A转换工作原理 数字系统中实际参加运算的数字量是以二进制数码的形式表示的，这就要求DAC输入的是二进制数字量，通过转换将输入的数字量以模拟量的形式输出，而且输出的电压模拟量大小一定与输入的数字量大小成正比。现假设DAC转换的比例系数为k ,则输出的模拟电压 其中 为输入的二进制数按位展开得到的十进制数值。

5 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【知识扫描】D/A转换工作原理 DAC输入与输出关系 项目5 简易数字电压表的设计与测试
项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【知识扫描】D/A转换工作原理 4位二进制数字量与经过D/A转换后（转换的比例系数k=1）输出的电压模拟量之间的对应关系。由图可见，两个相邻数码转换出的模拟电压值是不连续的，两者的电压差值由最低码位所代表的位权值决定。它是DAC所能分辨的最小数字量，用1 LSB（Least Significant Bit）表示。对应于最大输入数字量的最大模拟电压输出值（绝对值），称为满量程输出值，用 FSR（Full Scale Range）表示。 DAC输入与输出关系

6 项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【知识扫描】D/A转换工作原理 数模转换器分类

7 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【知识扫描】D/A转换工作原理
项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【知识扫描】D/A转换工作原理 在集成电路的数模转换器中，很少采用间接式数模转换器。一般来说，数模转换器的工作原理比模数转换器的工作原理要简单。有些模数转换器的电路中，还含有相应的数模转换器电路，作为反馈部件来使用。一般电阻式DAC结构如图所示。 DAC组成框图

8 项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【知识扫描】D/A转换工作原理 倒T电阻网络型D/A转换器

9 R-2R电阻倒T型网络。倒T型网络的基本单元是电阻分压，无论从哪个节点看进去都是2R的电阻值，电阻网络中电阻种类只有两种，R和2R。
项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【知识扫描】D/A转换工作原理 模拟开关S3、S2、S1、S0。输入的数字信号d3、d2、d1、d0控制模拟开关的位置，当输入数字信号为“0”时，开关打向右边，将图中的2R电阻与地相连接；当输入数字信号为“1”时，开关打向左边，将图中的2R电阻接入运算放大器的反相输入端。但是无论开关打向左边还是右边都是接地，因为运算放大器的反相输入端为“虚地”。 R-2R电阻倒T型网络。倒T型网络的基本单元是电阻分压，无论从哪个节点看进去都是2R的电阻值，电阻网络中电阻种类只有两种，R和2R。 将电阻网络中流进运算放大器的电流相加并转换成电压的形式输出。

10 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 转换器的输出电压 为： 如果是n位数字量输入，则上式可改写为如下形式：
项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【知识扫描】D/A转换工作原理 转换器的输出电压 为： 如果是n位数字量输入，则上式可改写为如下形式：

11 DA转换器的分辨率是指输入数字量中对应于数字量的最低位(LSB)发生单位数码变化时引起的输出模拟电压的变化量与满度值输出电压之比。 转换误差
项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【知识扫描】D/A转换工作原理 转换精度 : 分辨率 DA转换器的分辨率是指输入数字量中对应于数字量的最低位(LSB)发生单位数码变化时引起的输出模拟电压的变化量与满度值输出电压之比。 转换误差 DAC在实际使用中均存在误差，常见的误差主要包括以下三种：非线性误差、漂移误差和增益误差。

12 转换误差 : 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【知识扫描】D/A转换工作原理
项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【知识扫描】D/A转换工作原理 转换误差 : 非线性误差：理想的DAC转换特性是一条通过原点和满量程输出理论值的一条直线。而实际的DAC会偏离理想直线，通常表现为一条曲线，如图1。 漂移误差：误差电压与输入数字量的大小无关，输出电压的转换特性曲线将在竖直方向上下平移，不改变转换特性的线性度，如图2。 增益误差：只改变理想转换特性的斜率，并不破坏线性，称作增益误差或比例系数误差，如图3。 图1 图2 图3

13 项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【知识扫描】D/A转换工作原理 转换速度 通常以建立时间表征D/A转换器的转换速度。建立时间是指输入数字量从全“0”到全“1”时起，到输出电压达到相对于最终值为±1/2LSB范围内的数值为止所需的时间，建立时间又称为转换时间。 电源抑制比 在高质量的转换器中，要求模拟开关电路和运算放大器的电源电压发生变化时，对输出电压的影响非常小，输出电压的变化与对应的电源电压的变化之比，称为电源抑制比。

14 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【器件认知】DAC器件逻辑功能测试
项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【器件认知】DAC器件逻辑功能测试 DAC0832是DAC0830系列，是8位倒T形电阻网络转换器。DAC0832是8位数据输入，且接口电路简单，转换控制容易且使用方便。注意：DAC0832是电流输出型芯片，要外接运算放大器将输出模拟电流转换为模拟输出电压。其引脚图和逻辑图分别如图 DAC0832逻辑结构 DAC0832引脚图

15 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【器件认知】DAC器件逻辑功能测试
项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【器件认知】DAC器件逻辑功能测试 DAC0832的工作方式包括：单缓冲工作方式、双缓冲工作方式 、直通工作方式 。

16 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【器件认知】DAC器件逻辑功能测试
项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【器件认知】DAC器件逻辑功能测试 由于DAC0832输出是电流型，所以必须用运放将模拟电流转换为模拟电压。输出有单极性输出和双极性输出两种形式。 DAC0832单极性输出电路 DAC0832双极性输出电路

17 项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【工作任务5-1-1】DAC0832器件逻辑功能测试

18 项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【工作任务5-1-1】DAC0832器件逻辑功能测试

19 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【思维拓展】锯齿波产生电路简介 下图给出了最简单的锯齿波产生电路： 锯齿波波形图
项目5 简易数字电压表的设计与测试 任务5-1 DAC转换器件逻辑功能测试 【思维拓展】锯齿波产生电路简介 下图给出了最简单的锯齿波产生电路： 锯齿波波形图 DAC0832构成锯齿波发生器

20 THE END