数字电子技术课程教案_高等教育-大学课件.pdf

学习必备 欢迎下载 数字电子技术课程教案 编制日期：20XX 年 5 月 30日 授课时间 第十四 周 星期 二第 6、7 节（20XX年 6 月 5 日）课次 19 授课方式（请打）理论课 讨论课 实践课 习题课 其他 课时 安排 2 教学单元（教学章、节或主题）：第七模块 转换电路 71 概述 72 D/A 转换器 目的、要求（分了解、熟悉、掌握三个层次）：1.掌握 DAC和 ADC的定义及应用；2.了解 DAC的分类及主要参数；了解权电阻网络及 R2R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 CDA7520及应用。知识要点：1 DAC的基本原理；22R2R倒 T 形电阻网络电阻实现数字量到模拟量的转换。技能要点：以倒 T 型电阻网络 D/A 转换器为例，讲清 D/A 转换的基本原理和输出电压的定量计算，其它各种D/A 转换器一般性了解简介一下即可 课时分配：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 布置作业 时间分配（分）5 30 5 75 10 5 教具及教学手段：（如：举例讲解、多媒体讲解、模型讲解、实物讲解、挂图讲解、音像讲解等）讲授法、演示法，多媒体课件讲授、举例讲解配合板书。用 EWB 演示 D/A的应用。作业和思考题：1电阻网络 D/A 转换器实现 D/A 转转的原理是什么？2倒 T 型和电阻网络型 D/A 转换器有哪些异同？3D/A 转换器的位数有什么意义？它与分辨率、转换精度有什么关系？作业：P206 T7-1、7-2（课堂讨论）课后分析与小结：D/A 转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出。D/A 转换器根据工作原理基本上可分为二进制权电阻网络 D/A 转换器和 T 型电阻网络 D/A 转换器两大类。由于 T 型电阻网络D/A 转换器只要求两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成 D/A 转换器普遍采用这种电路结构。)2222(200112211oDDDDUunnnnnREF 学习必备 欢迎下载 教 学 内 容（含时间分配）板书或旁注 复习提问 1555 定时器的逻辑功能是什么？2555 定时器为何能实现脉冲波形？3电容在脉冲电路中扮演怎样的角色？71 概述 一、模拟量 温度、湿度、压力、流量、速度为模拟量等。二、数/模转换 从模拟信号到数字信号的转换称为模/数转换（简称 A/D 转换），实现模/数转换的电路叫做 A/D转换器（简称 ADC）；三、模/数转换 从数字信号到模拟信号的转换称为数/模转换（简称 D/A 转换），实现数/模转换的电路称为 D/A转换器（简称 DAC）。四、典型数字控制系统 树模转换器和模数转换器是模拟系统和数字系统的接口电路，它在现代电子系统中的作用如图所示：在用计算机处理模拟量之前，必须把模拟量转换成数字量，才能由计算机处理；而计算机处理后的数字量也必须还原成相应的模拟量，才能实现对模拟系统的控制。因此，数模转换器和模数 转换器是数字电子技术中的重要组成部分。72 D/A 转换器 一、D/A 转换基本原理与转换特性 数/模转换就是将数字量转换成与它成正比的模拟量。数字量：(D3D2D1D0)2(D3 23D2 22D1 21D0 20)10 (1101)2(1 231 220 211 20)10 数字量：(D3D2D1D0)2(D3 23D2 22D1 21D0 20)10 (1101)2(1 231 220 211 20)10 即：转换原理 将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实 板书 引导讨论 理论课讨论课实践课习题课其他课时安排教学单元教学章节或主题第七模块转换电路概述转换器目的要求分了解熟悉掌握三个层次掌握和的定义及应用了解的分类及主要参数了解权电阻网络及倒形电阻网络的结构和基本原理了解集器为例讲清转换的基本原理和输出电压的定量计其它各种转换器一般性了解简介一下即可课时分配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布置作业时间分配分教具及教学手段如举例讲解多媒体讲解模型讲解实物换器实现转转的原理是什么倒型和电阻网络型转换器有哪些异同转换器的位数有什么意义它与分辨率转换精度有什么关系作业课堂讨论课后分析与小结转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出转换器根学习必备 欢迎下载 现了从数字量到模拟量的转换。uo或 io 输出 D/A D0 D1 Dn 输入 )2222(00112211oDDDDKunnnnu 转换特性 D/A 转换器的转换特性，是指其输出模拟量和输入数字量之间的转换关系。图示是输入为 3 位二进制数时的 D/A 转换器的转换特性。理想的 D/A 转换器的转换特性，应是输出模拟量与输入数字量成正比。即：输出模拟电压 uo=Ku D 或输出模拟电流 io=KiD。其中 Ku或 Ki为电压或电流转换比例系数，D 为输入二进制数所代表的十进制数。如果输入为 n 位二进制数Dn-1Dn-2D1D0，则输出模拟电压为：7 6 5 4 3 2 1 0 000 001 010 011 100 101 110 111 uo(V)D )2222(00112211oDDDDKunnnnu 组成 D/A 转换器的基本指导思想：将数字量按权展开相加，即得到与数字量成正比的模拟量。n 位 D/A 转换器方框图 D/A 转换器的种类很多,主要有：权电阻网络 DAC、T 形电阻网络 DAC 倒 T 形电阻网络 DAC、权电流 DAC。二、权电阻网络 D/A 转换器 1电路组成：由参考电源、权电阻网络、模拟开关和求和放大器四部分组成。R 2R 4R 8R RF I1 I0 I2 I3 I iF I S3 S0 S1 S2 D0 D3 D2 D1 +UREF uo +2.工作原理 板书 理解 理论课讨论课实践课习题课其他课时安排教学单元教学章节或主题第七模块转换电路概述转换器目的要求分了解熟悉掌握三个层次掌握和的定义及应用了解的分类及主要参数了解权电阻网络及倒形电阻网络的结构和基本原理了解集器为例讲清转换的基本原理和输出电压的定量计其它各种转换器一般性了解简介一下即可课时分配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布置作业时间分配分教具及教学手段如举例讲解多媒体讲解模型讲解实物换器实现转转的原理是什么倒型和电阻网络型转换器有哪些异同转换器的位数有什么意义它与分辨率转换精度有什么关系作业课堂讨论课后分析与小结转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出转换器根学习必备 欢迎下载 不论模拟开关接到运算放大器的反相输入端（虚地）还是接到地，也就是不论输入数字信号是 1 还是 0，各支路的电流是不变的。RUIRUIRUIRUIREFREFREFREF3210 2 4 8 流入运算放大器的总电流 I 输出电压 uo)2222(2248001122333321033221100DDDDRUDRUDRUDRUDRUDIDIDIDIIREFREFREFREFREF 设 RF=R/2 )2222(22001122334oDDDDUIRiRuREFFF 三、倒 T 形电阻网络 D/A 转换器 1电路组成：电路由解码网络、模拟开关、求和放大器和基准电源组成。S3S1双向模拟开关 D1 时接运放 D0 时接地 A 求和集成运算放大器 UREF基准参考电压 R2R倒 T 形电阻解码网络 2.工作原理 由于集成运算放大器的电流求和点为虚地，所以每个 2R电阻的上端都相当于接地，从网络的 A、B、C点分别向右看的对地电阻都是 R。因此流过四个 2R 电阻的电流分别为 I/2、I/4、I/8、I/16。电流是流入地，还是流入运算放大器，由输入的数字量 Di通过控制电子开关 Si来决定。故流入运算放大器的总电流为：0123D16ID8ID4ID2II 由于从UREF向网络看进去的等效电阻是 R，因此从 UREF流出的电流为：RIREFU 各支路电流为：RUIIRUIIRUIIRUIIREFREFREFREF16161 881441 2210123 故：板书分析 学生讨论 学生讨论 与权电阻网络D/A 转换器对比分析 理论课讨论课实践课习题课其他课时安排教学单元教学章节或主题第七模块转换电路概述转换器目的要求分了解熟悉掌握三个层次掌握和的定义及应用了解的分类及主要参数了解权电阻网络及倒形电阻网络的结构和基本原理了解集器为例讲清转换的基本原理和输出电压的定量计其它各种转换器一般性了解简介一下即可课时分配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布置作业时间分配分教具及教学手段如举例讲解多媒体讲解模型讲解实物换器实现转转的原理是什么倒型和电阻网络型转换器有哪些异同转换器的位数有什么意义它与分辨率转换精度有什么关系作业课堂讨论课后分析与小结转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出转换器根学习必备 欢迎下载)2222(2)214181161(001122334321033221100DDDDRURUDDDDDIDIDIDIIREFREF 因此输出电压可表示为：)2222(2001122334DDDDRRURIRiuFREFFFFo 对于 n 位的倒 T 形电阻网络DAC，则 )2222(2001122114DDDDRRUunnnnFREFo 由此可见，输出模拟电压 uO 与输入数字量 D 成正比，实现了数模转换。电路特点：（1）解码网络仅有 R 和 2R 两种规格的电阻，这对于集成工艺是相当有利的；（2）这种倒 T 形电阻网络各支路的电流是直接加到运算放大器的输入端，它们之间不存在传输上的时间差，故该电路具有较高的工作速度。因此，这种形式的 DAC 目前被广泛的采用。四、DAC 的主要技术参数 1.分辨率 分辨率是指输出电压的最小变化量与满量程输出电压之比。输出电压的最小变化量就是对应于输入数字量最低位为 1，其余各位均为 0 时的输出电压。满量程输出电压就是对应于输入数字量全部为 1 时的输出电压。对于 n 位 D/A 转换器，分辨率可表示为：分辨率 121n 位数越多，能够分辨的最小输出电压变化量就越小，分辨率就越高。也可用位数n 来表示分辨率。2.转换速度 D/A 转换器从输入数字量到转换成稳定的模拟输出电压所需要的时间称为转换速度。不同的 DAC 其转换速度也是不相同的，一般约在几微秒到几十微秒的范围内。3.转换精度 转换精度是指电路实际输出的模拟电压值和理论输出的模拟电压值之差。通常用最大误差与满量程输出电压之比的百分数表示。通常要求 D/A 转换器的误差小于ULSB/2。例如，某 D/A 转换器满量程输出电压为 10V，如果误差为 1%，就意味着输出电压的最大误差为0.1V。百分数越小，精度越高。转换精度是一个综合指标，包括零点误差、增益误差等，它不仅与 D/A 转换器中元件参数的精度有关，而且还与环境温度、集成运放的温度漂移以及 D/A 转换器的位数有关。板书 板书 理论课讨论课实践课习题课其他课时安排教学单元教学章节或主题第七模块转换电路概述转换器目的要求分了解熟悉掌握三个层次掌握和的定义及应用了解的分类及主要参数了解权电阻网络及倒形电阻网络的结构和基本原理了解集器为例讲清转换的基本原理和输出电压的定量计其它各种转换器一般性了解简介一下即可课时分配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布置作业时间分配分教具及教学手段如举例讲解多媒体讲解模型讲解实物换器实现转转的原理是什么倒型和电阻网络型转换器有哪些异同转换器的位数有什么意义它与分辨率转换精度有什么关系作业课堂讨论课后分析与小结转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出转换器根学习必备 欢迎下载 五、集成 D/A 转换器及其应用 常用的集成 DAC 有 AD7520、DAC0832、DAC0808、DAC1230、MC1408 等，这里仅对 AD7520 作简要介绍。1.D/A 转换器 AD7520 AD7520 是 10 位的 D/A 转换集成芯片，与微处理器完全兼容。该芯片以接口简单、转换控制容易、通用性好、性能价格比高等特点得到广泛的应用。该芯片只含倒 T 形电阻网络、电流开关和反馈电阻，不含运算放大器，输出端为电流输出。具体使用时需要外接集成运算放大器和基准电压源。D0D9：数据输入端 IOUT1：电流输出端 1 IOUT2：电流输出端 2 Rf：10K反馈电阻引出端 Vcc：电源输入端 UREF：基准电压输入端 GND：地。AD7520 的主要性能参数如下：分辨率：10 位 线性误差：(1/2)LSB（LSB 表示输入数字量最低位），若用输出电压满刻度范围FSR 的百分数表示则为 0.05%FSR。转换速度：500ns 温度系数：0.001%/2.应用举例（组成锯齿波发生器）10 位二进制加法计数器从全“0”加到全“1”，电路的模拟输出电压 uo 由 0V 增加到最大值。如果计数脉冲不断，则可在电路的输出端得到周期性的锯齿波。AD7520 组成的锯齿波发生器 师生互动，学生参与分析讨论 用 EWB 仿真 理论课讨论课实践课习题课其他课时安排教学单元教学章节或主题第七模块转换电路概述转换器目的要求分了解熟悉掌握三个层次掌握和的定义及应用了解的分类及主要参数了解权电阻网络及倒形电阻网络的结构和基本原理了解集器为例讲清转换的基本原理和输出电压的定量计其它各种转换器一般性了解简介一下即可课时分配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布置作业时间分配分教具及教学手段如举例讲解多媒体讲解模型讲解实物换器实现转转的原理是什么倒型和电阻网络型转换器有哪些异同转换器的位数有什么意义它与分辨率转换精度有什么关系作业课堂讨论课后分析与小结转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出转换器根学习必备 欢迎下载 本次课小结 D/A 转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出。D/A转换器根据工作原理基本上可分为二进制权电阻网络 D/A 转换器和 T 型电阻网络D/A 转换器两大类。由于 T 型电阻网络 D/A 转换器只要求两种阻值的电阻，因此最适合于集成工艺，集成 D/A 转换器普遍采用这种电路结构。)2222(200112211oDDDDUunnnnnREF 作业：作业：P206 T7-1、7-2（课堂讨论）下次课预习内容 1 A/D 转换包括哪些过程？2 什么是采样定理？具有什么意义？3 什么是量化单位和量化误差？减小量化误差可以从哪些方面考虑？4 逐次逼近型 A/D 转换器的工作原理是什么？它有哪些优点？5 A/D 转换器的分辨率和相对精度与什么有关？理论课讨论课实践课习题课其他课时安排教学单元教学章节或主题第七模块转换电路概述转换器目的要求分了解熟悉掌握三个层次掌握和的定义及应用了解的分类及主要参数了解权电阻网络及倒形电阻网络的结构和基本原理了解集器为例讲清转换的基本原理和输出电压的定量计其它各种转换器一般性了解简介一下即可课时分配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布置作业时间分配分教具及教学手段如举例讲解多媒体讲解模型讲解实物换器实现转转的原理是什么倒型和电阻网络型转换器有哪些异同转换器的位数有什么意义它与分辨率转换精度有什么关系作业课堂讨论课后分析与小结转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出转换器根学习必备 欢迎下载 第 页 理论课讨论课实践课习题课其他课时安排教学单元教学章节或主题第七模块转换电路概述转换器目的要求分了解熟悉掌握三个层次掌握和的定义及应用了解的分类及主要参数了解权电阻网络及倒形电阻网络的结构和基本原理了解集器为例讲清转换的基本原理和输出电压的定量计其它各种转换器一般性了解简介一下即可课时分配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布置作业时间分配分教具及教学手段如举例讲解多媒体讲解模型讲解实物换器实现转转的原理是什么倒型和电阻网络型转换器有哪些异同转换器的位数有什么意义它与分辨率转换精度有什么关系作业课堂讨论课后分析与小结转换器的功能是将输入的二进制数字信号转换成相对应的模拟信号输出转换器根