第11章数据的存储采集与转换000001
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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。
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。
11.1.1 只读存储器ROM
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=2n×M
11.1.1.2 ROM的工作原理
W0～W3四条字线表达式为
W0 A1 A0
W2 A1 A0
W1 A1 A0
W3 A1 A0
输出D3D2D1D0与地址译码器输出 端字线W0～W3的逻辑关系为
11.3 数模转换电路
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。
传感器
模
数
拟 ADC 字
模拟控制
信
信
号 DAC 号
数字计算机 数字控制
将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换器 (简称A/D转换器或ADC)；
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)
11.3.2 倒T形电阻网络D/A转换 器
RF
LSB d0
d1
d2 MSB d3
R
R
RA
I∞
Σ
－
2R I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
+ +
uo
S0
S1
S2
S3
1
01
01
01
0
UR
RF
LSB d0
d1
d2 MSB d3
R
R
RA
I∞
Σ
－
2R I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
+ +
uo
S0
S1
S2
S3
1
01
01
01
0
UR
RF
R
R
R
2R
I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
∞ －
+ +
uo
UR
UR
UR
UR
RF
R
R
R
2R
I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
∞ －
+ +
uo
UR
UR
UR
UR
RF
IΣ
∞
－
Βιβλιοθήκη Baidu
R U
+ +
uo
U UR UR UR UR
2 4 8 16
一次编程只读存储器PROM 结构示意图
11.1.2 随机存取存储器(RAM)
11.1.2.1 RAM的基本结构和工作原理
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。
U UR UR UR UR 2 4 8 16
总电流
I
U R
U R（1 R2
1 22
1 23
1 24
）
UR（d3 d2 d1 d0 ）
RF
R 2 22 23 24
IΣ
∞
输出电压 uo I RF
－
+
u
R
+
U R RF（d3 R2
d2 22
d1 23
d0 24
）U
URR2R4F（23 d3 22 d2 21d1 20 d0）
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4K×4位的RAM
*11.2 采样和保持电路
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，
例11-1 用简化的ROM存储矩阵设计全加器。
解： 首先列出真值表
逻辑函数表达式
Si Ai BiCi 1 Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1 Ai BiCi 1
Ci Ai BiCi 1 Ai BiCi 1 Ai Bi Ci 1 Ai BiCi 1
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。
当RF=R时,上式可表示为 uo U24R（23 d3 22 d2 21d1 20 d0）
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
uo U2nR（2n1dn1 2n2 dn2 2n3 dn3 ....20 d0）
uo
U（R
1 2
dn1
1 4
dn2
1 8
d
n3
D0 W3
D1 W0 W1 W2
D2 W1 W2 W3 D3 W1 W2
把W0～W3与输入地址码A1A0关系代入有
D3 A1A0 A1A0
D1 A1A0 A1A0
D2 A1A0 A1A0 A1A0
A1 A0
D0 A1 A0
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。
2．地址译码 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。
存储容量 = 字数（word） 位数（bit）
3．读/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
11.3.1 D/A转换器的基本原理
一个n位二进制数可表示为 D dn 1dn 2 d1d0
其最高位到最低的权依此为 2n 1, 2n 2 , 21, 20
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。
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
*11.1半导体存储器
半导体存储器分类：
按功能
顺序存取存储器（sAM） 只读存储器（ROM） 随机存取存储器（RAM）
按元件
双极型存储器:速度快，功耗大。 MOS型存储器：速度较慢， 功耗小，集成度高。
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1024×4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
....21n
d0）
例 设 UR 10V ，试分别求出二进制数1010和 1111相对应的模拟输出量。
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。
11.1.1 只读存储器ROM
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=2n×M
11.1.1.2 ROM的工作原理
W0～W3四条字线表达式为
W0 A1 A0
W2 A1 A0
W1 A1 A0
W3 A1 A0
输出D3D2D1D0与地址译码器输出 端字线W0～W3的逻辑关系为
11.3 数模转换电路
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。
传感器
模
数
拟 ADC 字
模拟控制
信
信
号 DAC 号
数字计算机 数字控制
将模拟量转换为数字量的装置称为模数转换器 (简称A/D转换器或ADC)；
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)
11.3.2 倒T形电阻网络D/A转换 器
RF
LSB d0
d1
d2 MSB d3
R
R
RA
I∞
Σ
－
2R I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
+ +
uo
S0
S1
S2
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1
01
01
01
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RF
LSB d0
d1
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2R I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
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R
R
R
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I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
∞ －
+ +
uo
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I0 2R I1 2R I2 2R I3 2R
∞ －
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uo
UR
UR
UR
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IΣ
∞
－
Βιβλιοθήκη Baidu
R U
+ +
uo
U UR UR UR UR
2 4 8 16
一次编程只读存储器PROM 结构示意图
11.1.2 随机存取存储器(RAM)
11.1.2.1 RAM的基本结构和工作原理
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。
U UR UR UR UR 2 4 8 16
总电流
I
U R
U R（1 R2
1 22
1 23
1 24
）
UR（d3 d2 d1 d0 ）
RF
R 2 22 23 24
IΣ
∞
输出电压 uo I RF
－
+
u
R
+
U R RF（d3 R2
d2 22
d1 23
d0 24
）U
URR2R4F（23 d3 22 d2 21d1 20 d0）
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4K×4位的RAM
*11.2 采样和保持电路
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，
例11-1 用简化的ROM存储矩阵设计全加器。
解： 首先列出真值表
逻辑函数表达式
Si Ai BiCi 1 Ai Bi Ci 1 Ai Bi Ci 1 Ai BiCi 1
Ci Ai BiCi 1 Ai BiCi 1 Ai Bi Ci 1 Ai BiCi 1
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。
当RF=R时,上式可表示为 uo U24R（23 d3 22 d2 21d1 20 d0）
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
uo U2nR（2n1dn1 2n2 dn2 2n3 dn3 ....20 d0）
uo
U（R
1 2
dn1
1 4
dn2
1 8
d
n3
D0 W3
D1 W0 W1 W2
D2 W1 W2 W3 D3 W1 W2
把W0～W3与输入地址码A1A0关系代入有
D3 A1A0 A1A0
D1 A1A0 A1A0
D2 A1A0 A1A0 A1A0
A1 A0
D0 A1 A0
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。
2．地址译码 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。
存储容量 = 字数（word） 位数（bit）
3．读/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
11.3.1 D/A转换器的基本原理
一个n位二进制数可表示为 D dn 1dn 2 d1d0
其最高位到最低的权依此为 2n 1, 2n 2 , 21, 20
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。
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
*11.1半导体存储器
半导体存储器分类：
按功能
顺序存取存储器（sAM） 只读存储器（ROM） 随机存取存储器（RAM）
按元件
双极型存储器:速度快，功耗大。 MOS型存储器：速度较慢， 功耗小，集成度高。
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1024×4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
....21n
d0）
例 设 UR 10V ，试分别求出二进制数1010和 1111相对应的模拟输出量。