2022年數(shù)字電子技術(shù)課程教案

1、學(xué)習(xí)必備歡迎下載數(shù)字電子技術(shù) 課程教案編制日期： 20xx 年 5 月 30 日授課時(shí)間第十四 周 星期 二第 6、7 節(jié)（ 20xx年 6 月 5 日）課次19授課方式（請(qǐng)打）理論課爭(zhēng)論課實(shí)踐課習(xí)題課其他課時(shí)2支配教學(xué)單元（教學(xué)章、節(jié)或主題） ：第七模塊轉(zhuǎn)換電路71 概述72d/a 轉(zhuǎn)換器目的、要求（分明白、熟識(shí)、把握三個(gè)層次）：1. 把握 dac和 adc的定義及應(yīng)用；2. 明白 dac的分類及主要參數(shù)；明白權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)及r 2r 倒 t 形電阻網(wǎng)絡(luò) dac的結(jié)構(gòu)和基本原理；明白集成 d/a 轉(zhuǎn)換器 cda7520及應(yīng)用；學(xué)問(wèn)要點(diǎn)：1 dac的基本原理；2 2r 2r 倒 t 形電阻網(wǎng)絡(luò)電阻

2、實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換；技能要點(diǎn)：以倒 t 型電阻網(wǎng)絡(luò)d/a 轉(zhuǎn)換器為例，講清d/a轉(zhuǎn)換的基本原理和輸出電壓的定量運(yùn)算，其它各種d/a 轉(zhuǎn)換器一般性明白簡(jiǎn)介一下即可課時(shí)安排：課堂教學(xué)環(huán)節(jié)課堂組織課堂爭(zhēng)論復(fù)習(xí)（提問(wèn)）新課講解鞏固新課布置作業(yè)時(shí)間安排（分）530575105教具及教學(xué)手段： （如：舉例講解、多媒體講解、模型講解、實(shí)物講解、掛圖講解、音像講解等）講授法、演示法，多媒體課件講授、舉例講解協(xié)作板書；用ewb演示 d/a 的應(yīng)用；作業(yè)和摸索題：1. 電阻網(wǎng)絡(luò) d/a 轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn) d/a 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)的原理是什么？2. 倒 t 型和電阻網(wǎng)絡(luò)型 d/a 轉(zhuǎn)換器有哪些異同？3. d/a 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有

3、什么意義？它與辨論率、轉(zhuǎn)換精度有什么關(guān)系？作業(yè)： p206 t7-1、7-2（課堂爭(zhēng)論）課后分析與小結(jié)：d/a 轉(zhuǎn)換器的功能是將輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)輸出；d/a 轉(zhuǎn)換器依據(jù)工作原理基本上可分為二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)d/a轉(zhuǎn)換器和 t 型電阻網(wǎng)絡(luò)d/a 轉(zhuǎn)換器兩大類；由于t 型電阻網(wǎng)絡(luò)10d/a 轉(zhuǎn)換器只要求兩種阻值的電阻，因此最適合于集成工藝，集成d/a 轉(zhuǎn)換器普遍采納這種電路結(jié)構(gòu)；uu refo2ndn 12 n 1dn 22 n 2d21d20 教 學(xué) 內(nèi) 容（含時(shí)間安排）板書或旁注復(fù)習(xí)提問(wèn)1. 555 定時(shí)器的規(guī)律功能是什么？2. 555 定時(shí)器為何能實(shí)現(xiàn)脈沖波形？3.

4、電容在脈沖電路中扮演怎樣的角色？7.1 概述一、模擬量溫度、濕度、壓力、流量、速度為模擬量等；二、數(shù) / 模轉(zhuǎn)換從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱為模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換（簡(jiǎn)稱 a/d 轉(zhuǎn)換），實(shí)現(xiàn)模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換的電路叫做 a/d 轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱 adc）；三、模 / 數(shù)轉(zhuǎn)換從數(shù)字信號(hào)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換稱為數(shù)/ 模轉(zhuǎn)換（簡(jiǎn)稱 d/a 轉(zhuǎn)換），實(shí)現(xiàn)數(shù) / 模轉(zhuǎn)換的電路稱為 d/a 轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱 dac）；四、典型數(shù)字掌握系統(tǒng)樹模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器是模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)的接口電路，它在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中的作用如圖所示：在用運(yùn)算機(jī)處理模擬量之前，必需把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量， 才能由運(yùn)算機(jī)處理； 而運(yùn)算機(jī)處理后的數(shù)字量也必需仍原

5、成相應(yīng)的模擬量， 才能實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬系統(tǒng)的掌握；因此，數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)字電子技術(shù)中的重要組成部分；7.2 2d/a 轉(zhuǎn)換器一、 d/a 轉(zhuǎn)換基本原理與轉(zhuǎn)換特性數(shù) /模轉(zhuǎn)換就是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與它成正比的模擬量；數(shù)字量：d 3d2d 1d0 2 d 3×23 d2×22 d1×21 d 0×20101101 2 1 ×23 1×22 0×21 1×2010數(shù)字量：×2d 3d2d 1d0 2 d 3×23 d2×22 d1×21 d 0×2010板書引導(dǎo)爭(zhēng)論110

6、1 2 13 1×22 0×21 1×20 10即：轉(zhuǎn)換原理將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換；d 0d 1輸入d nd/au o 或 i o輸出uok udn 12 n 1dn 22 n 2d21d20 10轉(zhuǎn)換特性u(píng)ov7654321d0000001010011100101 110111d/a轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，是指其輸出模擬量和輸入數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系；圖示是輸入為 3 位二進(jìn)制數(shù)時(shí)的 d/a 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性；抱負(fù)的d/a 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，應(yīng)

7、是輸出模擬量與輸入數(shù)字量成正比； 即：輸出模擬電壓uo=k u×d 或輸出模擬電流 i o=k i×d；其中 ku 或 k i 為電壓或電流轉(zhuǎn)換比例系數(shù)， d為輸入二進(jìn)制數(shù)所代表的十進(jìn)制數(shù)；假如輸入為n 位二進(jìn)制數(shù)dn-1dn -2 d 1d0，就輸出模擬電壓為：uoku dn 12n 1dn 22 n 2d21d20 板書10組成 d/a 轉(zhuǎn)換器的基本指導(dǎo)思想：將數(shù)字量按權(quán)綻開相加，即得到與數(shù)字量成正比的模擬量；n 位 d/a 轉(zhuǎn)換器方框圖d/a 轉(zhuǎn)換器的種類許多,主要有：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) dac 、t 形電阻網(wǎng)絡(luò) dac 倒 t 形電阻網(wǎng)絡(luò) dac 、權(quán)電流 dac ；二、權(quán)

8、電阻網(wǎng)絡(luò) d/a 轉(zhuǎn)換器1. 電路組成：由參考電源、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)和求和放大器四部分組成；+u refii 3i 2i 1i 0r2r4r8rs3s2s1s0i frfiuo+d 3d 2d 1d0懂得2. 工作原理不論模擬開關(guān)接到運(yùn)算放大器的反相輸入端（虛地）仍是接到地，也就是不論輸入數(shù)字信號(hào)是 1 仍是 0，各支路的電流是不變的；板書分析iu ref0u refi1u refi2u refi38 r1流入運(yùn)算放大器的總電流i 4 r2rii 0 d0i 1d1i 2 d2ri 3 d323同學(xué)爭(zhēng)論0u ref d 8ru ref d 4ru ref d 2ru ref d r輸出電壓

9、 uo3210設(shè) r f=r/2u ref23 r d3 23d2 221d1 20d0 2 ruorf i fi 2u ref24 d 3 2d22d21d20 三、倒 t 形電阻網(wǎng)絡(luò)d/a 轉(zhuǎn)換器1. 電路組成：電路由解碼網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、求和放大器和基準(zhǔn)電源組成； s3s1 雙向模擬開關(guān)d 1 時(shí)接運(yùn)放d 0 時(shí)接地 a 求和集成運(yùn)算放大器 u ref 基準(zhǔn)參考電壓 r 2r 倒 t 形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)2. 工作原理由于集成運(yùn)算放大器的電流求和點(diǎn) 為虛地，所以每個(gè)2r 電阻的上端都相當(dāng)于接地，從網(wǎng)絡(luò)的 a、b、c 點(diǎn)分別向右看的對(duì)地電阻都是r；因此流過(guò)四個(gè) 2r 電阻的電流分別為i/2 、i/

10、4 、i/8 、i/16 ；電流是流入地，仍是流入運(yùn)算放大器，由輸入的數(shù)字量d i 通過(guò)掌握電子開關(guān)si 來(lái)打算；故流入運(yùn)算放大器的總電流為：同學(xué)爭(zhēng)論與 權(quán) 電 阻 網(wǎng) 絡(luò)d/a轉(zhuǎn) 換 器 對(duì)ii d 32i d 2i d 148i d 016比分析各支路電流為：由于從 u ref 向網(wǎng)絡(luò)看進(jìn)去的等效電阻是r ，因此從 uref流出的電流為：1 u refii32 2r1u ref1u refii244 r1u refu refiri1i88ri 0i1616 r故：ii 0 d0i 1d1i 2 d2i 3d30 1 d161 d1 d1232841 d u ref3102 ru ref24

11、 r因此輸出電壓可表示為：d3 2d22d21d20 3uoi f rfi rfu ref rf 24 r d3 2d 22d 21d 20 板書210n 1對(duì)于 n 位的倒 t 形電阻網(wǎng)絡(luò) dac ，就uu ref rfo24 rdn 1n2dn 2 2d 21d 20 210由此可見，輸出模擬電壓uo 與輸入數(shù)字量 d 成正比，實(shí)現(xiàn)了數(shù)模轉(zhuǎn)換；電路特點(diǎn)：（ 1）解碼網(wǎng)絡(luò)僅有 r 和 2r 兩種規(guī)格的電阻，這對(duì)于集成工藝是相當(dāng)有利的；（ 2）這種倒 t 形電阻網(wǎng)絡(luò)各支路的電流是直接加到運(yùn)算放大器的輸入端，它們之間不存在傳輸上的時(shí)間差，故該電路具有較高的工作速度；因此，這種形式的dac 目前被

12、廣泛的采納；四、 dac 的主要技術(shù)參數(shù)1. 辨論率辨論率是指輸出電壓的最小變化量與滿量程輸出電壓之比；輸出電壓的最小變化量就是對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量最低位為1，其余各位均為0 時(shí)的板書輸出電壓；滿量程輸出電壓就是對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量全部為1 時(shí)的輸出電壓；對(duì)于 n 位 d/a 轉(zhuǎn)換器，辨論率可表示為：1辨論率2 n1位數(shù)越多， 能夠辨論的最小輸出電壓變化量就越小，辨論率就越高； 也可用位數(shù)n 來(lái)表示辨論率；2. 轉(zhuǎn)換速度d/a轉(zhuǎn)換器從輸入數(shù)字量到轉(zhuǎn)換成穩(wěn)固的模擬輸出電壓所需要的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換速度；不同的 dac 其轉(zhuǎn)換速度也是不相同的，一般約在幾微秒到幾十微秒的范疇內(nèi)；3. 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度是指電路實(shí)際

13、輸出的模擬電壓值和理論輸出的模擬電壓值之差；通常用最大誤差與滿量程輸出電壓之比的百分?jǐn)?shù)表示；通常要求d/a轉(zhuǎn)換器的誤差小于 u lsb/2；例如，某 d/a 轉(zhuǎn)換器滿量程輸出電壓為 10v ，假如誤差為 1% ， 就意味著輸出電壓的最大誤差為 ± 0.1v ；百分?jǐn)?shù)越小，精度越高；轉(zhuǎn)換精度是一個(gè)綜合指標(biāo)，包括零點(diǎn)誤差、增益誤差等，它不僅與 d/a 轉(zhuǎn)換器中元件參數(shù)的精度有關(guān)，而且仍與環(huán)境溫度、集成運(yùn)放的溫度漂移以及 d/a 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)；五、集成 d/a 轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用常用的集成 dac 有 ad7520 、dac0832 、dac0808 、dac1230 、mc1408 等，

14、這里僅對(duì) ad7520 作簡(jiǎn)要介紹；1. d/a 轉(zhuǎn)換器 ad7520ad7520 是 10 位的 d/a 轉(zhuǎn)換集成芯片，與微處理器完全兼容；該芯片以接口簡(jiǎn)潔、轉(zhuǎn)換掌握簡(jiǎn)潔、通用性好、性能價(jià)格比高等特點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用；該芯片只含倒t 形電阻網(wǎng)絡(luò)、電流開關(guān)和反饋電 阻，不含運(yùn)算放大器，輸 出端為電流輸出；詳細(xì)使用時(shí)需要外接集成運(yùn)算放大器和基準(zhǔn)電壓源；d0 d 9：數(shù)據(jù)輸入端iout1 ：電流輸出端 1iout2 ：電流輸出端 2rf： 10k 反饋電阻引出端vcc ：電源輸入端uref ：基準(zhǔn)電壓輸入端gnd ：地；ad7520 的主要性能參數(shù)如下： 辨論率： 10 位線性誤差：± 1

15、/2lsb （ lsb 表示輸入數(shù)字量最低位） ，如用輸出電壓滿刻度范疇fsr 的百分?jǐn)?shù)表示就為0.05%fsr ；轉(zhuǎn)換速度： 500ns溫度系數(shù)： 0.001%/ 2. 應(yīng)用舉例 （組成鋸齒波發(fā)生器）師生互動(dòng)， 同學(xué)參加分析爭(zhēng)論用 ewb 仿真10 位二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器從全 “0”加到全“1”，電路的模擬輸出電壓 uo 由 0v 增加到最大值；假如計(jì)數(shù)脈沖不斷，就可在電路的輸出端得到周期性的鋸齒波；ad7520 組成的鋸齒波發(fā)生器本次課小結(jié)d/a 轉(zhuǎn)換器的功能是將輸入的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的模擬信號(hào)輸出；d/a 轉(zhuǎn)換器依據(jù)工作原理基本上可分為二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)d/a轉(zhuǎn)換器和 t 型電阻網(wǎng)絡(luò)d/a 轉(zhuǎn)換器兩大類；由于t 型電阻網(wǎng)絡(luò)d/a