《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》全套課件（完整版）

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1、數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 基 礎(chǔ) 第 1章 1.1 模 擬 信 號(hào) 與 數(shù) 字 信 號(hào)1.1.1 模 擬 信 號(hào) 與 數(shù) 字 信 號(hào) 的 概 念 模 擬 （ analog） 信 號(hào) 信 號(hào) 的 幅 度 量 值 隨 著 時(shí) 間 的 延 續(xù)（ 變 化 ） 而 發(fā) 生 連 續(xù) 變 化 。 用 以 傳 遞 、 加 工 和 處 理 模 擬 信 號(hào) 的 電 子 電 路 被 稱 為 模 擬 電 路 。數(shù) 字 （ digital） 信 號(hào) 信 號(hào) 的 幅 度 量 值 隨 著 時(shí) 間 的 延 續(xù) （ 變 化 ）而 發(fā) 生 不 連 續(xù) 的 ， 具 有 離 散 特 性 變 化 用 于 處 理 數(shù) 字 信 號(hào) 的 電

2、路 ， 如 傳 送 、 存 儲(chǔ) 、 變 換 、 算 術(shù) 運(yùn) 算和 邏 輯 運(yùn) 算 等 的 電 路 稱 為 數(shù) 字 電 路 。 1.1.2 數(shù) 字 電 路 與 模 擬 電 路 的 區(qū) 別 電 路 類 型 數(shù) 字 電 路 模 擬 電 路 研 究 內(nèi) 容 輸 入 信 號(hào) 與 輸 出 信 號(hào) 間 的 邏 輯 關(guān) 系 如 何 不 失 真 地 進(jìn) 行 信 號(hào) 的 處 理 信 號(hào) 的 特 征 時(shí) 間 上 離 散 ， 但 在 數(shù) 值 上 是 單 位 量 的 整 數(shù) 倍 在 時(shí) 間 上 和 數(shù) 值 上 是 連 續(xù) 變 化 的 電 信 號(hào) 分 析 方 法 邏 輯 代 數(shù) 圖 解 法 ， 等 效 電 路 ， 分 析

3、 計(jì) 算數(shù) 值 時(shí) 間100 數(shù) 值0 時(shí) 間表 1-1 數(shù) 字 電 路 與 模 擬 電 路 的 主 要 區(qū) 別 1.1.3 數(shù) 字 電 路 的 特 點(diǎn) (1) 穩(wěn) 定 性 好 ， 抗 干 擾 能 力 強(qiáng) 。(2) 容 易 設(shè) 計(jì) ， 并 便 于 構(gòu) 成 大 規(guī) 模 集 成 電 路 。(3) 信 息 的 處 理 能 力 強(qiáng) 。(4) 精 度 高 。(5) 精 度 容 易 保 持 。(6) 便 于 存 儲(chǔ) 。(7) 數(shù) 字 電 路 設(shè) 計(jì) 的 可 編 程 性 。 (8) 功 耗 小 。 1.2 數(shù) 字 系 統(tǒng) 中 的 數(shù) 制1.2.1 十 進(jìn) 制 數(shù) 表 述 方 法 特 點(diǎn) 1.在 每 個(gè) 位

4、置 只 能 出 現(xiàn) （ 十 進(jìn) 制 數(shù) ） 十 個(gè) 數(shù) 碼 中 的 一 個(gè) 。2.低 位 到 相 鄰 高 位 的 進(jìn) 位 規(guī) 則 是 “逢 十 進(jìn) 一 ”， 故 稱 為 十 進(jìn) 制 。3.同 一 數(shù) 碼 在 不 同 的 位 置 (數(shù) 位 )表 示 的 數(shù) 值 是 不 同 的 。（ 1-1） 1.2.2 二 進(jìn) 制 數(shù) 表 述 方 法 （ 1-2）如 將 (11010.101) 2 寫 成 權(quán) 展 開 式 為 ： 1.2.2 二 進(jìn) 制 數(shù) 表 述 方 法 二 進(jìn) 制 的 加 法 規(guī) 則 是 ：0 + 0 = 0 ， 1 + 0 = 10 + 1 = 1 ， 1 + 1 = 10 二 進(jìn) 制 的

5、 減 法 規(guī) 則 是 ：0 0 = 0， 0 1 = 1（ 有 借 位 ）1 0 = 1 ， 1 1 = 0二 進(jìn) 制 的 乘 法 規(guī) 則 是 ：0 0 = 0 ， 1 0 = 00 1 = 0 ， 1 1 = 1 二 進(jìn) 制 數(shù) 除 法 ：11110 101 = 110同 樣 可 以 用 算 式 完 成 ： 1.2.3 十 六 進(jìn) 制 數(shù) 表 述 方 法 十 六 進(jìn) 制 數(shù) 采 用 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9和 A、 B、 C、 D、 E、 F十 六 個(gè) 數(shù) 碼 。10 11 12 13 14 15 （ 1-3）(7F9) 16 7 162 + F 161 +

6、9 160 1.2.4 八 進(jìn) 制 數(shù) 表 述 方 法 八 進(jìn) 制 數(shù) 的 基 數(shù) 是 8， 它 有 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7共 八 個(gè) 有 效 數(shù) 碼 。 （ 1-4） 1.3 不 同 數(shù) 制 間 的 轉(zhuǎn) 換1.3.1 十 六 進(jìn) 制 、 二 進(jìn) 制 數(shù) 與 十 進(jìn) 制 數(shù) 間 的 轉(zhuǎn) 換 從 小 數(shù) 點(diǎn) 開 始 向 左 按 四 位 分 節(jié) ， 最 高 位 和低 位 不 足 四 位 時(shí) ， 添 0補(bǔ) 足 四 位 分 節(jié) ， 然 后用 一 個(gè) 等 值 的 十 六 進(jìn) 制 數(shù) 代 換 。轉(zhuǎn) 換二 進(jìn) 制 數(shù) 十 六 進(jìn) 制 數(shù)轉(zhuǎn) 換 二 進(jìn) 制 數(shù)十 六 進(jìn) 制 數(shù) 將 每

7、個(gè) 十 六 進(jìn) 制 數(shù) 用 4位 二 進(jìn) 制 來(lái) 書 寫 ，其 最 左 側(cè) 或 最 右 側(cè) 的 可 以 省 去 。轉(zhuǎn) 換 二 進(jìn) 制 數(shù)十 進(jìn) 制 數(shù) 通 常 采 用 基 數(shù) 乘 除 法 。 轉(zhuǎn) 換二 進(jìn) 制 數(shù) 十 進(jìn) 制 數(shù) 將 對(duì) 應(yīng) 的 二 、 十 六 進(jìn) 制 數(shù) 按 各 位 權(quán) 展 開 ，并 把 各 位 值 相 加 。 1.3.1 十 六 進(jìn) 制 、 二 進(jìn) 制 數(shù) 與 十 進(jìn) 制 數(shù) 間 的 轉(zhuǎn) 換 【 例 1-1】 將 二 進(jìn) 制 數(shù) (110101 101)2轉(zhuǎn) 換 為 十 進(jìn) 制 數(shù) 。解 ： (110101 101)2 1 25 + l 24 + 0 23 + 1 22 +

8、 0 21 + l 20 + 1 2-1 + 0 2-2 + 1 2-3 32 + 16 + 0 + 4 + 0 + 1 + 0.5 + 0 + 0.125 (53 625) D【 例 1-2】 將 十 六 進(jìn) 制 數(shù) (4E5.8) H轉(zhuǎn) 換 為 十 進(jìn) 制 數(shù) 。解 ： (4E5.8) H 4 (16)2 + E (16)1 + 5 (16)0 + 8 (16)-1 4 256 + 14 16 + 5 1 + 8 (1/16) (1253.5) D 1.3.2 十 進(jìn) 制 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 為 二 進(jìn) 制 、 十 六 進(jìn) 制 數(shù)【 例 1-3】 將 (59.625)D轉(zhuǎn) 換 為 二 進(jìn) 制 數(shù)

9、。解 ：整 數(shù) 部 分2 | 59 余 數(shù)2 | 29 1 低 位2 | 14 12 | 7 0 （ 反 序 ）2 | 3 12 | 1 0 0 1 高 位 小 數(shù) 部 分0.625 整 數(shù) 21.250 1 高 位0.250 20.500 0（ 順 序 ） 21.000 1 低 位即 (59.625) D=（ 101011.101)B 1.3.2 十 進(jìn) 制 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 為 二 進(jìn) 制 、 十 六 進(jìn) 制 數(shù)【 例 1-4】 將 十 進(jìn) 制 數(shù) （ 427.34357)D轉(zhuǎn) 換 成 十 六 進(jìn) 制 數(shù) 。解 ：整 數(shù) 部 分16 | 427 余 數(shù)16 | 26 11 低 位16 | 1 1

10、0 （ 反 序 ） 0 1 高 位 小 數(shù) 部 分0.34357 整 數(shù) 165.50000 5 高 位0.50000 （ 順 序 ） 168.00000 8 低 位 即 （ 427.34357)D=（ 1AB.58)16 1.3.3 二 進(jìn) 制 數(shù) 與 十 六 進(jìn) 制 數(shù) 之 間 的 相 互 轉(zhuǎn) 換【 例 1-5】 將 二 進(jìn) 制 數(shù) （ 10110101011.100101)B轉(zhuǎn) 換 成十 六 進(jìn) 制 數(shù) 。 解 ： 因 為 10110101011.100101 = 0101 1010 1011.1001 0100 5 A B 9 4 所 以 （ 10110101011.100101)B

11、=（ 5AB.94)H 1.3.3 二 進(jìn) 制 數(shù) 與 十 六 進(jìn) 制 數(shù) 之 間 的 相 互 轉(zhuǎn) 換【 例 1-6】 將 十 六 進(jìn) 制 數(shù) （ 75E.C6)H轉(zhuǎn) 換 成 二 進(jìn) 制 數(shù) 。解 ： 將 每 位 十 六 進(jìn) 制 數(shù) 寫 成 對(duì) 應(yīng) 的 四 位 二 進(jìn) 制 數(shù) （ 75E.C6 )H =（ 0111 0101 1110. 1100 0110)B =（ 111 0101 1110. 1100 011)B 1.3.3 二 進(jìn) 制 數(shù) 與 十 六 進(jìn) 制 數(shù) 之 間 的 相 互 轉(zhuǎn) 換【 例 1-7】 將 八 進(jìn) 制 數(shù) （ 5163)O轉(zhuǎn) 換 成 二 進(jìn) 制 數(shù) 。 解 ： 將 每

12、 位 八 進(jìn) 制 數(shù) 碼 分 別 用 三 位 二 進(jìn) 制 數(shù) 表 示 ， 轉(zhuǎn) 換 過(guò) 程如 下 (5163)O = (101 001 110 011)2 = (101001110011)2 八 進(jìn) 制 轉(zhuǎn) 二 進(jìn) 制 規(guī) 則 是 ， 將 每 位 八 進(jìn) 制 數(shù) 碼 分 別 用 三 位 二 進(jìn) 制數(shù) 表 示 ， 并 在 這 個(gè) 0和 1構(gòu) 成 的 序 列 去 掉 無(wú) 用 的 前 導(dǎo) 0即 得 。 1.4 數(shù) 字 系 統(tǒng) 中 數(shù) 的 表 示 方 法 與 格 式 1.4.1 十 進(jìn) 制 編 碼 1. 8421 BCD碼 在 這 種 編 碼 方 式 中 ， 每 一 位 二 進(jìn) 制 代 碼 都 代 表

13、一 個(gè) 固 定 的 數(shù) 值 ，把 每 一 位 中 的 1所 代 表 的 十 進(jìn) 制 數(shù) 加 起 來(lái) ， 得 到 的 結(jié) 果 就 是 它 所 代 表的 十 進(jìn) 制 數(shù) 碼 。 由 于 代 碼 中 從 左 到 右 每 一 位 中 的 1分 別 表 示 8、 4、 2、1（ 權(quán) 值 ） ， 即 從 左 到 右 ， 它 的 各 位 權(quán) 值 分 別 是 8、 4、 2、 1。 所 以 把這 種 代 碼 叫 做 8421碼 。 8421 BCD碼 是 只 取 四 位 自 然 二 進(jìn) 制 代 碼 的前 10種 組 合 。 1.4.1 十 進(jìn) 制 編 碼 2. 2421碼 從 左 到 右 ， 它 的 各 位

14、權(quán) 值 分 別 是 2、 4、 2、 1。 與 每 個(gè) 代 碼 等 值的 十 進(jìn) 制 數(shù) 就 是 它 表 示 的 十 進(jìn) 制 數(shù) 。 在 2421碼 中 ， 0與 9的 代 碼 、 1與 8的 代 碼 、 2與 7的 代 碼 、 3與 6的 代 碼 、 4與 5的 代 碼 均 互 為 反 碼 。 3. 余 3碼 余 3碼 是 一 種 特 殊 的 BCD碼 ， 它 是 由 8421 BCD碼 加 3后 形 成 的 ， 所 以 叫 做 余 3碼 。 表 1-2 三 種 常 用 的 十 進(jìn) 制 編 碼十 進(jìn) 制 數(shù) 8421碼 （ BCD碼 ） 2421碼 余 3碼0 0000 0000 00111

15、 0000 0001 01002 0010 0010 01013 0011 0011 01104 0100 0100 01115 0101 1011 10006 0110 1100 10017 0111 1101 10108 1000 1110 1011 9 1001 1111 1100111110101111 111010011110 110110001101 001001111100 000101101011 000001011010不 用 的 代 碼（ 偽 碼 ） 1.4.1 十 進(jìn) 制 編 碼 4. 格 雷 碼 二 進(jìn) 制 碼 到 格 雷 碼 的 轉(zhuǎn) 換 （ 1） 格 雷 碼 的 最

16、高 位 （ 最 左 邊 ） 與 二 進(jìn) 制 碼 的 最 高 位 相 同 。（ 2） 從 左 到 右 ， 逐 一 將 二 進(jìn) 制 碼 的 兩 個(gè) 相 鄰 位 相 加 ， 作 為 格 雷 碼 的下 一 位 （ 舍 去 進(jìn) 位 ） 。（ 3） 格 雷 碼 和 二 進(jìn) 制 碼 的 位 數(shù) 始 終 相 同 。 格 雷 碼 到 二 進(jìn) 制 碼 的 轉(zhuǎn) 換（ 1） 二 進(jìn) 制 碼 的 最 高 位 （ 最 左 邊 ） 與 格 雷 碼 的 最 高 位 相 同 。（ 2） 將 產(chǎn) 生 的 每 個(gè) 二 進(jìn) 制 碼 位 加 上 下 一 相 鄰 位 置 的 格 雷 碼 位 ， 作 為 二 進(jìn) 制 碼 的 下 一 位 （

17、 舍 去 進(jìn) 位 ） 。 1.4.1 十 進(jìn) 制 編 碼 表 1-3 四 位 格 雷 碼十 進(jìn) 制 數(shù) 二 進(jìn) 制 碼 格 雷 碼 十 進(jìn) 制 數(shù) 二 進(jìn) 制 碼 格 雷 碼0 0000 0000 8 1000 11001 0001 0001 9 1001 11012 0010 0011 10 1010 11113 0011 0010 11 1011 1110 4 0100 0110 12 1100 10105 0101 0111 13 1101 10116 0110 0101 14 1110 10017 0111 0100 15 1111 1000 1.4.1 十 進(jìn) 制 編 碼 【 例 1

18、-8】 把 二 進(jìn) 制 數(shù) 1001轉(zhuǎn) 換 成 格 雷 碼 。解 ： 二 進(jìn) 制 數(shù) 到 格 雷 碼 的 轉(zhuǎn) 換 1.4.1 十 進(jìn) 制 編 碼 【 例 1-9】 把 格 雷 碼 0111轉(zhuǎn) 換 成 二 進(jìn) 制 數(shù) 。解 ： 格 雷 碼 到 二 進(jìn) 制 數(shù) 的 轉(zhuǎn) 換 1.4.2 十 進(jìn) 制 數(shù) 的 BCD碼 表 示 方 法【 例 1-10】 求 出 十 進(jìn) 制 數(shù) 972.6510的 8421 BCD碼 。解 ： 將 十 進(jìn) 制 數(shù) 的 每 一 位 轉(zhuǎn) 換 為 其 相 應(yīng) 的 4位 BCD碼 。 那 么 十 進(jìn) 制 數(shù) 972.65就 等 于 ： 8421 BCD碼 ： 1001 0111

19、0010.0110 01018421BCD， 即 972.65 10 = 100101110010.011001018421BCD 十進(jìn)制 9 7 2 . 6 5 十 進(jìn) 制 9 7 2 . 6 5 BCD 1001 0111 0010 . 0110 0101 1.4.2 十 進(jìn) 制 數(shù) 的 BCD碼 表 示 方 法【 例 1-11】 用 余 3碼 對(duì) 十 進(jìn) 制 數(shù) N = 567810進(jìn) 行 編 碼 。解 ： 首 先 對(duì) 十 進(jìn) 制 數(shù) 進(jìn) 行 8421BCD編 碼 ， 然 后 再 將 各 的 位編 碼 加 3即 可 得 到 余 3碼 。 十進(jìn)制 9 7 2 . 6 5 5 6 7 8 0

20、101 0110 0111 1000 1000 1001 1010 1011所 以 有 ： N =567810 = 1000 1001 1010 1011余 3 1.4.3 字 母 數(shù) 字 碼 【 例 1-12】 一 組 信 息 的 ASCII碼 如 下 ， 請(qǐng) 問(wèn) 這 些 信 息 是 什么 ？ 1001000 1000101 1001100 1010000解 ： 把 每 組 7位 碼 轉(zhuǎn) 換 為 等 值 的 十 六 進(jìn) 制 數(shù) ， 則 有 ： 48 45 4C 50 以 此 十 六 進(jìn) 制 數(shù) 為 依 據(jù) ， 查 表 1-4可 確 定 其 所 表 示 的 符號(hào) 為 ： H E L P 1.4

21、 數(shù) 字 系 統(tǒng) 中 數(shù) 的 表 示 方 法 與 格 式 1.4.3 字 母 數(shù) 字 碼 十進(jìn)制 9 7 2 . 6 5 位 765位 4321 表 1-4 美 國(guó) 信 息 交 換 標(biāo) 準(zhǔn) 碼 （ ASCII碼 ） 表 位 765位 4321 000 001 010 011 100 101 110 1110000 NUL DLE SP 0 P p0001 SOH DC1 ! 1 A Q a q0010 STX DC2 ” 2 B R b r0011 ETX DC3 # 3 C S c s0100 EOT DC4 $ 4 D T d t0101 ENQ NAK % 5 E U e u0110 A

22、CK SYN K k 1100 FF FS , N n 1111 SI US / ? O _ o DEL 1.4.4 碼 制 十進(jìn)制 9 7 2 . 6 5 1. 原 碼 表 示 法十 進(jìn) 制 的 +37和 -37的 原 碼 可 分 別 寫 成 ：十 進(jìn) 制 數(shù) + 37 - 37二 進(jìn) 制 原 碼 0 100101 1 100101 符 號(hào) 位 符 號(hào) 位小 數(shù) +53.625和 -53.625的 原 碼 可 分 別 寫 成 ：十 進(jìn) 制 數(shù) + 53.625 -53.625二 進(jìn) 制 原 碼 0 110101.101 1 1101010.101 符 號(hào) 位 符 號(hào) 位因 此 ， 整 數(shù) 原

23、 碼 的 定 義 為 ： 1.4.4 碼 制 2. 反 碼 表 示 法 【 例 1-13】 用 四 位 二 進(jìn) 制 數(shù) 表 示 十 進(jìn) 制 數(shù) +5和 -5的 反 碼 。解 ： 可 以 先 求 十 進(jìn) 制 數(shù) 所 對(duì) 應(yīng) 二 進(jìn) 制 數(shù) 的 原 碼 ， 再 將 原 碼 轉(zhuǎn) 換 成 反 碼 。 十 進(jìn) 制 數(shù) + 5 5 二 進(jìn) 制 原 碼 0 101 1 101 二 進(jìn) 制 反 碼 0 101 1 010 符 號(hào) 位 符 號(hào) 位 即 +5反 =0101 ， -5反 = 1010。 1.4.4 碼 制 十進(jìn)制 9 7 2 . 6 5 3. 補(bǔ) 碼 表 示 法 （ 1） 整 數(shù) 補(bǔ) 碼 的 定 義

24、 ： 【 例 1-14】 用 四 位 二 進(jìn) 制 數(shù) 表 示 +5和 -5的 補(bǔ) 碼 。解 ： 解 題 的 過(guò) 程 三 步 ： 先 求 十 進(jìn) 制 數(shù) 所 對(duì) 應(yīng) 二 進(jìn) 制 數(shù) 的 原 碼 ， 再 將 原 碼 轉(zhuǎn)換 成 反 碼 ， 然 后 將 反 碼 變 為 補(bǔ) 碼 。十 進(jìn) 制 數(shù) + 5 5二 進(jìn) 制 原 碼 0 101 1 101二 進(jìn) 制 反 碼 0 101 1 010二 進(jìn) 制 補(bǔ) 碼 0 101 1 010+1=1 011 符 號(hào) 位 符 號(hào) 位 即 +5 補(bǔ) =0101 ， -5補(bǔ) = 1011。 （ 1） 整 數(shù) 補(bǔ) 碼 的 定 義 ： 十進(jìn)制 9 7 2 . 6 5 （ 1

25、） 整 數(shù) 補(bǔ) 碼 的 定 義 ：3. 補(bǔ) 碼 表 示 法 表 1-5 四 位 有 符 號(hào) 數(shù) 的 表 示b3b2b1b0 原 碼 反 碼 補(bǔ) 碼 b3b2b1b0 原 碼 反 碼 補(bǔ) 碼0111 +7 +7 +7 1000 -0 -7 -80110 +6 +6 +6 1001 -1 -6 -70101 +5 +5 +5 1010 -2 -5 -60100 +4 +4 +4 1011 -3 -4 -50011 +3 +3 +3 1100 -4 -3 -40010 +2 +2 +2 1101 -5 -2 -30001 +1 +1 +1 1110 -6 -1 -20000 +0 +0 +0 111

26、1 -7 -0 -1 （ 1） 整 數(shù) 補(bǔ) 碼 的 定 義 ： 【 例 1-15】 求 二 進(jìn) 制 數(shù) x = +1011， y = -1011在 八 位 存 貯 器 中 的原 碼 、 反 碼 和 補(bǔ) 碼 的 表 示 形 式 。解 ： 無(wú) 論 是 原 碼 、 反 碼 和 補(bǔ) 碼 形 式 ， 八 位 存 貯 器 的 最 高 位 為 符 號(hào) 位 ， 其它 位 則 是 數(shù) 值 部 分 的 編 碼 表 示 。 在 數(shù) 值 部 分 中 ， 對(duì) 于 正 數(shù) ， 原 碼 、 反 碼和 補(bǔ) 碼 各 位 相 同 ， 而 對(duì) 于 負(fù) 數(shù) ， 反 碼 是 原 碼 的 按 位 求 反 ， 補(bǔ) 碼 則 是 原 碼的 按

27、 位 求 反 加 1。 所 以 ， 二 進(jìn) 制 數(shù) x和 y的 原 碼 、 反 碼 和 補(bǔ) 碼 分 別 表 示 如下 ： x原 碼 = 00001011， x反 碼 = 00001011， x補(bǔ) 碼 = 00001011 y原 碼 = 10001011， y反 碼 = 11110100， y補(bǔ) 碼 = 11110101 （ 1） 整 數(shù) 補(bǔ) 碼 的 定 義 ： 【 例 1-16】 求 X= 1001010的 補(bǔ) 碼 。解 ： x補(bǔ) =28+(-1001010) =10000 0000-1001010 =1011 0110。 （ 1） 整 數(shù) 補(bǔ) 碼 的 定 義 ： （ 2） 定 點(diǎn) 小 數(shù) (

28、二 進(jìn) 制 小 數(shù) )補(bǔ) 碼 的 定 義 二 進(jìn) 制 小 數(shù) 的 補(bǔ) 碼 定 義 為 【 例 1-17】 求 X1=+0.101 1011和 X2= 0.101 1011的 補(bǔ) 碼 。解 ： X1 補(bǔ) =0.101 1011 X2補(bǔ) =2+(-0.101 1011) =10-0.101 1011 =1.010 0101 1.4.5 用 補(bǔ) 碼 進(jìn) 行 二 進(jìn) 制 數(shù) 計(jì) 算 1.原 碼 運(yùn) 算 原 碼 中 的 符 號(hào) 位 不 參 加 運(yùn) 算 。同 符 號(hào) 數(shù) 相 加 作 加 法 ； 不 同 符 號(hào) 數(shù) 相 加 作 減 法 。 2.補(bǔ) 碼 運(yùn) 算 運(yùn) 算 時(shí) 符 號(hào) 位 和 數(shù) 值 一 起 參

29、加 運(yùn) 算 ， 不 單 獨(dú) 處 理 。X Y 補(bǔ) X補(bǔ) Y補(bǔ) ； X Y補(bǔ) X補(bǔ) Y補(bǔ) 。3.反 碼 運(yùn) 算 運(yùn) 算 時(shí) 符 號(hào) 位 與 數(shù) 值 一 起 參 加 運(yùn) 算 ， 如 果 符 號(hào) 位 產(chǎn) 生 了進(jìn) 位 ， 則 此 進(jìn) 位 應(yīng) 加 到 和 數(shù) 的 最 低 位 ， 稱 為 循 環(huán) 進(jìn) 位 。X Y反 X反 Y反 ；X Y反 X反 Y反 。 1.4.5 用 補(bǔ) 碼 進(jìn) 行 二 進(jìn) 制 數(shù) 計(jì) 算 【 例 1-18】 設(shè) X=+101 1101,Y=+001 1010,求 Z=X-Y。解 ： (1) 原 碼 運(yùn) 算 X原 =0101 1101 ， Y原 =0001 1010 因 為 |X|

30、|Y|,所 以 X作 被 減 數(shù) ， Y作 減 數(shù) ， 差 値 為 正 。 0 1 0 1 1 1 0 1- 0 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1即 Z原 =0100 0011, 其 真 値 為 Z=+100 0011。 1.4.5 用 補(bǔ) 碼 進(jìn) 行 二 進(jìn) 制 數(shù) 計(jì) 算 【 例 1-18】 設(shè) X=+101 1101,Y=+001 1010,求 Z=X-Y。解 ： （ 2） 反 碼 運(yùn) 算 X反 =0101 1101 ， Y反 =1110 0101 即 Z原 =0100 0011, 其 真 値 為 Z=+100 0011。 11000010 1+ 0100001

31、0(1) 10100111+ 10111010 1.4.5 用 補(bǔ) 碼 進(jìn) 行 二 進(jìn) 制 數(shù) 計(jì) 算 【 例 1-18】 設(shè) X=+101 1101,Y=+001 1010,求 Z=X-Y。解 ： （ 3） 補(bǔ) 碼 運(yùn) 算 X補(bǔ) =0101 1101 ， Y補(bǔ) =1110 0110 即 Z補(bǔ) =0100 0011, 其 真 値 為 Z=+100 0011。 舍 棄 0 1 0 1 1 1 0 1+ 1 1 1 0 0 1 1 0(1) 0 1 0 0 0 0 1 1 本 章 小 結(jié) 0和 1 02N-1 07 09， AF 二 進(jìn) 制 （ 八 進(jìn) 制 或 十 六 進(jìn) 制 ） 到 十 進(jìn) 制八

32、 進(jìn) 制 二 進(jìn) 制 二 進(jìn) 制 八 進(jìn) 制 （ 或 十 六 進(jìn) 制 ） 十 進(jìn) 制 二 進(jìn) 制 、 八 進(jìn) 制 、 十 六 進(jìn) 制 八 進(jìn) 制 十 六 進(jìn) 制 編 碼 代 碼 BCD碼 余 3碼 格 雷 碼 ASCII碼 BCD碼 原 碼 反 碼 補(bǔ) 碼 第 2章 2.1 基 本 邏 輯 門 2.1.1 邏 輯 代 數(shù) 的 三 種 基 本 運(yùn) 算 模 型 圖 2-1 與 、 或 、 非 邏 輯 說(shuō) 明 示 例 2.1 基 本 邏 輯 門 亮閉 合閉 合 滅斷 開閉 合 滅閉 合斷 開 滅斷 開斷 開 燈 Y開 關(guān) B開 關(guān) A表 2-1 與 邏 輯 功 能 表 亮閉 合閉 合 亮斷 開閉 合

33、 亮閉 合斷 開 滅斷 開斷 開 燈 Y開 關(guān) B開 關(guān) A表 2-2 或 邏 輯 功 能 表 滅閉 合 亮斷 開 燈 Y開 關(guān) A表 2-3 非 邏 輯 功 能 表 2.1.2 基 本 邏 輯 代 數(shù) 與 邏 輯 符 號(hào) 運(yùn) 算 符 號(hào) “ ” “+” 非 運(yùn) 算 符 號(hào) “ ” 1 + 1 = 111 = 1 1 + 0 = 110 = 0 0 + 1 = 101 = 0 0 + 0 = 000 = 0 非 運(yùn) 算或 運(yùn) 算與 運(yùn) 算 A + A = AAA = A A + 1 = 1A1 = A A + 0 = AA0 = 0 非 運(yùn) 算或 運(yùn) 算與 運(yùn) 算 2.1.2 基 本 邏 輯

34、代 數(shù) 與 邏 輯 符 號(hào) （ a） 矩 形 輪 廓 圖 形 符 號(hào) (b)特 定 外 型 的 圖 形 符 號(hào) DEPTH = 256 ;ADDRESS_RADIX = HEX ;DATA_RADIX = HEX ;CONTENT BEGIN 00:00 ; 01:00 ; 02:00 ; 03:00 ; 04:00 ; 05:00 ; 06:00 ; 07:00 ; 08:00 ; 09:00; 10:00 ; 11:01 ; 12:02 ; 13:03 ; 14:04 ; 15:05 ; 16:06 ; 17:07 ; 18:08 ; 19:09; 20:00 ; 21:02 ; 22:0

35、4 ; 23:06 ; 24:08 ; 25:10 ; 26:12 ; 27:14 ; 28:16 ; 29:18; 30:00 ; 31:03 ; 32:06 ; 33:09 ; 34:12 ; 35:15 ; 36:18 ; 37:21 ; 38:24 ; 39:27; 40:00 ; 41:04 ; 42:08 ; 43:12 ; 44:16 ; 45:20 ; 46:24 ; 47:28 ; 48:32 ; 49:36; 50:00 ; 51:05 ; 52:10 ; 53:15 ; 54:20 ; 55:25 ; 56:30 ; 57:35 ; 58:40 ; 59:45; 60:0

36、0 ; 61:06 ; 62:12 ; 63:18 ; 64:24 ; 65:30 ; 66:36 ; 67:42 ; 68:48 ; 69:54; 70:00 ; 71:07 ; 72:14 ; 73:21 ; 74:28 ; 75:35 ; 76:42 ; 77:49 ; 78:56 ; 79:63; 80:00 ; 81:08 ; 82:16 ; 83:24 ; 84:32 ; 85:40 ; 86:48 ; 87:56 ; 88:64 ; 89:72; 90:00 ; 91:09 ; 92:18 ; 93:27 ; 94:36 ; 95:45 ; 96:54 ; 97:63 ; 98:

37、72 ; 99:81; END ; 圖 9-24 ROM乘 法 器 時(shí) 序 仿 真 波 形 9.5.1 利 用 LPM_ROM設(shè) 計(jì) 查 表 式 硬 件 乘 法 器 圖 9-25 邏 輯 數(shù) 據(jù) 采 樣 電 路 頂 層 設(shè) 計(jì) 9.5.2 簡(jiǎn) 易 邏 輯 分 析 儀 設(shè) 計(jì) 1. 基 本 電 路 結(jié) 構(gòu) 圖 9-26 LPM RAM參 數(shù) 設(shè) 置 2. 調(diào) 入 LPM_RAM_DQ模 塊 圖 9-27 增 加 時(shí) 鐘 使 能 控 制 2. 調(diào) 入 LPM_RAM_DQ模 塊 圖 9-28 允 許 在 系 統(tǒng) 存 儲(chǔ) 器 內(nèi) 容 編 輯 器 能 對(duì) 此 RAM編 輯 2. 調(diào) 入 LPM_RAM

38、_DQ模 塊 圖 9-29 鍵 入 默 認(rèn) 參 數(shù) 3. 調(diào) 入 計(jì) 數(shù) 器 模 塊 LPM_COUNTER 4. 完 成 最 后 設(shè) 計(jì) 圖 9-30 加 入 默 認(rèn) 參 數(shù) 4. 完 成 最 后 設(shè) 計(jì) 5. 系 統(tǒng) 功 能 分 析 圖 9-31 邏 輯 數(shù) 據(jù) 采 樣 電 路 時(shí) 序 仿 真 波 形 6. 系 統(tǒng) 時(shí) 序 仿 真 9-1 查 表 式 硬 件 運(yùn) 算 器 設(shè) 計(jì)（ 1） 按 照 9.5.1節(jié) 的 流 程 ， 設(shè) 計(jì) 一 個(gè) 4X4bit查 表 式 乘 法 器 。 包 括 創(chuàng) 建 工 程 、調(diào) 用 LPM_ROM模 塊 MULT4、 在 原 理 圖 編 輯 窗 中 繪 制 電

39、 路 圖 ， 全 程 編 譯 ，對(duì) 設(shè) 計(jì) 進(jìn) 行 時(shí) 序 仿 真 ， 根 據(jù) 仿 真 波 形 說(shuō) 明 此 電 路 的 功 能 ， 引 腳 鎖 定 編 譯 ， 編程 下 載 于 FPGA中 ， 進(jìn) 行 硬 件 測(cè) 試 。 完 成 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 。（ 2） 在 以 上 實(shí) 驗(yàn) 的 基 礎(chǔ) 上 ， 增 加 一 些 電 路 （ 必 要 時(shí) 可 以 復(fù) 用 模 塊 MULT4） ，完 成 一 個(gè) 8X8bit查 表 式 乘 法 器 的 設(shè) 計(jì) 。 根 據(jù) 以 上 實(shí) 驗(yàn) 的 要 求 ， 完 成 完 整 的 實(shí)驗(yàn) 流 程 。（ 3） 利 用 查 表 完 成 算 法 的 原 理 ， 對(duì) 下 式 進(jìn) 行

40、計(jì) 算 （ 也 可 自 行 確 定 需 要 計(jì) 算 的公 式 ） ， 并 通 過(guò) 時(shí) 序 分 析 報(bào) 告 了 解 其 “ 運(yùn) 算 ” 速 度 。 計(jì) 算 精 度 和 數(shù) 據(jù) 區(qū) 域 根據(jù) 所 能 設(shè) 定 的 ROM的 大 小 自 行 決 定 。按 照 以 上 實(shí) 驗(yàn) 的 要 求 ， 完 成 完 整 的 實(shí) 驗(yàn) 流 程 。 9-2 使 用 QuartusII完 成 存 儲(chǔ) 器 設(shè) 計(jì)調(diào) 用 宏 功 能 庫(kù) megafunction功 能 完 成 圖 9-32所 示 三 種 存 儲(chǔ) 器 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) ，對(duì) 于 lpm_ram_dq和 lpm_rom建 立 存 儲(chǔ) 器 初 始 化 文 件 ， 并

41、允 許 使 用 存 儲(chǔ)器 內(nèi) 容 編 輯 器 In-System Memory Content Editor， 編 輯 修 改 存 儲(chǔ) 器中 的 內(nèi) 容 。 包 括 創(chuàng) 建 工 程 ， 在 原 理 圖 編 輯 窗 中 繪 制 電 路 圖 ， 全 程 編 譯 ， 對(duì) 設(shè)計(jì) 進(jìn) 行 時(shí) 序 仿 真 引 腳 鎖 定 編 譯 ， 編 程 下 載 于 FPGA中 ， 進(jìn) 行 硬 件 測(cè) 試 。 完 成 實(shí)驗(yàn) 報(bào) 告 。 data7.0 wren address4.0 clock q7.0 lpm_ram_dq0 inst2 8 bits x 32 words data7.0 wrreq rdreq cl

42、ock q7.0 full empty usedw4.0 lpm_fifo0 inst3 address4.0 clock q7.0 lpm_rom1 inst4圖 9-32 LPM存 儲(chǔ) 器 模 塊 9-3 利 用 LPM_ROM實(shí) 現(xiàn) 碼 型 變 換在 實(shí) 驗(yàn) 9-2基 礎(chǔ) 上 ， 實(shí) 現(xiàn) 碼 型 變 換 功 能 。 實(shí) 驗(yàn) 電 路 如 圖 9-33所 示 ， 以 計(jì) 數(shù) 器的 輸 出 作 為 存 儲(chǔ) 器 的 地 址 。 利 用 lpm_rom實(shí) 現(xiàn) 碼 型 變 換 ， 建 立 lpm_rom存 儲(chǔ) 信 息 表 初 始 化 文 件 ， 完 成 下 列 碼 型 轉(zhuǎn) 換 。 圖 9-33 用

43、LPM_ROM實(shí) 現(xiàn) 碼 型 變 換 (1) 當(dāng) 計(jì) 數(shù) 器 的 値 在 0000001001時(shí) ， 實(shí) 現(xiàn) 四 位 8421BCD碼 轉(zhuǎn) 換 為 余 3碼 ；(2) 當(dāng) 計(jì) 數(shù) 器 的 値 在 1000011001時(shí) ， 實(shí) 現(xiàn) 四 位 8421BCD碼 轉(zhuǎn) 換 為 格 雷 碼 。(3) 用 存 儲(chǔ) 器 內(nèi) 容 編 輯 器 編 輯 LPM_ROM的 內(nèi) 容 ， 實(shí) 現(xiàn) 4位 二 進(jìn) 制 碼 到 格 雷 碼 的 轉(zhuǎn) 換 。(4) 用 存 儲(chǔ) 器 內(nèi) 容 編 輯 器 調(diào) 入 新 的 LPM_ROM配 置 文 件 ， 實(shí) 現(xiàn) 4位 二 進(jìn) 制 碼 到 格 雷碼 的 轉(zhuǎn) 換 。包 括 創(chuàng) 建 工 程

44、 、 在 原 理 圖 編 輯 窗 中 繪 制 圖 E7-2電 路 、 全 程 編 譯 、 對(duì) 設(shè) 計(jì) 進(jìn) 行 時(shí) 序 仿真 、 根 據(jù) 仿 真 波 形 說(shuō) 明 此 電 路 的 功 能 、 引 腳 鎖 定 編 譯 、 編 程 下 載 于 FPGA中 ， 進(jìn) 行硬 件 測(cè) 試 。 完 成 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 。 9-4 簡(jiǎn) 易 邏 輯 分 析 儀 設(shè) 計(jì)（ 1） 按 照 9.5.2節(jié) 的 流 程 ， 設(shè) 計(jì) 一 個(gè) 8通 道 ， 深 度 為 2048的 簡(jiǎn) 易 邏 輯 分 析儀 。 包 括 創(chuàng) 建 工 程 、 調(diào) 用 LPM_RAM等 模 塊 、 在 原 理 圖 編 輯 窗 中 繪 制 電 路 圖 、

45、全 程 編 譯 、 對(duì) 設(shè) 計(jì) 進(jìn) 行 時(shí) 序 仿 真 、 根 據(jù) 仿 真 波 形 說(shuō) 明 此 電 路 的 功 能 、 引 腳 鎖定 編 譯 、 編 程 下 載 于 FPGA中 ， 進(jìn) 行 硬 件 測(cè) 試 （ 實(shí) 驗(yàn) 系 統(tǒng) 可 參 考 附 錄 2） 。 完成 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 。（ 2） 為 以 上 設(shè) 計(jì) 增 加 一 些 控 制 ， 使 之 更 加 完 善 。 例 如 增 加 一 些 邏 輯 ， 控 制 圖9-28的 WREN、 CLK_EN、 CLR等 ， 使 此 系 統(tǒng) 含 有 不 同 的 采 樣 觸 發(fā) 模 式 和觸 發(fā) 信 號(hào) 來(lái) 源 。 如 能 手 動(dòng) 方 式 或 自 動(dòng) 方 式

46、觸 發(fā) 采 樣 ， 即 每 接 收 到 一 個(gè) 脈 沖 信號(hào) （ 可 以 來(lái) 自 鍵 控 或 外 部 啟 動(dòng) 信 號(hào) ） ， 即 進(jìn) 行 一 次 采 樣 ， 或 多 次 采 樣 ， 或 連續(xù) 采 樣 （ 一 次 采 樣 深 度 必 須 是 2048 bit） ； 而 觸 發(fā) 脈 沖 的 觸 發(fā) 方 式 可 以 預(yù) 先設(shè) 定 ， 如 高 電 平 觸 發(fā) 、 低 電 平 觸 發(fā) 、 上 升 沿 觸 發(fā) 、 下 降 沿 觸 發(fā) 等 。最 后 按 照 以 上 實(shí) 驗(yàn) 的 要 求 ， 完 成 完 整 的 實(shí) 驗(yàn) 流 程 。 第 10章 D/A與 A/D轉(zhuǎn) 換 器 及 其 應(yīng) 用 10.1 概 述 傳 感

47、 器 生 產(chǎn) 過(guò) 程 A/D轉(zhuǎn) 換 器 計(jì)算機(jī)D/A轉(zhuǎn) 換 器驅(qū) 動(dòng) 器 各 種 物 理 量 電 信 號(hào) 模 擬 量 數(shù) 字 信 號(hào)數(shù) 字 信 號(hào) 模 擬 信 號(hào) 模 擬 物 理 量 圖 10-1 計(jì) 算 機(jī) 檢 測(cè) 與 控 制 系 統(tǒng) 示 意 圖 10.2 D/A轉(zhuǎn) 換 器 10.2.1 D/A轉(zhuǎn) 換 原 理 與 結(jié) 構(gòu) 1. DAC轉(zhuǎn) 換 器 的 基 本 原 理 (10-1) (10-2) 10.2.1 D/A轉(zhuǎn) 換 原 理 與 結(jié) 構(gòu) 2. DAC轉(zhuǎn) 換 器 的 組 成 模 擬 量輸 出基 準(zhǔn) 電 壓n位 數(shù) 字 量輸 入 輸 入 寄 存 器 n位 電 子 開 關(guān) 解 碼 網(wǎng) 絡(luò) 求 和

48、 電 路 圖 10-2 DAC轉(zhuǎn) 換 器 的 電 路 結(jié) 構(gòu) 框 圖 10.2.2 二 進(jìn) 制 權(quán) 電 阻 網(wǎng) 絡(luò) D/A轉(zhuǎn) 換 器 1. 電 路 結(jié) 構(gòu) 圖 10-3 二 進(jìn) 制 權(quán) 電 阻 網(wǎng) 絡(luò) D/A轉(zhuǎn) 換 器 R2R4R8RVREF I I0 I1 I2 I3S0 S1 S2 S3 AiF RFi VOd0 d1 d2 d3 2 工 作 原 理 （ 10-3） RF R/2 （ 10-4） 0 10.2.2 二 進(jìn) 制 權(quán) 電 阻 網(wǎng) 絡(luò) D/A轉(zhuǎn) 換 器 10.2.3 倒 T型 電 阻 網(wǎng) 絡(luò) D/A轉(zhuǎn) 換 器 1 電 路 結(jié) 構(gòu) 2R2R2R2RVREF A I 3 I2 I1

49、I0S0 S1 S2 S3 AiF RFi VOd3 d2 d1 d0RRR 2RI3I2I1I0B C DIREF 圖 10-4 R-2R倒 T形 電 阻 網(wǎng) 絡(luò) D/A轉(zhuǎn) 換 器 2.工 作 原 理 （ 10-5） RF R （ 10-6） 10.2.3 倒 T型 電 阻 網(wǎng) 絡(luò) D/A轉(zhuǎn) 換 器 【 例 10-1】 4位 R-2R倒 T形 電 阻 網(wǎng) 絡(luò) DAC如 圖 10-4所 示 ， 設(shè) 基 準(zhǔn)電 壓 VREF = - 8V， RF= R， 試 求 其 最 大 輸 出 電 壓 值 。解 ： 將 d3 d2 d1 d0=1111代 入 式 （ 10-6） 得 故 其 最 大 輸 出 電

50、 壓 值 為 7.5V。 10.2.4 DAC轉(zhuǎn) 換 器 的 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 1 分 辨 率 （ 10-7） 3 轉(zhuǎn) 換 速 度 2 轉(zhuǎn) 換 精 度 VLSB/2 4. 非 線 性 誤 差 5. 溫 度 系 數(shù) 10.2.5 DAC專 用 器 件 及 應(yīng) 用 舉 例 1. AD7520基 本 結(jié) 構(gòu) 與 性 能 參 數(shù) 圖 10-5 AD7520內(nèi) 部 邏 輯 結(jié) 構(gòu) 圖 圖 10-6 AD7520外 引 腳 圖 10.2.5 DAC專 用 器 件 及 應(yīng) 用 舉 例 2. AD7520應(yīng) 用 舉 例 圖 10-7 AD7520組 成 的 鋸 齒 波 發(fā) 生 器 圖 10-8輸 出 的

51、 鋸 齒 波 波 形 10.2.5 DAC專 用 器 件 及 應(yīng) 用 舉 例 3. 串 行 DAC轉(zhuǎn) 換 器 TLC5615 1234 8765DINSCLK/CSDOUT VCCOUTREFINAGND 圖 10-9串 行 D/A轉(zhuǎn) 換 器 TLC5615 10.2.6 DAC0832及 其 應(yīng) 用 圖 10-10 DAC0832的 邏 輯 符 號(hào) 和 引 腳 圖 (a) 邏 輯 符 號(hào) (b) 引 腳 圖 10.2.6 DAC0832及 其 應(yīng) 用 圖 10-11 DAC0832的 典 型 應(yīng) 用 電 路 10.3 A/D轉(zhuǎn) 換 器 10.3.1 A/D工 作 原 理 圖 10-12 采

52、樣 過(guò) 程 操 作 示 意 圖 1 采 樣 -保 持 x(t) y(t)s(t)x(t)s(t)y(t)00 t輸 入 模 擬 信 號(hào)t 取 樣 脈 沖t 取 樣 信 號(hào)采 樣 開 關(guān) 10.3.1 A/D工 作 原 理 圖 10-13 采 樣 -保 持 電 路 (a)， 及 輸 出 波 形 (b) 1 采 樣 -保 持 10.3.1 A/D工 作 原 理 圖 10-14 集 成 取 樣 -保 持 器 LE198的 電 路 原 理 圖 (a)及 符 號(hào) (b) 1 采 樣 -保 持 A A R R2 300 30k1 L Sov ov D D12 1 2 Iv vL Ch h C LF198

53、V VV 2 1 4 5 8 7 6 3 OFF + Iv vL ov （ 外 接 ） 地 （a） （b） 10.3.1 A/D工 作 原 理 為 將 模 擬 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 為 數(shù) 字 量 ， 在 用 數(shù) 字 量 表 示 取 樣 電 壓 時(shí) ， 必 須把 采 樣 -保 持 電 路 的 輸 出 電 壓 化 成 這 個(gè) 最 小 數(shù) 量 單 位 的 整 倍 數(shù) ， 這個(gè) 轉(zhuǎn) 化 過(guò) 程 就 叫 做 量 化 。 量 化 的 最 小 數(shù) 值 單 位 稱 為 量 化 單 位 ， 用 表 示 。 它 是 數(shù) 字 信 號(hào) 最 低 位 為 1， 其 它 位 為 0時(shí) 所 對(duì) 應(yīng) 的 模 擬 量 ，即 1LSB

54、。 數(shù) 字 信 號(hào) 最 低 有 效 位 中 的 1表 示 的 數(shù) 量 大 小 ， 就 等 于 。 把 量化 后 的 離 散 量 用 相 應(yīng) 的 二 進(jìn) 制 碼 表 示 ， 稱 作 編 碼 。 量 化 過(guò) 程 中 ， 采 樣 電 壓 不 一 定 能 被 整 除 ， 因 此 量 化 后 必 然存 在 誤 差 。 這 種 量 化 前 后 的 不 等 （ 誤 差 ） 稱 之 為 量 化 誤 差 ， 用 表 示 。 量 化 誤 差 是 原 理 性 誤 差 ， 只 能 用 較 多 的 二 進(jìn) 制 位 縮 小 量 化 誤差 。 量 化 級(jí) 分 得 越 多 （ n越 大 ） ， 量 化 誤 差 就 越 小 。

55、 2. 量 化 和 編 碼 10.3.2 A/D轉(zhuǎn) 換 器 工 作 原 理 圖 10-15 並 行 比 較 型 A/D轉(zhuǎn) 換 器 原 理 框 圖 1 并 行 比 較 型 A/D轉(zhuǎn) 換 器 位寄存器2n-1 優(yōu)先編碼器 Q0Q2n-2 D1D0Dn-1Q1Q2n-3C+-vI(2n-1) - /23 /2 /2 CP比 較 器 10.3.2 A/D轉(zhuǎn) 換 器 工 作 原 理 圖 10-16 逐 次 比 較 型 A/D轉(zhuǎn) 換 器 原 理 框 圖 2. 反 饋 比 較 型 A/D轉(zhuǎn) 換 器 D/A轉(zhuǎn) 換 器寄 存 器 控 制 邏 輯 Dn-1D0D1Dn-2 vAvI CPvL + vCC + -比

56、 較 器 10.3.2 A/D轉(zhuǎn) 換 器 工 作 原 理 圖 10-17 計(jì) 數(shù) 比 較 型 A/D轉(zhuǎn) 換 器 原 理 框 圖 2. 反 饋 比 較 型 A/D轉(zhuǎn) 換 器 CP D/A轉(zhuǎn) 換 器計(jì) 數(shù) 器 Dn-1D0D1Dn-2 vAvI vL + vCC+-比 較 器 10.3.2 A/D轉(zhuǎn) 換 器 工 作 原 理 對(duì) 輸 入 模 擬 電 壓 uI和 基 準(zhǔn) 電 壓 -UREF分 別 進(jìn) 行 積 分 ， 將 輸 入 電 壓平 均 值 變 換 成 與 之 成 正 比 的 時(shí) 間 間 隔 T2， 然 后 在 這 個(gè) 時(shí) 間 間 隔 里 對(duì)固 定 頻 率 的 時(shí) 鐘 脈 沖 計(jì) 數(shù) ， 計(jì) 數(shù)

57、結(jié) 果 N就 是 正 比 于 輸 入 模 擬 信 號(hào) 的數(shù) 字 量 信 號(hào) 。基 于 雙 積 分 型 A/D轉(zhuǎn) 換 方 式 有 以 下 兩 個(gè) 優(yōu) 點(diǎn) ：（ 1） 抗 干 擾 能 力 強(qiáng) 。（ 2） 具 有 良 好 的 穩(wěn) 定 性 ， 可 實(shí) 現(xiàn) 高 精 度 轉(zhuǎn) 換 。 3. 雙 積 分 型 A/D轉(zhuǎn) 換 器 10.3.3 A/D轉(zhuǎn) 換 器 的 主 要 技 術(shù) 參 數(shù) 1 分 辨 率2 轉(zhuǎn) 換 誤 差 3 轉(zhuǎn) 換 時(shí) 間 10.3.4 典 型 集 成 A/D轉(zhuǎn) 換 器 及 應(yīng) 用 基 本 原 則 ：（ 1） 根 據(jù) 檢 測(cè) 通 道 的 總 誤 差 和 分 辨 率 要 求 ， 選 取 A/D轉(zhuǎn)

58、換 精 度 和分 辨 率 。（ 2） 根 據(jù) 被 測(cè) 信 號(hào) 的 變 化 率 及 轉(zhuǎn) 換 精 度 要 求 確 定 A/D轉(zhuǎn) 換 器 的 轉(zhuǎn)換 速 率 。（ 3） 根 據(jù) 環(huán) 境 條 件 選 擇 A/D芯 片 的 環(huán) 境 參 數(shù) 。（ 4） 根 據(jù) 接 口 設(shè) 計(jì) 是 否 簡(jiǎn) 便 及 價(jià) 格 等 選 取 A/D芯 片 。 1. ADC0809的 應(yīng) 用 圖 10-18 ADC0809原 理 框 圖 Start CLK控 制 與 時(shí) 序 EOC八路模擬開關(guān) SAR開 關(guān) 樹 256R電 阻 網(wǎng) 絡(luò) 三 態(tài)緩 沖輸 出 電 源地 址 鎖 存與 譯 碼 D0：D7OE VCC GNDIN0：IN7A0

59、A1A2ALE Vref+ Vref-比 較 器 1. ADC0809的 應(yīng) 用 選 通 模 擬 通 道 IN 0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7地址 A2 0 0 0 0 1 1 1 1A1 0 0 1 1 0 0 1 1A0 0 1 0 1 0 1 0 1表 10-1 地 址 輸 入 與 模 擬 輸 入 通 道 的 選 通 關(guān) 系 圖 10-19 ADC0809工 作 時(shí) 序 地 址 鎖 存 ALE地 址時(shí) 鐘 CLK啟 動(dòng) START 1/f tawstWALE穩(wěn) 定tS tH 穩(wěn) 定比 較 器內(nèi) 部 輸 入模 擬 輸 入 1/2LSB t D輸 出 允 許 OE

60、變 換 結(jié) 束 EOC tEOC tC輸 出 D7D0 高 阻 態(tài) . .A2A1A0 數(shù) 據(jù) 1. ADC0809的 應(yīng) 用 圖 10-20 ADC0809典 型 應(yīng) 用 電 路 10.3.4 典 型 集 成 A/D轉(zhuǎn) 換 器 及 應(yīng) 用 1. ADC0809的 應(yīng) 用 【 例 10-2】 ADC0809的 輸 入 模 擬 電 壓 滿 量 程 為 5V， 當(dāng) 輸 入 電 壓為 1.96V時(shí) ， 求 對(duì) 應(yīng) 的 輸 出 數(shù) 字 量 ？解 ： 輸 入 模 擬 電 壓 與 輸 出 數(shù) 字 量 對(duì) 應(yīng) 的 十 進(jìn) 制 數(shù) 成 正 比 ： 故 輸 出 數(shù) 字 量 D 01100100。 因 此 , 1

61、0.3.4 典 型 集 成 A/D轉(zhuǎn) 換 器 及 應(yīng) 用 2. 串 行 A/D轉(zhuǎn) 換 器 圖 10-21串 行 A/D轉(zhuǎn) 換 器 MAXl87/189引 腳 圖 第 一 步 ， 啟 動(dòng) A/D轉(zhuǎn) 換 ，等 待 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 束 。第 二 步 ， 串 行 讀 出 轉(zhuǎn) 換 結(jié)果 。 10.4 簡(jiǎn) 易 正 弦 信 號(hào) 發(fā) 生 器 設(shè) 計(jì) 10.4.1 工 作 原 理 圖 10-22 正 弦 信 號(hào) 發(fā) 生 器 結(jié) 構(gòu) 框 圖 10.4.2 定 制 ROM的 初 始 化 波 形 數(shù) 據(jù) 文 件 圖 10-23 設(shè) 定 初 始 化 文 件 格 式 圖 10-24 mif數(shù) 據(jù) 表 格 10.4 簡(jiǎn) 易 正

62、 弦 信 號(hào) 發(fā) 生 器 設(shè) 計(jì) 10.4.2 定 制 ROM的 初 始 化 波 形 數(shù) 據(jù) 文 件 【 例 10-3 】 romd.mif文 件WIDTH = 8;DEPTH = 64;ADDRESS_RADIX = HEX;DATA_RADIX = HEX;CONTENT BEGIN0 : FF;1 : FE;2 : FC;3 : F9;4 : F5; （ 數(shù) 據(jù) 略 去 ）3D : FC;3E : FE;3F : FF;END; 10.4.3 定 制 LPM元 件 圖 10-25 簡(jiǎn) 易 正 弦 信 號(hào) 發(fā) 生 器 頂 層 電 路 設(shè) 計(jì) 10.4.4 完 成 頂 層 設(shè) 計(jì) 圖 10-

63、26 當(dāng) 前 工 程 仿 真 波 形 輸 出 10.4.4 完 成 頂 層 設(shè) 計(jì) 圖 10-27利 用 In-System Memory Content Editor讀 取 LPM_ROM中 數(shù) 據(jù) 10.5 A/D采 樣 控 制 狀 態(tài) 機(jī) 電 路 設(shè) 計(jì) 10.5.1 控 制 原 理 圖 10-28 ADC0809采 樣 控 制 狀 態(tài) 圖 ST0 ST1 ST2 ST3 ST4 ST5ALE=01 EOC=1 EOC=0 ST6 ST7START=01 OE=1LOCK=0 OE=0LOCK=1 OE=0LOCK=0 10.5.2 ADC采 樣 控 制 電 路 設(shè) 計(jì) 圖 10-29

64、ADC0809采 樣 控 制 電 路 10.5.3 狀 態(tài) 譯 碼 器 設(shè) 計(jì) 圖 10-30 狀 態(tài) 譯 碼 器 ADCINT描 述 10.5.4 時(shí) 序 仿 真 與 時(shí) 序 分 析 圖 10-31 ADC0809采 樣 狀 態(tài) 機(jī) 工 作 時(shí) 序 10.5.5 硬 件 實(shí) 現(xiàn) 與 硬 件 實(shí) 測(cè) 最 后 鎖 定 引 腳 ， 編 譯 后 下 載 于 FPGA中 后 ， 可 以 在 實(shí) 驗(yàn) 系 統(tǒng) 上（ 參 考 附 錄 1） 硬 件 驗(yàn) 證 此 項(xiàng) 設(shè) 計(jì) 的 準(zhǔn) 確 性 。 在 實(shí) 驗(yàn) 中 可 以 將74374的 輸 出 用 實(shí) 驗(yàn) 系 統(tǒng) 上 的 數(shù) 碼 管 顯 示 ， 輸 入 的 模 擬

65、 電 壓 可 以用 實(shí) 驗(yàn) 系 統(tǒng) 上 的 電 位 器 產(chǎn) 生 。 如 果 一 切 準(zhǔn) 確 ， 旋 轉(zhuǎn) 電 位 器 時(shí) ， 可 以看 到 數(shù) 碼 管 的 數(shù) 值 變 化 。 由 于 電 位 器 的 電 壓 變 化 范 圍 是 05V， 數(shù)碼 管 顯 示 的 對(duì) 應(yīng) 的 數(shù) 據(jù) 應(yīng) 該 是 00FF 。 實(shí) 驗(yàn) 10-1 簡(jiǎn) 易 正 弦 信 號(hào) 發(fā) 生 器 設(shè) 計(jì)（ 1） 按 照 10.4節(jié) 的 流 程 ， 設(shè) 計(jì) 一 個(gè) 正 弦 信 號(hào) 發(fā) 生 器 。 要 求 ROM是 8位 數(shù) 據(jù)線 ， 8位 地 址 線 。 256個(gè) 8位 波 形 數(shù) 據(jù) 的 mif文 件 通 過(guò) 兩 種 方 式 建 立

66、， 一 種 用QuartusII的 專 用 編 輯 器 建 立 ， 另 一 種 參 考 附 錄 1建 立 。 首 先 創(chuàng) 建 工 程 、 調(diào)用 LPM_ROM等 模 塊 、 在 原 理 圖 編 輯 窗 中 繪 制 電 路 圖 、 全 程 編 譯 、 對(duì) 設(shè) 計(jì) 進(jìn)行 時(shí) 序 仿 真 、 根 據(jù) 仿 真 波 形 說(shuō) 明 此 電 路 的 功 能 、 引 腳 鎖 定 編 譯 、 編 程 下 載 于FPGA中 ， 用 實(shí) 驗(yàn) 系 統(tǒng) 上 的 DAC0832作 波 形 輸 出 ， 用 示 波 器 來(lái) 觀 察 波 形 。完 成 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 。（ 2） 學(xué) 習(xí) 使 用 QuartusII的 In-System Memory Content Editor來(lái)觀 察 FPGA中 LPM_ROM中 的 波 形 數(shù) 據(jù) ， 并 在 在 線 改 變 數(shù) 據(jù) 后 ， 從 示 波 器 上觀 察 對(duì) 應(yīng) 的 輸 出 波 形 。 （ 30學(xué) 習(xí) 使 用 QuartusII的 SignalTapII觀 察 FPGA輸 出 的 正 弦 波 形 。 實(shí) 驗(yàn) 10-2 8通 道 邏 輯 分 析 儀 示 波 器 顯 示 控