1

Podstawy Technologii Komputerowych

Podstawy Technologii Komputerowych

dr inż. Krzysztof MURAWSKI

dr inż. Krzysztof MURAWSKI

mgr inż. Józef TURCZYN

mgr inż. Józef TURCZYN

Tel.: [phone], E

Tel.: [phone], E

-

-

mail

mail

: k.

: k.

murawski

murawski

@

@

ita

ita

.

.

wat

wat

.

.

edu

edu

.

.

pl

pl

2

Konwertery A/C i C/A (ang.

Konwertery A/C i C/A (ang.

ADC

ADC

i

i

DAC

DAC

)

)

© K. MURAWSKI, J. TURCZYN

ADC

ADC

–

–

Analog to

Analog to

Digital

Digital

Converter

Converter

DAC

DAC

–

–

Digital

Digital

to Analog

to Analog

Converter

Converter

3

Sygnał analogowy

Sygnał analogowy

u

u

(

(

t

t

) bez zmiany znaku

) bez zmiany znaku

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

U

[ ]

V

t

4

Chwile czasowe próbkowania sygnału

Chwile czasowe próbkowania sygnału

u

u

(

(

t

t

)

)

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

U

[ ]

V

t

2

t

1

t

3

t

4

t

5

t

6

t

7

t

8

t

9

t

10

t

11

t

12

t

13

t

Okres próbkowania

Okres próbkowania

5

Próbki

Próbki

S

S

i

i

sygnału analogowego

sygnału analogowego

u

u

(

(

t

t

)

)

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Okres próbkowania

Okres próbkowania

S

S

1

1

S

S

3

3

S

S

2

2

S

S

n

n

-

-

1

1

S

S

n

n

S

S

4

4

U

[ ]

V

t

Próbka

P

T

2

t

1

t

3

t

4

t

5

t

6

t

7

t

8

t

9

t

10

t

11

t

12

t

13

t

6

Kwantowanie próbek

Kwantowanie próbek

S

S

i

i

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

S

S

i

i

U

[ ]

V

t

0

1

2

3

4

5

6

7

8

2

t

1

t

3

t

4

t

5

t

6

t

7

t

8

t

9

t

10

t

11

t

12

t

13

t

Kwantowana

próbka

u

∆

krok (przedział) kwantyzacji

krok (przedział) kwantyzacji

7

Kwantowanie próbek

Kwantowanie próbek

S

S

i

i

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Poziomy kwantowania

Poziomy kwantowania

t

0

1

2

3

4

5

6

7

8

00000

00001

00010

00011

00100

00101

00110

00111

01000

2

t

1

t

3

t

4

t

5

t

6

t

7

t

8

t

9

t

10

t

11

t

12

t

13

t

8

Cyfrowe kodowanie próbek

Cyfrowe kodowanie próbek

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

0

1

2

3

4

5

6

7

8

00000

00001

00010

00011

00100

00101

00110

00111

01000

t

0

1

000

00

000

01

000

11

001

01

001

11

001

11

010

00

001

11

001

11

001

01

000

11

000

01

P

T

2

t

1

t

3

t

4

t

5

t

6

t

7

t

9

t

10

t

11

t

12

t

13

t

8

t

Wartość cyfrowa

Wartość cyfrowa

9

Sygnał analogowy przemienny

Sygnał analogowy przemienny

u

u

(

(

t

t

)

)

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

U

+

[ ]

V

t

0

10

Chwile czasowe próbkowania sygnału

Chwile czasowe próbkowania sygnału

u

u

(

(

t

t

)

)

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

U

+

[ ]

V

t

2

t

1

t

3

t

4

t

5

t

6

t

7

t

8

t

9

t

10

t

11

t

12

t

13

t

0

11

Próbki

Próbki

S

S

i

i

sygnału analogowego

sygnału analogowego

u

u

(

(

t

t

)

)

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

S

S

1

1

S

S

3

3

S

S

2

2

S

S

n

n

-

-

1

1

S

S

n

n

S

S

4

4

U

+

[ ]

V

t

Próbka

P

T

2

t

1

t

3

t

4

t

5

t

6

t

7

t

8

t

9

t

10

t

11

t

12

t

13

t

0

12

Kwantowanie próbek

Kwantowanie próbek

S

S

i

i

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Poziomy kwantowania

Poziomy kwantowania

S

S

i

i

U

+

[ ]

V

t

0

1

2

3

4

5

6

7

8

2

t

1

t

3

t

4

t

5

t

6

t

7

t

8

t

9

t

10

t

11

t

12

t

13

t

Kwantowana

próbka

0

u

∆

krok (przedział) kwantyzacji

krok (przedział) kwantyzacji

13

t

0

1

2

3

4

5

6

7

8

00000

00001

00010

00011

00100

00101

00110

00111

01000

2

t

1

t

3

t

4

t

5

t

6

t

7

t

8

t

9

t

10

t

11

t

12

t

13

t

0

Kwantowanie próbek

Kwantowanie próbek

S

S

i

i

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Poziomy kwantowania

Poziomy kwantowania

14

Cyfrowe kodowanie próbek

Cyfrowe kodowanie próbek

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

0

1

2

3

4

5

6

7

8

00000

00001

00010

00011

00100

00101

00110

00111

01000

t

0

1

0000

0

0000

1

0001

1

0010

1

0011

1

0011

1

0100

0

0011

1

0011

1

0010

1

0001

1

0000

1

P

T

2

t

1

t

3

t

4

t

5

t

6

t

7

t

9

t

10

t

11

t

12

t

13

t

8

t

0

Wartość cyfrowa

Wartość cyfrowa

15

Budowa przetwornika A/C

Budowa przetwornika A/C

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

Przetwornik A/C zbudowany na bazie licznika

Przetwornik A/C zbudowany na bazie licznika

<<

<<

Licznik
binarny

Przetwornik

C/A

u

K

LSB

MSB

Kasowanie

Kasowanie

Zegar

Zegar

Wejście analogowe

Wejście analogowe

Wyjścia cyfrowe

Wyjścia cyfrowe

U

U

d

d

U

U

WE

WE

16

Budowa przetwornika A/C

Budowa przetwornika A/C

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

Przetwornik A/C zbudowany na bazie licznika

Przetwornik A/C zbudowany na bazie licznika

<<

<<

[ ]

V

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

U

U

d

d

Liczba zliczonych taktów zegara

Liczba zliczonych taktów zegara

u

∆

(

(

rozdzielczość przetwornika

rozdzielczość przetwornika

)

)

17

Budowa przetwornika A/C

Budowa przetwornika A/C

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>> Równoległy

>> Równoległy

przetwornik A/C

przetwornik A/C

(

(

zbudowany na bazie komparatorów

zbudowany na bazie komparatorów

) <<

) <<

u

K

u

K

u

K

u

K

u

K

1V

6

2V

6

3V

6

4V

6

5V

6

Enkoder

LSB

MSB

1

R

2

R

3

R

4

R

5

R

6

R

Wejście analogowe

Wejście analogowe

Napięcie odniesienia

Napięcie odniesienia

Wyjścia cyfrowe

Wyjścia cyfrowe

18

Podział przetworników C/A

Podział przetworników C/A

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

wg:

wg:

Digital

Digital

To Analog

To Analog

Conversion

Conversion

,

,

Texas

Texas

Instruments

Instruments

, 1997, str. 13, sem2_3.pdf

, 1997, str. 13, sem2_3.pdf

Przetworniki C/A

Ogólnego zastosowania

Przetworniki wideo

Przetworniki audio

Wyjście

napięciowe

Wyjście

prądowe

Wejście

równoległe

Wejście

szeregowe

Wejście

równoległe

n - bitowe

Wyjście napięciowe

19

Przetwornik C/A (

Przetwornik C/A (

DAC

DAC

)

)

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

0

1

2

3

4

5

6

7

8

00000

00001

00010

00011

00100

00101

00110

00111

01000

t

0

1

0000

0

0000

1

0001

1

0010

1

0011

1

0011

1

0100

0

0011

1

0011

1

0010

1

0001

1

0000

1

P

T

2

t

1

t

3

t

4

t

5

t

6

t

7

t

9

t

10

t

11

t

12

t

13

t

8

t

0

t

Wejściowy sygnał cyfrowy

Wejściowy sygnał cyfrowy

Odtworzony sygnał dyskretny

Odtworzony sygnał dyskretny

Wyjściowy sygnał analogowy

Wyjściowy sygnał analogowy

20

Budowa przetwornika C/A

Budowa przetwornika C/A

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

schemat ogólny

schemat ogólny

<<

<<

u

K

LSB

MSB

Przełączniki

analogowe

Sieć

rezystorowa

Przetwornik C/A

Przetwornik C/A

U

R

-U

R

wg: M.

wg: M.

Nadachowski

Nadachowski

, Z. Kulka: Analogowe Układy scalone,

, Z. Kulka: Analogowe Układy scalone,

WKiŁ

WKiŁ

, 1983

, 1983

Dane z

sy

stemu cyf

rowe

go

Dane z

sy

stemu cyf

rowe

go

n

n

–

–

bitowy rejestr

bitowy rejestr

Wejściowy sygnał cyfrowy

Wejściowy sygnał cyfrowy

Źródła napięć odniesienia

Źródła napięć odniesienia

Wyjściowy sygnał

Wyjściowy sygnał

analogowy

analogowy

Wyjście prądowe

Wyjście prądowe

Wyjście napięciowe

Wyjście napięciowe

21

Budowa przetwornika C/A

Budowa przetwornika C/A

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

wg: K. V.

wg: K. V.

Ramanan

Ramanan

:

:

Functional

Functional

Electronics

Electronics

, Mc

, Mc

Graw

Graw

Hill

Hill

, 1984

, 1984

>>

>>

Przetwornik C/A z rezystorami o wartościach stopniowanych binarn

Przetwornik C/A z rezystorami o wartościach stopniowanych binarn

ie

ie

<<

<<

1

2

R

1

4

R

1

8

R

1

16

R

1

32

R

1

64

R

1

128

R

1

R

1

L

R

R

>>

LSB

MSB

wy

U

0

0

2

D

=

7

7

2

D

=

10K

Ω

20K

Ω

40K

Ω

80K

Ω

162K

Ω

316K

Ω

649K

Ω

4.99K

Ω

1M

Ω

LSB

MSB

wy

U

0

0

2

D

=

7

7

2

D

=

10 F

µ

(324.5)

(324.5)

(324.5)

(324.5)

(162.2)

(162.2)

(81.12)

(81.12)

(40.56)

(40.56)

(20.28)

(20.28)

(10.14)

(10.14)

(5.070)

(5.070)

22

Budowa przetwornika C/A

Budowa przetwornika C/A

10K

Ω

20K

Ω

LSB

MSB

0

0

2

D

=

7

7

2

D

=

20K

Ω

20K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

wy

U

10 F

µ

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

Przetwornik drabinkowy C/A

Przetwornik drabinkowy C/A

(

(

R

R

–

–

2R

2R

) <<

) <<

10K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

wy

U

10 F

µ

0

B

R

1

B

R

2

B

R

3

B

R

4

B

R

5

B

R

6

B

R

7

B

R

2R

2R

R

R

23

Budowa przetwornika C/A

Budowa przetwornika C/A

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

Przetwornik drabinkowy C/A

Przetwornik drabinkowy C/A

<<

<<

10K

Ω

20K

Ω

LSB

MSB

20K

Ω

20K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

10K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

20K

Ω

30K

Ω

wy

U

20K

Ω

0

D

7

D

1

D

2

D

3

D

4

D

5

D

6

D

u

K

Klucze

Klucze

tranzystorowe

tranzystorowe

24

Przykłady przetworników C/A

Przykłady przetworników C/A

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

DAC08

DAC08

-

- 8-Bit, High-Speed, Multiplying D/A Converter, Analog Devices

<<

<<

wg: DAC08_b.pdf, Analog

wg: DAC08_b.pdf, Analog

Devices

Devices

, 2002r.

, 2002r.

25

Przykłady przetworników C/A

Przykłady przetworników C/A

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

DAC08

DAC08

-

- 8-Bit, High-Speed, Multiplying D/A Converter, Analog Devices

<<

<<

wg: DAC08_b.pdf, Analog

wg: DAC08_b.pdf, Analog

Devices

Devices

, 2002r.

, 2002r.

26

Przykłady przetworników C/A

Przykłady przetworników C/A

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

AD7524

AD7524

-

- 8-Bit Buffered Multiplying DAC, Analog Devices

<<

<<

wg: AD7524.pdf, Analog

wg: AD7524.pdf, Analog

Devices

Devices

27

Przykłady przetworników C/A

Przykłady przetworników C/A

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

AD7524

AD7524

-

- 8-Bit Buffered Multiplying DAC, Analog Devices

<<

<<

wg: AD7524.pdf, Analog

wg: AD7524.pdf, Analog

Devices

Devices

Podłączenie przetwornika do systemu mikrokomputerowego

Podłączenie przetwornika do systemu mikrokomputerowego

Cykl zapisu do przetwornika

Cykl zapisu do przetwornika

Przykładowa nota aplikacyjna

Przykładowa nota aplikacyjna

28

Przykłady przetworników C/A

Przykłady przetworników C/A

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

AD7834/35

AD7834/35

-

- Quad 14-Bit DAC, Analog Devices

<<

<<

wg: AD7834.pdf, Analog

wg: AD7834.pdf, Analog

Devices

Devices

Przetwornik z wejściem szeregowym

Przetwornik z wejściem szeregowym

Przetwornik z wejściem równoległym

Przetwornik z wejściem równoległym

29

Przykłady przetworników C/A

Przykłady przetworników C/A

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

AD7834/35

AD7834/35

-

- Quad 14-Bit DAC, Analog Devices

<<

<<

wg: AD7524.pdf, Analog

wg: AD7524.pdf, Analog

Devices

Devices

Podłączenie przetwornika do systemu mikrokomputerowego

Podłączenie przetwornika do systemu mikrokomputerowego

Praca unipolarna przetwornika

Praca unipolarna przetwornika

Praca bipolarna przetwornika

Praca bipolarna przetwornika

gdzie: V

gdzie: V

REF

REF

= V

= V

REF

REF

(+); V

(+); V

REF

REF

(

(

–

–

) = 0V

) = 0V

gdzie: V

gdzie: V

REF

REF

= (V

= (V

REF

REF

(+)

(+)

–

–

V

V

REF

REF

(

(

–

–

));

));

30

Przykłady przetworników C/A

Przykłady przetworników C/A

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

>>

>>

AD7834/35

AD7834/35

-

- Quad 14-Bit DAC, Analog Devices

<<

<<

wg: AD7834.pdf, Analog

wg: AD7834.pdf, Analog

Devices

Devices

Wykresy czasowe AD7834

Wykresy czasowe AD7834

Wykresy czasowe AD7835

Wykresy czasowe AD7835

31

Funkcja

Funkcja

przej

przej

.

.

ideal

ideal

.

.

przetw

przetw

. A/C (

. A/C (

ADC

ADC

)

)

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

wg:

wg:

Understanding

Understanding

Data

Data

Converters

Converters

,

,

Texas

Texas

Instruments

Instruments

,

,

July

July

1995, str. 2, slaa013.pdf

1995, str. 2, slaa013.pdf

32

Funkcja

Funkcja

przej

przej

.

.

ideal

ideal

.

.

przetw

przetw

. C/A (

. C/A (

DAC

DAC

)

)

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

wg:

wg:

Understanding

Understanding

Data

Data

Converters

Converters

,

,

Texas

Texas

Instruments

Instruments

,

,

July

July

1995, str. 3, slaa013.pdf

1995, str. 3, slaa013.pdf

33

Przykładowe błędy

Przykładowe błędy

przetw

przetw

. A/C i C/A

. A/C i C/A

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

wg:

wg:

Understanding

Understanding

Data

Data

Converters

Converters

,

,

Texas

Texas

Instruments

Instruments

,

,

July

July

1995, str. 8, slaa013.pdf

1995, str. 8, slaa013.pdf

>>

>>

Błąd przesunięcia (ang. Offset

Błąd przesunięcia (ang. Offset

Error

Error

)

)

<<

<<

34

Przykładowe błędy

Przykładowe błędy

przetw

przetw

. A/C i C/A

. A/C i C/A

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

wg:

wg:

Understanding

Understanding

Data

Data

Converters

Converters

,

,

Texas

Texas

Instruments

Instruments

,

,

July

July

1995, str. 9, slaa013.pdf

1995, str. 9, slaa013.pdf

>>

>>

Błąd wzmocnienia (ang.

Błąd wzmocnienia (ang.

Gain

Gain

Error

Error

)

)

<<

<<

35

Konwertery A/C i C/A (ang.

Konwertery A/C i C/A (ang.

ADC

ADC

i

i

DAC

DAC

).

).

©

©

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

K. MURAWSKI, J. TURCZYN

Inne wiadomości na temat przetworników A/C i C/A podają np.

Inne wiadomości na temat przetworników A/C i C/A podają np.

następujące źródła literaturowe i producenci:

następujące źródła literaturowe i producenci:

AN2438.pdf

AN2438.pdf

–

–

ADC

ADC

Definitions

Definitions

and

and

Specifications

Specifications

,

,

Freescale

Freescale

Semiconductor

Semiconductor

,

,

February

February

, 2003;

, 2003;

Sem2_3.pdf

Sem2_3.pdf

–

–

Digital

Digital

To Analog

To Analog

Conversion

Conversion

, MSP

, MSP

Seminar

Seminar

,

,

Texas

Texas

Instruments

Instruments

, 1997.

, 1997.

slaa013.pdf

slaa013.pdf

–

–

Understanding

Understanding

Data

Data

Converters

Converters

Texas

Texas

Instruments

Instruments

,

,

July

July

, 1996;

, 1996;

www

www

.

.

maxim

maxim

-

-

ic

ic

.

.

com

com

–

–

Dallas

Dallas

-

-

Maxim

Maxim

Semiconductor

Semiconductor

;

;

www.ti.com

www.ti.com

–

–

Texas

Texas

Instruments

Instruments

;

;

www.analog.com

www.analog.com

–

–

Analog

Analog

Devices

Devices

;

;

www.national.com

www.national.com

–

–

National

National

Semiconductor

Semiconductor

;

;