1、西南交通大学微电子研究所 Institute of Microelectronics SWJTU第 7章 数字系统设计数字电子技术基础7.1 典型数字系统的构成随着影像技术、处理器技术、多媒体技术等技术的迅速发展，以这些技术为基础的数字系统得到了最为广泛的应用，其中影响力最大、结构最为典型的数字系统当属 Intel、 AMD、 ARM等公司研发的处理器。我们以一款经典的冯 诺依曼结构处理器来了解数字系统的构成。图 7.1.1 冯 诺依曼结构处理器7.1 典型数字系统的构成p 输入设备完成对输入信号的采集和接收，常见的输入设备有键盘、触控装置、数据接收器装置等。p 输出设备完成对计算结果的采集和
2、发送，常见的输出设备有显示器、数据发射器装置等。冯 诺依曼结构处理器的核心主要包括控制器、运算器和存储器三个部分。p 控制器主要完成对计算机指令的读取、解释等，同时完成各种计算任务的调用；主要构成为时序电路；p 运算器主要完成输入数据的算术运算等；主要构成为组合逻辑电路；p 存储器则用于存储计算机需要处理的数据，以及用户输入的指令等；主要构成为 ROM和 RAM。7.2 数字系统重要组成部件：数据转换器数据转换器 承担了数字信号世界与模拟信号世界沟通的桥梁作用，被广泛地应用于信号采集和处理系统中。 一方面，数据转换器采集声、光、热、机械参数等模拟信号，将其转化为数字信号，使得原模拟信号所对应的
3、数据能够被大量存储与数字系统中，并被数字系统的核心控制中枢处理器所快速处理 。 另一方面 ，数据转化器能够将处理器的运算结果实时转化为模拟信号，从而对声、光、热、机械等模拟装置进行控制。7.2 数字系统重要组成部件：数据转换器根据数据转换器的作用，数据转换器一般分为两种 模数转换器： 用于将模拟信号转换为数字信号，通常称为 A/D转换器或者 ADC（ Analog Digital Converter）； 数模转换器： 用于将数字信号转换为模拟信号，通常称为 D/A转换器或者 DAC（ Digital Analog Converter）。7.2.1 数模转换器 DACDAC的功能是将数字量 D转
4、换为模拟量 A，其功能可用公式 (7-1)抽象和表示：1 DAC基本原理公式 (7-1)若能找到 D与 A之间的映射关系 K，则即可完成信号之间的转换。对于数字量 D，假设其位宽为 n，则其十进制数值可表示：7.2.1 数模转换器 DAC1 DAC基本原理二进制中每一位数值均可表示为开关值，那么该公式可用以下电路来进行计算：图 7.2.1 DAC原理示意图开关 Si通过 “ 通 ” 和 “ 断 ” 来表示二进制数 di， Si闭合， di=1； Si断开， di=0。7.2.1 数模转换器 DAC1 DAC基本原理根据线性运放 “ 虚短 ” 和 “ 虚断 ” 的特点，可知：7.2.1 数模转换器 DAC1 DAC基本原理将电路中的电流值代入中即可得到：对比两个公式即可知 DAC的工作思想7.2.1 数模转换器 DAC1 DAC基本原理DAC内部结构通常如图所示，由接口电路、模拟开关、基准电压源、转换网络、求和电路构成。其中，接口电路通常使用寄存器组实现，用来对数字信号进行收集和存储。转换网络是 DAC的核心结构，它的设计结构和精度直接影响到了整个 DAC的性能。通常有电阻分压型、 R-2R梯形型、权电流型等结构。
