第七章模擬及數(shù)字混合系統(tǒng)及應(yīng)用

1、第七章 模擬與數(shù)字混合系統(tǒng)及應(yīng)用7.1 555定時(shí)器及應(yīng)用定時(shí)器及應(yīng)用7.2 D/A轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點(diǎn)之?dāng)?shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點(diǎn)之一是：它的工作信號(hào)是離散的脈沖信號(hào)。一是：它的工作信號(hào)是離散的脈沖信號(hào)。 最常用的脈沖信號(hào)是方波最常用的脈沖信號(hào)是方波( (矩形波矩形波) )。如。如何產(chǎn)生方波以及對(duì)不理想的方波如何整形，何產(chǎn)生方波以及對(duì)不理想的方波如何整形，是本節(jié)討論的重點(diǎn)。是本節(jié)討論的重點(diǎn)。背景：背景：7.1 5557.1 555定時(shí)器的原理和應(yīng)用定時(shí)器的原理和應(yīng)用脈沖電路分類：脈沖電路分類：脈沖電路作用：脈沖電路作用：脈沖波形的產(chǎn)生和整形。脈沖

2、波形的產(chǎn)生和整形。脈沖電路脈沖電路構(gòu)成：構(gòu)成： 開關(guān)電路開關(guān)電路 + RC+ RC電路電路破壞電路的穩(wěn)態(tài)，破壞電路的穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生暫態(tài)。產(chǎn)生暫態(tài)。控制暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的控制暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的變化規(guī)律。變化規(guī)律。脈沖電路與數(shù)字電路的比較：脈沖電路與數(shù)字電路的比較：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)電路（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）單穩(wěn)態(tài)電路（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）多諧振蕩（無(wú)穩(wěn)態(tài)）電路多諧振蕩（無(wú)穩(wěn)態(tài)）電路施密特電路（施密特觸發(fā)器）施密特電路（施密特觸發(fā)器）數(shù)字信號(hào)的波形也是一種脈沖電路數(shù)字信號(hào)的波形也是一種脈沖電路脈沖電路側(cè)重脈沖電路側(cè)重波形波形，數(shù)字電路側(cè)重，數(shù)字電路側(cè)重邏輯關(guān)系。邏輯關(guān)系。電容充放電知識(shí)復(fù)習(xí)：電容充放電知識(shí)復(fù)習(xí)：(1) (1) 電容兩端的

3、電壓不能突變，電容兩端的電壓不能突變，VcVc（0 0） VcVc（0 0）， 電容充放電需要時(shí)間，有過渡過程，其時(shí)間長(zhǎng)短只與電容充放電需要時(shí)間，有過渡過程，其時(shí)間長(zhǎng)短只與 RCRC有關(guān)有關(guān), ,工程上取工程上取(4(45)；（2 2）開始充放電（換路）瞬間，阻抗很小，相當(dāng)短路；）開始充放電（換路）瞬間，阻抗很小，相當(dāng)短路； 充放電結(jié)束，電路處于穩(wěn)態(tài)，充放電結(jié)束，電路處于穩(wěn)態(tài)，C C支路電流為支路電流為0 0，阻抗很大，阻抗很大， 相當(dāng)開路；相當(dāng)開路； （3 3）簡(jiǎn)單）簡(jiǎn)單RCRC電路中，各處電壓、電流均按指數(shù)規(guī)律變化；電路中，各處電壓、電流均按指數(shù)規(guī)律變化；（4 4）在簡(jiǎn)單）在簡(jiǎn)單RCRC電

4、路中電路中)(tvC= =)(vC- -)(vC)0(vC+ +et)()()0()(lntvvvvtCCCC- - -= =+ +或或7.1 555定時(shí)器的原理和應(yīng)用定時(shí)器的原理和應(yīng)用(續(xù)）續(xù)） 555定時(shí)器是將模擬電路和數(shù)字電路集定時(shí)器是將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器件。它使用方便成于一體的電子器件。它使用方便, ,帶負(fù)載帶負(fù)載能力較強(qiáng)能力較強(qiáng), , 目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。單定時(shí)器單定時(shí)器雙極型雙極型最后最后3 3位數(shù)位數(shù)555555單極型單極型最后最后4 4位數(shù)位數(shù)75557555雙定時(shí)器雙定時(shí)器雙極型雙極型最后最后3 3位數(shù)位數(shù)556556單極型單

5、極型最后最后4 4位數(shù)位數(shù)75567556型號(hào)：型號(hào)：一、一、 555555定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)和基本功能定時(shí)器的電路結(jié)構(gòu)和基本功能 555555定時(shí)器的內(nèi)部電路包括以下幾部分定時(shí)器的內(nèi)部電路包括以下幾部分 : : 兩個(gè)電壓比較器兩個(gè)電壓比較器: : C1C1、C2C2 ; ;一個(gè)基本一個(gè)基本RSRS 觸發(fā)器觸發(fā)器; ; 一個(gè)放電晶體管一個(gè)放電晶體管T T；由三個(gè)相等電阻組成的分壓器由三個(gè)相等電阻組成的分壓器; ;一個(gè)反相器等。一個(gè)反相器等。 1. 1.電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)電平電平觸發(fā)端觸發(fā)端電平電平觸發(fā)端觸發(fā)端電壓電壓控制端控制端復(fù)位端復(fù)位端電平有效電平有效放電端放電端5 516V16V輸出端輸出端

6、地地v vo o+ + +- - -8 84 45 56 62 27 71 13 31 1R RR RR RRbRbTHTHCOCOTRTRD DQ QQ Q+Vcc+VccR RD D C C1 1C C2 2T T電源電壓范圍電源電壓范圍:5V 16V555定時(shí)器的管腳圖定時(shí)器的管腳圖12345678555VCCD TH COGND TRVoRD電電源源放放電電閾閾值值電控電控壓制壓制地地觸觸發(fā)發(fā)輸輸出出復(fù)復(fù)位位2.2.基本功能基本功能vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2TVcc32Vcc31 三個(gè)電阻構(gòu)成的分壓器給兩個(gè)比較器提供三個(gè)電阻構(gòu)成的分壓器

7、給兩個(gè)比較器提供基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓: : 分別為分別為 和和 。Vcc32Vcc31001導(dǎo)通,01時(shí)0 T ， VoQ： R vo+-845627131RRRRbTHCOTRDQQ+VccRD C1C2TbTHCOTRD+VccRDvo+-845627131RRRRQQC1C22/3VCC1/3 VCC00011導(dǎo)通,01時(shí)0 T ， VoQ： RD 。、，導(dǎo)通,001101時(shí) 31 ,321 T VoQQ： RD C2C VVVV CCTRCCTH=THCOTRD+VccRDvo+-845627131RRRRQQC1C22VCC/3VCC/311010b狀狀態(tài)態(tài)不不變變。不不變變不不變變、，

8、 T VoQQ： RD ,;111時(shí) 31 ,321 C2C VVVV CCTRCCTH=THCOTRD+VccRDuo+-845627131RRRRQQC1C22VCC/3VCC/310110b狀狀態(tài)態(tài)不不變變。不不變變不不變變、， T VoQQ： RD ,;111時(shí) 31 ,321 C2C VVVV CCTRCCTH=截截止止。、，T 0 C2C VVVV CCTRCCTH VoQQ： RD ,1;1011時(shí) 31 ,321=2VCC / 3VCC / 3大于大于小于小于保持保持保持保持1大于大于2VCC / 3VCC / 3大于大于10導(dǎo)通導(dǎo)通00導(dǎo)通導(dǎo)通2VCC / 3VCC / 3小

9、于小于小于小于11截止截止閾值端閾值端觸發(fā)端觸發(fā)端THTRRD晶體管晶體管Tvo 綜合以上的分析結(jié)果綜合以上的分析結(jié)果,便可得到便可得到 555的功能表的功能表:1.1. 555 555定時(shí)器做施密特觸發(fā)器定時(shí)器做施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)：施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)：（1 1）雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)；）雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)；（2 2）電平觸發(fā)）電平觸發(fā)電壓達(dá)到某個(gè)值時(shí)電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；電壓達(dá)到某個(gè)值時(shí)電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；（3 3）具有滯回電壓傳輸特性）具有滯回電壓傳輸特性回差特性回差特性 （兩次翻轉(zhuǎn)輸入電平不同）；（兩次翻轉(zhuǎn)輸入電平不同）；二、二、555555定時(shí)器的基本應(yīng)用定時(shí)器的基本

10、應(yīng)用 555定時(shí)器應(yīng)用范圍非常廣泛，可以做定時(shí)器應(yīng)用范圍非常廣泛，可以做施密特觸發(fā)施密特觸發(fā)器、器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等。 電路電路：2 2，6 6端連在一起作為信號(hào)輸入端端連在一起作為信號(hào)輸入端+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2vIVcc1 vo1V VI I1/3V2/3V2/3VCCCC時(shí)，時(shí)，C1C1輸出低電平，輸出低電平，C2C2輸出高電平，輸出高電平，V VO O=0=0構(gòu)成構(gòu)成集電集電極開極開路型路型輸出輸出端。端。Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓控制電壓調(diào)節(jié)回差調(diào)節(jié)回差v

11、ivott00UT+UT2VCC/3VCC/3工作原理：工作原理：（a a）當(dāng)）當(dāng)V Vi i 0 0 時(shí)，由于比較器時(shí)，由于比較器 C C1 1=1=1、C C2 2=0=0，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 1 1，即，即Q Q1 1、0 0= =Q Q，。升高時(shí)，在未到達(dá)升高時(shí)，在未到達(dá) 2V2Vcccc/3/3以前，以前，的狀態(tài)不會(huì)改變。的狀態(tài)不會(huì)改變。V VO O 1 1V Vi iV VO O 1 1Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓控制電壓調(diào)節(jié)回差調(diào)節(jié)回差vivott00UT+UT2VCC/3VCC/3（b）vi升高到升高到 2VCC/3 時(shí)，

12、比較器時(shí)，比較器 C1輸出為輸出為 0、C2輸出為輸出為 1，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 0，即，即Q0、1= =Q， vo=0。此后，。此后， vi上升到上升到 VCC，然后再降低，但在未到達(dá)，然后再降低，但在未到達(dá)VCC/3以前，以前，vo0 的狀態(tài)不會(huì)改變。的狀態(tài)不會(huì)改變。（a）當(dāng)）當(dāng) vi0 時(shí)，由于比較器時(shí)，由于比較器 C1=1、C2=0，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 1，即，即 Q1、0= =Q，vo1。vi升高時(shí)，在未到達(dá)升高時(shí)，在未到達(dá) 2VCC/3 以前，以前， vo1 的狀態(tài)不會(huì)改變。的狀態(tài)不會(huì)改變。Rvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓控制電壓

13、調(diào)節(jié)回差調(diào)節(jié)回差vivott00UT+UT2VCC/3VCC/3（c）vi下降到下降到 VCC/3 時(shí)，比較器時(shí)，比較器 C1輸出為輸出為 1、C2輸出為輸出為 0，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 1，即即 Q1、0= =Q，vo=1。此后，。此后，vi繼續(xù)下降到繼續(xù)下降到 0，但，但 vo1 的狀態(tài)的狀態(tài)不會(huì)改變。不會(huì)改變。（b）vi升高到升高到 2VCC/3 時(shí)，比較器時(shí)，比較器 C1輸出為輸出為 0、C2輸出為輸出為 1，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 0，即，即Q0、1= =Q， vo=0。此后，。此后， vi上升到上升到 VCC，然后再降低，但在未到達(dá)，然后再降低，但在未到達(dá)VCC/3以前，以前，vo0 的

14、狀態(tài)不會(huì)改變。的狀態(tài)不會(huì)改變。（a）當(dāng)）當(dāng) vi0 時(shí)，由于比較器時(shí)，由于比較器 C1=1、C2=0，觸發(fā)器置，觸發(fā)器置 1，即，即 Q1、0= =Q，vo1。vi升高時(shí)，在未到達(dá)升高時(shí)，在未到達(dá) 2VCC/3 以前，以前， vo1 的狀態(tài)不會(huì)改變。的狀態(tài)不會(huì)改變。下降閾值電壓下降閾值電壓vovi(b)(b)邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)(a)(a)傳輸特性傳輸特性VTVT+上升閾值電壓上升閾值電壓回差電壓（滯后電壓）回差電壓（滯后電壓）： VT+=2/3VCC; VT-=1/3VCCVT VTVT =1/3VCCvIvO在在7 7腳外接一電阻，并與腳外接一電阻，并與V VCC1CC1 相連，相連， v v

15、O O=1=1時(shí)，時(shí)，v vO1O1=V=Vcc1cc1; ; v vO O=0=0時(shí)，時(shí)，v vO1O1=0=0， 可以實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換?？梢詫?shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。在在5 5腳上加控制電壓腳上加控制電壓V VCOCO可以改變可以改變V VT+T+,V,VT- T- ， 以調(diào)節(jié)回差電壓的大小。以調(diào)節(jié)回差電壓的大小。V VT T+ +=V=VCO CO V VT-T-=1/2V=1/2VCOCORvi8 46 7 555 3 2 5 1vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓控制電壓調(diào)節(jié)回差調(diào)節(jié)回差說(shuō)明：說(shuō)明：施密特觸發(fā)器的應(yīng)用：施密特觸發(fā)器的應(yīng)用：波形變換波形變換三角波、正弦波變換成方波（同相輸出）三角

16、波、正弦波變換成方波（同相輸出）vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOt正弦波正弦波方波方波三角波三角波方波方波調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)V VT+T+,V,VT-T-可以改變寬度可以改變寬度波形整形波形整形消除噪聲干擾消除噪聲干擾vItvOtVT+VT-vItvOtVT+VT-回差電壓比較小回差電壓比較小回差電壓比較大回差電壓比較大 幅度鑒別幅度鑒別vItvOtVT+VT-可以調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)V VT+T+作為鑒別門限作為鑒別門限構(gòu)成多諧振蕩器構(gòu)成多諧振蕩器1vIvO555555定時(shí)器的基本應(yīng)用定時(shí)器的基本應(yīng)用( (續(xù)）續(xù)）2.2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)電路有一個(gè)穩(wěn)態(tài)

17、和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。電路有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在外來(lái)觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。在外來(lái)觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)是一個(gè)不能長(zhǎng)久保持的狀態(tài)，經(jīng)過一段時(shí)間后，暫穩(wěn)態(tài)是一個(gè)不能長(zhǎng)久保持的狀態(tài)，經(jīng)過一段時(shí)間后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間與觸發(fā)脈沖電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)間與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)，僅決定于電路本身的參數(shù)。無(wú)關(guān)，僅決定于電路本身的參數(shù)。穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)暫穩(wěn)態(tài)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)由外界觸發(fā)自動(dòng)返回自動(dòng)返回學(xué)習(xí)的重點(diǎn)學(xué)習(xí)的重點(diǎn):為什么為什么會(huì)自動(dòng)返回會(huì)自動(dòng)返回?需需多少時(shí)間多少時(shí)間?圖示暫穩(wěn)態(tài)：圖示暫穩(wěn)態(tài)：RC單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)

18、器電路：外外接接RCRC+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2vITb+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvIT T截止時(shí)，截止時(shí)，對(duì)對(duì)C C充電充電T T導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，C C放電放電工作原理：工作原理：可以在可以在5 5腳外接控制電壓，腳外接控制電壓，以改變放電閥值。以改變放電閥值。VTHVCbTV VC C2/3V2/3VCCCC時(shí)，時(shí)，VoVo0 0，T T導(dǎo)導(dǎo)通，通，C C放電。放電。V6=VV6=VTHTHV2=VV2=VTRTRVoVoT T2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC

19、 VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/32/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC0 0導(dǎo)通導(dǎo)通2/3 1/31/3 VCC VCC保持保持保持保持2/3 2/3 VCCVCC1/31/3 VCC VCC1 1截止截止2/3VCC tvi00vCt0vot

20、 自動(dòng)返回自動(dòng)返回（V VI I1 1）: : 由以上過程可以由以上過程可以看出看出 : 每來(lái)一次負(fù)每來(lái)一次負(fù)脈沖脈沖 , vo 便輸出一便輸出一個(gè)正脈沖個(gè)正脈沖,其寬度其寬度 tW 由由 R C 決定決定 。vIvOVCCRCvC0.01uF123487652/3VCCtvi00vC0votttW 輸出脈沖寬度輸出脈沖寬度t tw wt tw w是是VcVc從從0 0指數(shù)上升到指數(shù)上升到2V2VCCCC/3/3時(shí)所需的時(shí)間時(shí)所需的時(shí)間注意注意: :t tw w寬度的增加，將降低定時(shí)精度和穩(wěn)度。寬度的增加，將降低定時(shí)精度和穩(wěn)度。 t tw w 的范圍為幾秒到幾分鐘。的范圍為幾秒到幾分鐘。2/3

21、VCCtvi00vC0votttW0)0(=+cvCCcVv=)(CCcVtv32)(=t tw wCCCCCCCCCCVVVRCtVVVVRC320ln)()()0()(ln-=-=+1.1RC1.1RC2/3VccvCvI(S)vO 在充電過程中在充電過程中v vI I 0 011變化變化,C1=1,C2=0/1,Q,C1=1,C2=0/1,Q保持為保持為1 1，電，電路狀態(tài)不變（路狀態(tài)不變（T T截止，截止，C C保持充電狀態(tài)）。保持充電狀態(tài)）。多次觸發(fā)時(shí)的情況：多次觸發(fā)時(shí)的情況：故該電路為故該電路為不可重復(fù)觸發(fā)不可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：電路圖：電路圖：可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)

22、態(tài)觸發(fā)器可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvITbT1可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)）可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)）+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvITbT1工作過程工作過程b.b.觸發(fā)時(shí)觸發(fā)時(shí): :a.a.穩(wěn)態(tài)時(shí)穩(wěn)態(tài)時(shí): :V VI I=1,T1=1,T1截止截止, ,電路狀態(tài)同電路狀態(tài)同普通單穩(wěn)。普通單穩(wěn)。V VI I=0=0，電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，VoVo1 1V VI I=0=0期間期間,T1,T1導(dǎo)通導(dǎo)通, ,電容不能充電。電容不能充電。V VI I=1=1后，后， T1T1截止截止, ,電容開始充電

23、。電容開始充電?？芍貜?fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)）可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)）+VccRDvo+-84562713RRRRQQC1C2RCvITbT1工作過程工作過程（續(xù)）（續(xù)）c.c.重復(fù)觸發(fā)時(shí)重復(fù)觸發(fā)時(shí): :當(dāng)當(dāng)Vc2/3VVc2/3Vcc 2/3Vcc Q=0, Q=0, V VO O=0,=0,恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，恢復(fù)穩(wěn)態(tài)， TT導(dǎo)通導(dǎo)通, ,電容放電電容放電單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用一般用于一般用于（產(chǎn)生一定寬度的矩形波）（產(chǎn)生一定寬度的矩形波）（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、 幅度都相等的波形）幅度都相等的波形）（把輸入信號(hào)延遲一定時(shí)間后輸出）（把輸入信號(hào)延遲

24、一定時(shí)間后輸出）1) 定時(shí)定時(shí) 與與 門門 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 vA vB vO vI tw t vI VOH 0 vB VOH 0 t tPo t vA VOH 0 t vO VOH 0 t w vOvAvIttttpitW2tw12) 延時(shí)延時(shí) vO vI vA 單穩(wěn)電路 單穩(wěn)電路 uiuotp3.3. 555555定時(shí)器做多諧振蕩器定時(shí)器做多諧振蕩器多諧振蕩器的特點(diǎn)：多諧振蕩器的特點(diǎn)： （1 1）不需外觸發(fā)的自激振蕩器；）不需外觸發(fā)的自激振蕩器； （2 2）無(wú)穩(wěn)定狀態(tài)，均為暫穩(wěn)態(tài)；）無(wú)穩(wěn)定狀態(tài)，均為暫穩(wěn)態(tài)； （3 3）矩形波中含有豐富的高次諧波，習(xí)慣稱多諧振蕩器。）矩形波中含有豐富

25、的高次諧波，習(xí)慣稱多諧振蕩器。外接外接R1,R2,C電路：電路：+VccRDvo+-84562713RRRRbQQC1C2TR1CR2vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2 Vcc Vcc通過通過R1R1、R2R2向向C C充電充電, ,在在 V VC C 沒有充電到?jīng)]有充電到 2 2V VCCCC/3 /3 之之 前前, ,V Vo o 保持保持 1 1 不變。不變。 當(dāng)當(dāng)V VC C2 2V VCCCC /3 /3時(shí)時(shí) V Vo o由由1 1翻轉(zhuǎn)為翻轉(zhuǎn)為 0 0 。 T T 導(dǎo)通導(dǎo)通 電容電容C C 經(jīng)經(jīng)R2R2、T T放電。放電。vC0t0tvoVCC /32VCC /3t

26、1t2t3當(dāng)當(dāng)VcVc降至降至V VCCCC /3/3時(shí)，使得時(shí)，使得 V Vo o回到回到 1 1 TT截止截止 電容電容C C 再充電再充電，進(jìn)入循環(huán)進(jìn)入循環(huán) .原理原理VCC/32VCC/3所需的時(shí)間：所需的時(shí)間：3 3/1 1V VCC3 3/ /2 2lnln2 2V VC CR Rt tCCCCw2w2= =0.70.7R R2 2C C第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度t tw1w1 ，VcVc從從V VCCCC/3/3充電上升到充電上升到2V2VCCCC/3/3所需的時(shí)間：所需的時(shí)間：第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度t tw2w2 ，V Vc c從從2V2

27、VCCCC/3/3放電下降到放電下降到 V VCCCC/3/33 3/ /2 23 3/ /1 1lnln) )( (2 21 1V VV VV VV VC CR RR Rt tCCCCCCCCCCCCCCCCw1w1- - -+ += =0.7(0.7(R R+ +R R) )C C2 21 1vOtW2tW1vc占占 空空 比：比：q=tw1/T =(R2+R1)/(2R2+R1)頻頻 率：率：f 1.43/1TR12R2)C(振蕩周期振蕩周期： Ttw1tw2 0.7(R12R2)C電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：充放電電路分開充放電電路分開充電路徑：充電路徑：tw1=RACln2放電路徑：放電路徑

28、：tw2=RBCln2占空比：占空比：q=tw1/(tw1+tw2) =RA / (RA+RB) 通過調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)R2R2來(lái)調(diào)節(jié)占空比來(lái)調(diào)節(jié)占空比vOVCCR1C0.01uF12348765R2R3RARB占空比可調(diào)多諧振蕩器占空比可調(diào)多諧振蕩器: :本節(jié)小結(jié)： 555定時(shí)器是一種多用途的集成電路。只需外接少量阻容元件便可以構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器等。此外，它還可組成其它各種實(shí)用電路。由于555定時(shí)器使用方便、靈活，有較強(qiáng)的負(fù)載能力和較高的觸發(fā)靈敏度，因此，它在自動(dòng)控制、儀器儀表、家用電器等許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。 除555單定時(shí)器外，還有雙定時(shí)器556、四定時(shí)器558等。

29、概述概述能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC；能將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。ADC和DAC是溝通模擬電路和數(shù)字電路的橋梁，也可稱之為兩者之間的接口。多路開關(guān)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)DACADC功率放大功率放大執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)加熱爐加熱爐溫度傳感器溫度傳感器信號(hào)放大信號(hào)放大多路開關(guān)7.2 數(shù)數(shù)/模和模模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換一、一、 D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理1 D /A 轉(zhuǎn) 換 器 的 基 本 原 理 和 轉(zhuǎn) 換 特 性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

30、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。uo或io輸出D/Ad0d1dn1輸入)2222(00112211o+=-ddddKunnnnu7.2.1 D/A7.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器給定數(shù)字量的給定數(shù)字量的D/AD/A轉(zhuǎn)換過程：轉(zhuǎn)換過程：按權(quán)展開，求相應(yīng)位的模擬量；按權(quán)展開，求相應(yīng)位的模擬量；相加求和，求總的模擬量；相加求和，求總的模擬量；電阻網(wǎng)絡(luò)：實(shí)現(xiàn)按權(quán)展開；電阻網(wǎng)絡(luò)：實(shí)現(xiàn)按權(quán)展開；電子開關(guān)電子開關(guān): : 給定數(shù)字量；給定數(shù)字量；求和電路求和電路: : 完成模擬量相加。完成模擬量相加。DACDAC的一般構(gòu)成：的一般構(gòu)成：存在多種網(wǎng)絡(luò)存在多種網(wǎng)絡(luò)形式。形式。由晶體管或由晶體管或MOS

31、管組成。管組成。由運(yùn)放組成由運(yùn)放組成 。76543210000 001 010 011 100 101 110 111uo(V)DD/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。理想的D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性，應(yīng)是輸出模擬量與輸入數(shù)字量成正比。即：輸出模擬電壓 uo=KuD或輸出模擬電流io=KiD。其中Ku或Ki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)。如果輸入為n位二進(jìn)制數(shù)dn-1dn-2d1d0，則輸出模擬電壓為：)2222(00112211o+=-ddddKunnnnuR2R4R8RRFI1I0I2

32、I3IREFiFiS3S0S1S2d0d3d2d1+VREFuo+RVIRVIRVIRVIREFREFREFREF=3210248 二、二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)二、二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DACDAC參參考考電電壓壓電子開關(guān)：電子開關(guān)：d d11接接“-”;d=0 -”;d=0 接接“+”+”不論不論d d接哪端（虛地或?qū)嵉兀髦冯娏鞑蛔?。接哪端（虛地或?qū)嵉兀?，各支路電流不變。求和求和電路電路電路電路R2R4R8RRFI1I0I2I3IREFiFiS3S0S1S2d0d3d2d1+VREFuo+)2222(2248001122333321033221100+=+=+=ddddRVdRVdRVdRVdRVd

33、IdIdIdIiREFREFREFREFREF440011223342)2222(22DVddddViRiRuREFREFFF-=+-=-=-=o設(shè)RF=R/2 轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理輸出輸出特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；（2）電阻品種多，阻值相差大，轉(zhuǎn)換精度低。）電阻品種多，阻值相差大，轉(zhuǎn)換精度低。 R R R 2R 2R 2R 2R 2R I1 I1 I2 I3 I0 I0 I2 I I d0 d3 d2 d1 VR B C D A RF uo + S3 S0 S1 S2 I3 P P 電路電路注注：1、電子開關(guān)置于電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)放之間。電子開關(guān)置于電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)放之間。 d di i1

34、1電流入電流入P P點(diǎn)（虛地），點(diǎn)（虛地）， d di i0 0電流入地（實(shí)地）。電流入地（實(shí)地）。 2 2、無(wú)論開關(guān)在左（實(shí)地）還是在右（虛地），、無(wú)論開關(guān)在左（實(shí)地）還是在右（虛地）， 電流不變，故無(wú)需電流建立時(shí)間。電流不變，故無(wú)需電流建立時(shí)間。三、倒三、倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)DACDAC 轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理 R R R 2R 2R 2R 2R 2R I1 I1 I2 I3 I0 I0 I2 I I d0 d3 d2 d1 VR B C D A RF uo + S3 S0 S1 S2 I3 P P 節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)A、B、C、D以左，等效電阻為以左，等效電阻為2R。 總等效電阻為總等效電阻為R

35、?？傠娏骺傠娏鱎VIR= 轉(zhuǎn)換原理（續(xù)）轉(zhuǎn)換原理（續(xù)） R R R 2R 2R 2R 2R 2R I1 I1 I2 I3 I0 I0 I2 I I d0 d3 d2 d1 VR B C D A RF uo + S3 S0 S1 S2 I3 P P RVIIR223=每過一個(gè)節(jié)點(diǎn)，電流被分流每過一個(gè)節(jié)點(diǎn)，電流被分流1/2。RVIIR442=RVIIR881=RVIIR16160= 轉(zhuǎn)換原理（續(xù)）轉(zhuǎn)換原理（續(xù)）流入流入P點(diǎn)總電流點(diǎn)總電流 R R R 2R 2R 2R 2R 2R I1 I1 I2 I3 I0 I0 I2 I I d0 d3 d2 d1 VR B C D A RF uo + S3 S

36、0 S1 S2 I3 P P RVIIR223=RVIIR4232=RVIIR8221=RVIIR16210=）（001122332222161ddddRVIR=輸出電壓輸出電壓）（001122334222221ddddFRFORRVRIV-=-=RRF取取44001122334222222DVVVRRO-=-=）（dddd常見常見DACDAC輸出公式歸納輸出公式歸納nRDVV42-=O權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)DVVRO42-=DRRVRIVFRFO-=-=421取取R Rf fR R ：001122111022222dddd+ =-=nnnnniiindDnnRDV

37、V2-=OnnRODVV2-=四、四、DACDAC常見輸出形式常見輸出形式1.1.單極性輸出方式單極性輸出方式輸出從輸出從0 0正滿度變化正滿度變化(V(VR R0)0)0)單極性反相電壓輸出單極性反相電壓輸出DAC-+I Id d0 0d d1 1d dn-1n-1V VO OR RF FnnRFOD2VRIV-=-=DAC+-I Id d0 0d d1 1d dn-1n-1V VO OR RF FR R1 1R RV V+ +V V- -)1 (1FORRRIV+=11:RRRVRIVVFO+=-+ 單極性同相電壓輸出單極性同相電壓輸出說(shuō)明說(shuō)明:單極性輸出單極性輸出DAC,DAC,輸入數(shù)字

38、量一般采用自然二進(jìn)制數(shù)輸入數(shù)字量一般采用自然二進(jìn)制數(shù). .如如:n=8:n=8時(shí)時(shí), ,數(shù)字量輸入與模擬量輸出之間的關(guān)系如下表數(shù)字量輸入與模擬量輸出之間的關(guān)系如下表: :1111111111111111 10000001100000011000000010000000 000000010000000100000000 00000000 622555RV模擬量模擬量621295RV621285RV6215RV6205RV數(shù)字量數(shù)字量nnRODVV2-=-=102niiindD-+- 為為時(shí)時(shí)為為時(shí)時(shí)ORORVVVV,;,2.2.雙極性輸出方式雙極性輸出方式說(shuō)明說(shuō)明: :輸出電壓范圍從負(fù)滿度值正滿

39、度值變化輸出電壓范圍從負(fù)滿度值正滿度值變化.(.(如如-5V-5V+5V)+5V)對(duì)應(yīng)輸入是帶有符號(hào)位的數(shù)字代碼對(duì)應(yīng)輸入是帶有符號(hào)位的數(shù)字代碼,用用1位數(shù)字作符號(hào)位位數(shù)字作符號(hào)位.在雙極性轉(zhuǎn)換中在雙極性轉(zhuǎn)換中,常用的編碼有常用的編碼有: 符號(hào)符號(hào)數(shù)值碼（符號(hào)位數(shù)值碼）數(shù)值碼（符號(hào)位數(shù)值碼） 偏移二進(jìn)制碼偏移二進(jìn)制碼 2的補(bǔ)碼的補(bǔ)碼 BCD碼碼偏移二進(jìn)制碼輸入時(shí)，輸入與輸出的關(guān)系偏移二進(jìn)制碼輸入時(shí)，輸入與輸出的關(guān)系1111111111111111 100000011000000110000000100000000111111101111111 000000010000000100000000 0

40、0000000 622555RV單極性輸出單極性輸出621295RV621285RV6215RV6205RV數(shù)字量數(shù)字量621275RV雙極性輸出雙極性輸出128127RV1281RV01280=RV1281RV128127RV128128RV有表可知：有表可知：1111111111111111 100000011000000110000000100000000111111101111111 000000010000000100000000 00000000 622555RV單極性輸出單極性輸出621295RV621285RV6215RV6205RV數(shù)字量數(shù)字量621275RV雙極性輸出雙極性

41、輸出128127RV1281RV01280=RV1281RV128127RV128128RV同樣的二進(jìn)制碼輸入，同樣的二進(jìn)制碼輸入， 偏移雙極性輸出平移半程，偏移雙極性輸出平移半程， 即輸入即輸入80H對(duì)應(yīng)輸出為對(duì)應(yīng)輸出為0。d7為符號(hào)位，為符號(hào)位，7位有效數(shù)位有效數(shù) 值位，輸出正負(fù)各半。值位，輸出正負(fù)各半。偏移碼輸入與輸出的關(guān)系：偏移碼輸入與輸出的關(guān)系：RnBOVNV) 12(1-=-雙雙)2()22() 122(RORRnBRnBOVVVVNVNV+-=+-=-=單單雙雙偏移二進(jìn)制碼輸入的偏移二進(jìn)制碼輸入的DAC電路電路)2() 122(RORnBOVVVNV+-=-=單單雙雙DAC-+I

42、 Id d0 0d d1 1d dn-1n-1V VO1O1R RF1F1V VO O-+R R2 2R R1 1R RF2F2V VR R10K10K20K20K20K20KA1A1A2A2 A1 A1完成單極性輸出，完成單極性輸出，BnRONVV21-= A2 A2完成構(gòu)成加法電路，完成雙極性輸出。完成構(gòu)成加法電路，完成雙極性輸出。五五.電路示例：電路示例：1.1.倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)集成倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)集成D/AD/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器器CB7520(AD7520)CB7520(AD7520)為為1010位的輸入位的輸入CMOSCMOS集成電路集成電路八位八位寄存器寄存器(1)輸入輸入八位八位寄存器寄存

43、器(2)輸入輸入八位八位URRfbIout1Iout2AGNDVCCuoDGND&LECSWR1WR2XFERDACD7D0.11簡(jiǎn)化電路框圖簡(jiǎn)化電路框圖2. 集成集成D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 DAC0832 2. 集成集成D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC 0832 管腳圖管腳圖CSWR1WR2AGNDAGNDD4D5D6D7D0D1D2D3VCCVRRf bDGNDDGNDLEXFERIout2Iout11234567891019181716151413121120CS 片選端片選端WR1、WR2 寫入端寫入端D7-D0 數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)輸入端XFER 轉(zhuǎn)移控制端轉(zhuǎn)移控制端LE 鎖存使

44、能端鎖存使能端Iout2Iout1 電流輸出端電流輸出端VR 參考電壓端參考電壓端Rf b 內(nèi)部反饋電內(nèi)部反饋電 阻引出端阻引出端 2. 集成集成D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832 vO +5V RFB IOUT1 IOUT2 D0 D7 CS WR1 XFER WR2 DAC 0832 VCC LE 8031 P0.0 P0.7 P2.6 WR DAC0832與微處理器相連與微處理器相連（1）分辨率）分辨率分辨率用輸入二進(jìn)制數(shù)的有效位數(shù)表示。在分辨率為分辨率用輸入二進(jìn)制數(shù)的有效位數(shù)表示。在分辨率為n位的位的D/A轉(zhuǎn)換器中，輸出電壓能區(qū)分轉(zhuǎn)換器中，輸出電壓能區(qū)分2n個(gè)不同的輸入二進(jìn)制代碼狀個(gè)不同

45、的輸入二進(jìn)制代碼狀態(tài)，能給出態(tài)，能給出2n個(gè)不同等級(jí)的輸出模擬電壓。個(gè)不同等級(jí)的輸出模擬電壓。分辨率也可以用分辨率也可以用D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓的比值來(lái)表示。的比值來(lái)表示。10位位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為：轉(zhuǎn)換器的分辨率為：（2）轉(zhuǎn)換誤差）轉(zhuǎn)換誤差D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差是指輸出模擬電壓的實(shí)際值與理想值轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換誤差是指輸出模擬電壓的實(shí)際值與理想值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。001. 01023112110=-六.D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)1.轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度（1）輸出建立時(shí)間）輸出建立時(shí)間從輸入數(shù)字信號(hào)起，到輸出電壓或

46、電從輸入數(shù)字信號(hào)起，到輸出電壓或電流到達(dá)穩(wěn)定值時(shí)所需要的時(shí)間，稱為輸流到達(dá)穩(wěn)定值時(shí)所需要的時(shí)間，稱為輸出建立時(shí)間。出建立時(shí)間。2.2.轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度 滿度電壓 0 vO - 1 2 LSB + 1 2 LSB tset t （1）波形產(chǎn)生電路）波形產(chǎn)生電路 IOUT1 IOUT2 RF O1 + + IOUT1 IOUT2 O2 RF VREF AD7520 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 I VREF AD7520 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 D9 Q0 Q1Q2 Q3Q4Q5Q6 Q7Q8 Q9 10 位位可可逆逆計(jì)計(jì)算算器器 加加/

47、減減 CP 計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)脈脈沖沖 加加減減控控制制 電電路路 9REF1i10022iOiVD= -2912REF1022iiiODV=七七. DAC應(yīng)用應(yīng)用A1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963ROMD/A計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)器器CP計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈沖送示波器送示波器34 o可編程數(shù)字波形發(fā)生器可編程數(shù)字波形發(fā)生器A1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963t o0（

48、2）數(shù)字式可編程增益控制電路）數(shù)字式可編程增益控制電路 a2 a9 O a0 a1 2R 2R 2R 2R R R R a10 a11 R R R I 2R 2R 2R + RF IOUT1 IOUT2 VREF DaaaVVAiou12010101111122)22(2=+-=FiFRVI=)22(201010111112aaaRVIoi+=0=+FiII6.3.2 A/D A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器(ADC)(ADC)A/D A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器(ADC)(ADC)是將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的裝置。是將輸入模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的裝置。按工作原理分類按工作原理分類并行比較型并行比較型逐次逼近

49、型逐次逼近型雙積分型雙積分型V/FV/F轉(zhuǎn)換型轉(zhuǎn)換型按轉(zhuǎn)換方式分類按轉(zhuǎn)換方式分類直接轉(zhuǎn)換直接轉(zhuǎn)換逐次逼近型逐次逼近型雙積分型雙積分型V/FV/F轉(zhuǎn)換型轉(zhuǎn)換型間接轉(zhuǎn)換間接轉(zhuǎn)換并行比較型并行比較型一、轉(zhuǎn)換原理一、轉(zhuǎn)換原理 模擬信號(hào)（模擬信號(hào)（A A）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)（）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)（D D）需要時(shí)間，所以轉(zhuǎn)）需要時(shí)間，所以轉(zhuǎn)換時(shí)間上是離散的；另一方面，模擬信號(hào)輻值連續(xù)，數(shù)字信換時(shí)間上是離散的；另一方面，模擬信號(hào)輻值連續(xù)，數(shù)字信號(hào)輻值離散。所以號(hào)輻值離散。所以A/DA/D轉(zhuǎn)換需要做的是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行輻值離轉(zhuǎn)換需要做的是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行輻值離散和時(shí)間離散。散和時(shí)間離散。 dn-1d1d0數(shù)字量輸出(n位

50、)ADC的數(shù)字化編碼電路 CPS SCADC采樣-保持電路采樣展寬信號(hào)輸入模擬電壓ui(t)us(t)時(shí)間離散時(shí)間離散采樣、保持采樣、保持輻值離散輻值離散量化、編碼量化、編碼采樣電路采樣電路要求要求在采樣時(shí)間內(nèi)，信號(hào)維持不變，以提供足夠的轉(zhuǎn)換時(shí)間。在采樣時(shí)間內(nèi)，信號(hào)維持不變，以提供足夠的轉(zhuǎn)換時(shí)間。采樣后保持原信號(hào)特征。采樣后保持原信號(hào)特征。采樣定理采樣定理max2iSff 采樣頻率大于采樣頻率大于2倍輸入倍輸入信號(hào)頻率的最大值。信號(hào)頻率的最大值。 fs2 fi(max) 采樣頻率采樣頻率:每秒鐘采樣的次數(shù)每秒鐘采樣的次數(shù)輸入信號(hào)輸入信號(hào)Vi的最高頻率的最高頻率分量的頻率分量的頻率VitVs香農(nóng)

51、采樣定理：香農(nóng)采樣定理：為了保證采樣信號(hào)為了保證采樣信號(hào)Vs能正確地表示模擬輸入信能正確地表示模擬輸入信號(hào)號(hào)Vi，必須滿足：，必須滿足：采樣保持電路采樣保持電路 VL R1 + Vi Vo C V A VC Vo , Vi Vo Vi 0 (a) 電路圖 (b) 波形圖 t0 t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 t10 t11 t Rf VL采樣脈沖信號(hào) VL=1時(shí)：時(shí)：V導(dǎo)通，導(dǎo)通，VoVcViV采樣開關(guān)，采樣開關(guān)，R1RfVL=0時(shí)：時(shí)：V截止，截止，Vc（Vo）在短時(shí)內(nèi)保持不變。）在短時(shí)內(nèi)保持不變。 集成芯片集成芯片LF198：采樣保持放大器，原理如上，：采樣保持放大器

52、，原理如上，前端有隔離放大器。前端有隔離放大器。 量化編碼量化編碼 為了產(chǎn)生量化編碼，在設(shè)計(jì)（或選擇）為了產(chǎn)生量化編碼，在設(shè)計(jì)（或選擇）A/D器件時(shí)，首先應(yīng)器件時(shí)，首先應(yīng)確定最小量化單位，即單位數(shù)字量所代表的模擬量。確定最小量化單位，即單位數(shù)字量所代表的模擬量。 如量化單位用如量化單位用表示，量化過程為：表示，量化過程為：把要轉(zhuǎn)換的模擬量除把要轉(zhuǎn)換的模擬量除，得：，得：整數(shù)部分，用二進(jìn)制表示，即得轉(zhuǎn)換數(shù)字量。整數(shù)部分，用二進(jìn)制表示，即得轉(zhuǎn)換數(shù)字量。余數(shù)部分，即量化誤差。余數(shù)部分，即量化誤差。 誤差處理：四舍五入誤差處理：四舍五入誤差小。誤差小。 只舍不入只舍不入誤差大。誤差大。量化單位越小量化

53、單位越小轉(zhuǎn)換位數(shù)越多轉(zhuǎn)換位數(shù)越多量化誤差越小。量化誤差越小。例例:試用三位二進(jìn)制代碼對(duì)試用三位二進(jìn)制代碼對(duì)01V的電壓進(jìn)行的電壓進(jìn)行 量化與編碼量化與編碼(取取=1/8V,量化誤差為量化誤差為=1/8V)01/8V7/8V2/8V3/8V4/8V5/8V6/8V1V0 0001 0012 0103 0114 1005 1016 1107 111 Vi 量化結(jié)果量化結(jié)果 編碼結(jié)果編碼結(jié)果如果如果取取=2/15V,量化誤差為量化誤差為/2=1/15V01/15V13/15V3/15V5/15V7/15V9/15V11/15V1V0 0001 0012 0103 0114 1005 1016 110

54、7 111 Vi 量化結(jié)果量化結(jié)果 編碼結(jié)果編碼結(jié)果3. 關(guān)于量化誤差關(guān)于量化誤差用用 表示最小量化單位。表示最小量化單位。 是數(shù)字信號(hào)最低位為是數(shù)字信號(hào)最低位為1時(shí)所對(duì)應(yīng)時(shí)所對(duì)應(yīng)的模擬量，即的模擬量，即1LSB任意采樣電壓不一定都能被任意采樣電壓不一定都能被 整除，所以量化后不可避免整除，所以量化后不可避免地存在量化誤差地存在量化誤差 量化誤差是原理性誤差，因而無(wú)法消除。量化誤差是原理性誤差，因而無(wú)法消除。ADC的位數(shù)越多，的位數(shù)越多，各離散電平之間的差值越小，量化誤差越小各離散電平之間的差值越小，量化誤差越小兩種量化方式：只舍不入和四舍五入兩種量化方式：只舍不入和四舍五入任何一個(gè)數(shù)字量的大

55、小只能任何一個(gè)數(shù)字量的大小只能 的整數(shù)倍的整數(shù)倍 R I VREF R CP R R R R R R + C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6 + C7 C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 1D C1 Q I7 1D C1 Q I6 1D C1 Q I5 1D C1 Q I4 1D C1 Q I3 1D C1 Q I2 1D C1 Q I1 D0 D1 D2 優(yōu)優(yōu)先先編編碼碼器器 (LSB)(MSB)0 電壓比較器電壓比較器輸入模擬電壓輸入模擬電壓精密電阻網(wǎng)絡(luò)精密電阻網(wǎng)絡(luò)（23個(gè)電阻）個(gè)電阻）D觸發(fā)器觸發(fā)器VREF/82VREF/84VREF/85VREF/86VREF

56、/83VREF/87VREF/8輸出輸出數(shù)字?jǐn)?shù)字量量 VR 二進(jìn)制 編 碼 7 8 VR 7q R 111 6 8 VR 6q R 110 5 8 VR 5q R 101 4 8 VR 4q R 100 3 8 VR 3q R 011 2 8 VR 2q R 010 1 8 VR 1q R 001 R 000 量化 電平 等效量 化單位 0q 0 二、并聯(lián)比較型二、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器精密參考電壓精密參考電壓代碼轉(zhuǎn)換器代碼轉(zhuǎn)換器 R/2 VR 二進(jìn)制 編 碼 7 8 VR 7q R 111 6 8 VR 6q R 110 5 8 VR 5q R 101 4 8 VR 4q R 100

57、3 8 VR 3q R 011 2 8 VR 2q R 010 1 8 VR 1q R 001 R 000 (a) 量化 電平 等效量 化單位 VR 二進(jìn)制 編 碼 13 14 VR R/2 111 11 14 VR R 110 9 14 VR R 101 7 14 VR R 100 5 14 VR R 011 3 14 VR R 010 1 14 VR R 001 000 (b) 量化 電平 等效量 化單位 0q 0 6.5q 5.5q 4.5q 3.5q 2.5q 1.5q 0.5q 0q 0 R/2 VR 二進(jìn)制 編 碼 13 15 VR R 111 11 15 VR R 110 9 1

58、5 VR R 101 7 15 VR R 100 5 15 VR R 011 3 15 VR R 010 1 15 VR R 001 000 (c) 量化 電平 等效量 化單位 6.5q 5.5q 4.5q 3.5q 2.5q 1.5q 0.5q 0q 0 R I VR E F R C P R R R R R R /2 + C1 + C2 + C3 + C4 + C5 + C6 + C7 C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1 1 D C 1 Q I7 1 D C 1 Q I6 1 D C 1 Q I5 1 D C 1 Q I4 1 D C 1 Q I3 1 D C 1 Q I2 1 D C

59、 1 Q I1 D0 D1 D2 優(yōu)優(yōu)先先編編碼碼器器 (L S B )(M S B )0 11VREF/159VREF/1513VREF/157VREF/153VREF/15VREF/155VREF/15VI=8VREF/1511110000001111I7的優(yōu)先級(jí)最高的優(yōu)先級(jí)最高001 vI I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 D2 D1 D0 7VREF/15 vI 9VREF/15 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0 9VREF/15 vI 11VREF/15 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 5VREF/15 vI 7VREF/15 0 0 0 0 1 1 1 0 1

60、 1 3VREF /15 vI 5VREF/15 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 11VREF/15 vI 13VREF/15 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 13VREF/15 vI 15VREF/15 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 VREF/15 vI 3VREF/15 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 vI VREF/15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 根據(jù)各比較器的參考電壓值，可以確定輸入模擬電壓值與各根據(jù)各比較器的參考電壓值，可以確定輸入模擬電壓值與各比較器輸出狀態(tài)的關(guān)系比較器輸出狀態(tài)的關(guān)系 比較器的輸出狀態(tài)由比較器的輸出狀態(tài)由D D觸發(fā)器存儲(chǔ)，經(jīng)優(yōu)先編碼器編碼，得觸發(fā)器存儲(chǔ)，經(jīng)優(yōu)