第七章模擬與數(shù)字混合系統(tǒng)及應(yīng)用

第七章模擬與數(shù)字混合系統(tǒng)及應(yīng)用7.1555定時器及應(yīng)用7.2D/A轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換

數(shù)字電路區(qū)別于模擬電路的主要特點之一是：它的工作信號是離散的脈沖信號。最常用的脈沖信號是方波(矩形波)。如何產(chǎn)生方波以及對不理想的方波如何整形，是本節(jié)討論的重點。背景：7.1555定時器的原理和應(yīng)用脈沖電路分類：脈沖電路作用：脈沖波形的產(chǎn)生和整形。脈沖電路構(gòu)成：開關(guān)電路+RC電路破壞電路的穩(wěn)態(tài)，產(chǎn)生暫態(tài)?？刂茣悍€(wěn)態(tài)時間的變化規(guī)律。脈沖電路與數(shù)字電路的比較：單穩(wěn)態(tài)電路（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）多諧振蕩（無穩(wěn)態(tài)）電路施密特電路（施密特觸發(fā)器）★數(shù)字信號的波形也是一種脈沖電路★脈沖電路側(cè)重波形，數(shù)字電路側(cè)重邏輯關(guān)系。電容充放電知識復(fù)習(xí)：(1)電容兩端的電壓不能突變，Vc（0＋）＝Vc（0－），電容充放電需要時間，有過渡過程，其時間長短只與τ＝RC有關(guān),工程上取(4～5)τ；（2）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)，C支路電流為0，阻抗很大，相當(dāng)開路；（3）簡單RC電路中，各處電壓、電流均按指數(shù)規(guī)律變化；（4）在簡單RC電路中)(tvC＋=)(vC∞-)(vC∞)0(vC+［］eτt)()()0()(lntvvvvτtCCCC--∞=+∞或7.1555定時器的原理和應(yīng)用(續(xù)）

555定時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,帶負(fù)載能力較強,目前得到了非常廣泛的應(yīng)用。單定時器雙極型——最后3位數(shù)555單極型——最后4位數(shù)7555雙定時器雙極型——最后3位數(shù)556單極型——最后4位數(shù)7556型號：一、555定時器的電路結(jié)構(gòu)和基本功能

555定時器的內(nèi)部電路包括以下幾部分:①兩個電壓比較器:C1、C2;②一個基本RS觸發(fā)器;③一個放電晶體管T；④由三個相等電阻組成的分壓器;⑤一個反相器等。1.電路結(jié)構(gòu)低電平觸發(fā)端高電平觸發(fā)端電壓控制端復(fù)位端低電平有效放電端5～16V輸出端地vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T電源電壓范圍:5V~16V555定時器的管腳圖12345678555VCCDTHCOGNDTRVoRD電源放電閾值電控壓制地觸發(fā)輸出復(fù)位2.基本功能vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2T

三個電阻構(gòu)成的分壓器給兩個比較器提供基準(zhǔn)電壓:分別為和。001vo++--84562713＆＆1RRRRbTHCOTRDQQ+VccRDC1C2TbTHCOTRD+VccRDvo++--84562713＆＆1RRRRQQC1C2＞2/3VCC＞1/3VCC00011THCOTRD+VccRDvo++--84562713＆＆1RRRRQQC1C2＜2VCC/3＞VCC/311010bTHCOTRD+VccRDuo++--84562713＆＆1RRRRQQC1C2＜2VCC/3<VCC/310110b×2VCC/3VCC

/3大于小于保持保持1大于2VCC/3VCC/3大于10導(dǎo)通00導(dǎo)通2VCC

/3VCC

/3小于小于11截止閾值端觸發(fā)端THTRRD晶體管Tvo綜合以上的分析結(jié)果,便可得到555的功能表:1.555定時器做施密特觸發(fā)器施密特觸發(fā)器的特點：（1）雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有兩個穩(wěn)定的狀態(tài)；（2）電平觸發(fā)——電壓達(dá)到某個值時電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)；（3）具有滯回電壓傳輸特性——回差特性（兩次翻轉(zhuǎn)輸入電平不同）；二、555定時器的基本應(yīng)用555定時器應(yīng)用范圍非常廣泛，可以做施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器等。

⑴電路：2，6端連在一起作為信號輸入端+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2vIVcc1

vo1VI<1/3VCC時，C1輸出高電平，C2輸出低電平，VO=1VI>2/3VCC時，C1輸出低電平，C2輸出高電平，VO=0構(gòu)成集電極開路型輸出端。Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓調(diào)節(jié)回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3⑵工作原理：（a）當(dāng)Vi＝0時，由于比較器C1=1、C2=0，觸發(fā)器置1，即Q＝1、0=Q，。升高時，在未到達(dá)2Vcc/3以前，的狀態(tài)不會改變。VO＝1ViVO＝1Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓調(diào)節(jié)回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3（b）vi升高到2VCC/3時，比較器C1輸出為0、C2輸出為1，觸發(fā)器置0，即Q＝0、1=Q，vo=0。此后，vi上升到VCC，然后再降低，但在未到達(dá)VCC/3以前，vo＝0的狀態(tài)不會改變。（a）當(dāng)vi＝0時，由于比較器C1=1、C2=0，觸發(fā)器置1，即Q＝1、0=Q，vo＝1。vi升高時，在未到達(dá)2VCC/3以前，vo＝1的狀態(tài)不會改變。Rvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓調(diào)節(jié)回差vivott00UT+UT－2VCC/3VCC/3（c）vi下降到VCC/3時，比較器C1輸出為1、C2輸出為0，觸發(fā)器置1，即Q＝1、0=Q，vo=1。此后，vi繼續(xù)下降到0，但vo＝1的狀態(tài)不會改變。（b）vi升高到2VCC/3時，比較器C1輸出為0、C2輸出為1，觸發(fā)器置0，即Q＝0、1=Q，vo=0。此后，vi上升到VCC，然后再降低，但在未到達(dá)VCC/3以前，vo＝0的狀態(tài)不會改變。（a）當(dāng)vi＝0時，由于比較器C1=1、C2=0，觸發(fā)器置1，即Q＝1、0=Q，vo＝1。vi升高時，在未到達(dá)2VCC/3以前，vo＝1的狀態(tài)不會改變。下降閾值電壓vovi(b)邏輯符號(a)傳輸特性VT－VT+上升閾值電壓回差電壓（滯后電壓）：VT+=2/3VCC;VT-=1/3VCCΔVT＝VT＋－VT－=1/3VCCvIvO②在7腳外接一電阻，并與VCC1相連，

vO=1時，vO1=Vcc1;vO=0時，vO1=0，

可以實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。①在5腳上加控制電壓VCO可以改變VT+,VT-，以調(diào)節(jié)回差電壓的大小。VT+=VCOVT-=1/2VCORvi8467

5553251vo1+VCC+VCC1vovCO控制電壓調(diào)節(jié)回差說明：⑶施密特觸發(fā)器的應(yīng)用：①波形變換——三角波、正弦波變換成方波（同相輸出）vItvOtVT+VT-VT+VT-vItvOt正弦波→方波三角波→方波調(diào)節(jié)VT+,VT-可以改變寬度②波形整形——消除噪聲干擾vItvOtVT+VT-vItvOtVT+VT-回差電壓比較小回差電壓比較大③幅度鑒別vItvOtVT+VT-可以調(diào)節(jié)VT+作為鑒別門限④構(gòu)成多諧振蕩器1vIvO555定時器的基本應(yīng)用(續(xù)）2.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點①電路有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)。②在外來觸發(fā)脈沖作用下，電路由穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)。③暫穩(wěn)態(tài)是一個不能長久保持的狀態(tài)，經(jīng)過一段時間后，電路會自動返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間與觸發(fā)脈沖無關(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)暫穩(wěn)態(tài)由外界觸發(fā)自動返回學(xué)習(xí)的重點:為什么會自動返回?需多少時間?圖示暫穩(wěn)態(tài)：RC⑴單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路：外接RC+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2vITb+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvIT截止時，對C充電T導(dǎo)通時，C放電⑵工作原理：可以在5腳外接控制電壓，以改變放電閥值。VTHVCbTVC>2/3VCC時，Vo＝0，T導(dǎo)通，C放電。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止2/3VCCtvi00vCt0vot①穩(wěn)態(tài)（VI＝1，Vo=0）vIvOVCCRCvC0.01uF12348765接通VCC后,C充電，當(dāng)vc上升到2VCC/3時:→比較器C1=0，將觸發(fā)器置0，→Vo＝0?！鶷導(dǎo)通，C放電,vc≈0→電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止2/3VCCvIvOVCCRCvC0.01uF12348765

②外觸發(fā):ViVi＜1/3VCC，→比較器C2＝0，觸發(fā)器置1，→Vo＝1→T截止，C充電→電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。tvi00vCt0votV6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止T截止，C充電，當(dāng)vc上升到2/3VCC時:→比較器C1=0，觸發(fā)器置0，→Vo＝0→T導(dǎo)通，C放電,vc≈0電路→電路返回穩(wěn)態(tài)。vIvOVCCRCvC0.01uF12348765V6=VTHV2=VTRVoT>2/3VCC>1/3VCC0導(dǎo)通<2/3VCC>1/3VCC保持保持<2/3VCC<1/3VCC1截止2/3VCCtvi00vCt0vot

③自動返回（VI＝1）:由以上過程可以看出:每來一次負(fù)脈沖,vo便輸出一個正脈沖,其寬度tW

由RC決定。vIvOVCCRCvC0.01uF123487652/3VCCtvi00vC0votttW

⑶輸出脈沖寬度twtw是Vc從0指數(shù)上升到2VCC/3時所需的時間注意:tw寬度的增加，將降低定時精度和穩(wěn)度。

tw的范圍為幾秒到幾分鐘。2/3VCCtvi00vC0votttWtw＝1.1RC2/3VccvCvI(S)vO在充電過程中vI0←→1變化,C1=1,C2=0/1,Q保持為1，電路狀態(tài)不變（T截止，C保持充電狀態(tài)）。多次觸發(fā)時的情況：故該電路為不可重復(fù)觸發(fā)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器：①電路圖：⑷可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvITbT1⑷可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)）+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvITbT1②工作過程b.觸發(fā)時:a.穩(wěn)態(tài)時:VI=1,T1截止,電路狀態(tài)同普通單穩(wěn)。VI=0，電路觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，Vo＝1VI=0期間,T1導(dǎo)通,電容不能充電。VI=1后，T1截止,電容開始充電。⑷可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（續(xù)）+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRQQC1C2RCvITbT1②工作過程（續(xù)）c.重復(fù)觸發(fā)時:當(dāng)Vc<2/3VCC(電路仍處暫態(tài))時，若VI又進(jìn)行觸發(fā)(VI=0),則C通過T1放電,電路將維持在暫態(tài),直到在tW時間內(nèi)沒有新的觸發(fā),電路回到穩(wěn)態(tài)。a.穩(wěn)態(tài)時:b.觸發(fā)時:vI③可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的波形圖：vCvOVTHVCC失落脈沖檢測儀觸發(fā)過程：c.VI=1

→電容開始充電e.重復(fù)觸發(fā)：電容充電過程中VI=0,電容放電，VI=1后，再次充電→→實現(xiàn)可重復(fù)觸發(fā)。a.

VI=1,穩(wěn)態(tài)→VO=0tWtWb.

VI=0,觸發(fā)→VO=1

→進(jìn)入暫態(tài)d.VC>2/3Vcc→Q=0,→VO=0,恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，

→T導(dǎo)通,電容放電⑸單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用一般用于定時（產(chǎn)生一定寬度的矩形波）整形（把不規(guī)則的波形轉(zhuǎn)換成寬度、幅度都相等的波形）延時（把輸入信號延遲一定時間后輸出）1)定時

twtw

vOvAvIttttpitW2tw12)延時3)整形3.

555定時器做多諧振蕩器多諧振蕩器的特點：（1）不需外觸發(fā)的自激振蕩器；（2）無穩(wěn)定狀態(tài)，均為暫穩(wěn)態(tài)；（3）矩形波中含有豐富的高次諧波，習(xí)慣稱多諧振蕩器。外接R1,R2,C⑴電路：+VccRDvo++--84562713＆＆＆RRRRbQQC1C2TR1CR2vOVCCR1CvC0.01uF12348765R2

①Vcc通過R1、R2向C充電,在

VC沒有充電到2VCC/3之前,Vo

保持

1不變。②

當(dāng)VC＝2VCC/3時→Vo由1翻轉(zhuǎn)為

0?！鶷導(dǎo)通→電容C經(jīng)R2、T放電。vC0t0tvoVCC/32VCC/3t1t2t3③當(dāng)Vc降至VCC

/3時，使得→Vo回到1

→T截止

→電容C再充電，進(jìn)入循環(huán)...⑵原理VCC/32VCC/3所需的時間：3/1VCC3/2ln2VCRtCCw2=≈0.7R2C第一個暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度tw1，Vc從VCC/3充電上升到2VCC/3所需的時間：第二個暫穩(wěn)態(tài)的脈沖寬度tw2，Vc從2VCC/3放電下降到VCC/33/23/1ln)(21VVVVCRRtCCCCCCCCw1--+=≈0.7(R+R)C21vOtW2tW1vc占空比：q=tw1/T=(R2+R1)/(2R2+R1)頻率：f＝≈1.43/1TR1＋2R2)C(振蕩周期：T＝tw1＋tw2≈0.7(R1＋2R2)C電路特點：充放電電路分開充電路徑：tw1=RACln2放電路徑：tw2=RBCln2占空比：q=tw1/(tw1+tw2)=RA/(RA+RB)

通過調(diào)節(jié)R2來調(diào)節(jié)占空比vOVCCR1C0.01uF12348765R2R3RARB⑶占空比可調(diào)多諧振蕩器:本節(jié)小結(jié)：

555定時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用電路。由于555定時器使用方便、靈活，有較強的負(fù)載能力和較高的觸發(fā)靈敏度，因此，它在自動控制、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單定時器外，還有雙定時器556、四定時器558等。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。7.2數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換一、D/A轉(zhuǎn)換器的基本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，這樣便實現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換?；驹?.2.1D/A轉(zhuǎn)換器給定數(shù)字量的D/A轉(zhuǎn)換過程：⑴按權(quán)展開，求相應(yīng)位的模擬量；⑵相加求和，求總的模擬量；⑴電阻網(wǎng)絡(luò)：實現(xiàn)按權(quán)展開；⑵電子開關(guān):給定數(shù)字量；⑶求和電路:完成模擬量相加。DAC的一般構(gòu)成：存在多種網(wǎng)絡(luò)形式。由晶體管或MOS管組成。由運放組成。轉(zhuǎn)換特性D/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=Ku×D或輸出模擬電流io=Ki×D。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-2…d1d0，則輸出模擬電壓為：二、二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC參考電壓電子開關(guān)：d＝1→接“-”;d=0→接“+”不論d接哪端（虛地或?qū)嵉兀?，各支路電流不變。求和電路⒈電路設(shè)RF=R/2⒉轉(zhuǎn)換原理⒊輸出特點：（1）結(jié)構(gòu)簡單；（2）電阻品種多，阻值相差大，轉(zhuǎn)換精度低。⒈電路注：1、電子開關(guān)置于電阻網(wǎng)絡(luò)和運放之間。di＝1電流入P點（虛地），di＝0電流入地（實地）。2、無論開關(guān)在左（實地）還是在右（虛地），電流不變，故無需電流建立時間。三、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC⒉轉(zhuǎn)換原理①節(jié)點A、B、C、D以左，等效電阻為2R?？偟刃щ娮铻镽。②總電流⒉轉(zhuǎn)換原理（續(xù)）③每過一個節(jié)點，電流被分流1/2。⒉轉(zhuǎn)換原理（續(xù)）④流入P點總電流⑤輸出電壓常見DAC輸出公式歸納權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)取Rf＝R：四、DAC常見輸出形式1.單極性輸出方式輸出從0～正滿度變化(VR<0)或輸出從0～負(fù)滿度變化(VR>0)①單極性反相電壓輸出DAC--+I∑d0d1dn-1VORFDAC+--I∑d0d1dn-1VORFR1RV+V-②單極性同相電壓輸出說明:單極性輸出DAC,輸入數(shù)字量一般采用自然二進(jìn)制數(shù).如:n=8時,數(shù)字量輸入與模擬量輸出之間的關(guān)系如下表:11111111●●1000000110000000●●0000000100000000模擬量數(shù)字量2.雙極性輸出方式說明:①輸出電壓范圍從負(fù)滿度值～正滿度值變化.(如-5V～+5V)②對應(yīng)輸入是帶有符號位的數(shù)字代碼,用1位數(shù)字作符號位.③在雙極性轉(zhuǎn)換中,常用的編碼有:符號—數(shù)值碼（符號位＋數(shù)值碼）偏移二進(jìn)制碼2的補碼BCD碼⑴偏移二進(jìn)制碼輸入時，輸入與輸出的關(guān)系11111111●●100000011000000001111111●●0000000100000000單極性輸出數(shù)字量雙極性輸出有表可知：11111111●●100000011000000001111111●●0000000100000000

單極性輸出數(shù)字量雙極性輸出①同樣的二進(jìn)制碼輸入，偏移雙極性輸出平移半程，即輸入80H對應(yīng)輸出為0。②d7為符號位，7位有效數(shù)值位，輸出正負(fù)各半。③偏移碼輸入與輸出的關(guān)系：⑵偏移二進(jìn)制碼輸入的DAC電路DAC--+I∑d0d1dn-1VO1RF1VO--+R2R1RF2VR10KΩ20KΩ20KΩA1A2①A1完成單極性輸出，②A2完成構(gòu)成加法電路，完成雙極性輸出。五.電路示例：1.倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)集成D/A轉(zhuǎn)換器CB7520(AD7520)為10位的輸入CMOS集成電路八位寄存器(1)輸入八位寄存器(2)輸入八位－＋＋URRfbIout1Iout2AGNDVCCuoDGND&LECSWR1WR2XFERDACD7D0......11簡化電路框圖2.集成D/A轉(zhuǎn)換器DAC08322.集成D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832管腳圖CSWR1WR2AGNDD4D5D6D7D0D1D2D3VCCVRRfbDGNDLEXFERIout2Iout11234567891019181716151413121120CS片選端WR1、WR2寫入端D7--D0數(shù)據(jù)輸入端XFER轉(zhuǎn)移控制端LE鎖存使能端Iout2Iout1電流輸出端VR

參考電壓端Rfb

內(nèi)部反饋電阻引出端2.集成D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832與微處理器相連（1）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n位的D/A轉(zhuǎn)換器中，輸出電壓能區(qū)分2n個不同的輸入二進(jìn)制代碼狀態(tài)，能給出2n個不同等級的輸出模擬電壓。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的比值來表示。10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為：（2）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際值與理想值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。六.D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)1.轉(zhuǎn)換精度（1）輸出建立時間從輸入數(shù)字信號起，到輸出電壓或電流到達(dá)穩(wěn)定值時所需要的時間，稱為輸出建立時間。2.轉(zhuǎn)換速度

（1）波形產(chǎn)生電路

七.DAC應(yīng)用A1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963ROMD/A計數(shù)器CP計數(shù)脈沖送示波器34o可編程數(shù)字波形發(fā)生器A1A2A0D3D2D1D0D/A01000000000001111111111100000000000000000000001111111111124812963t

o0（2）數(shù)字式可編程增益控制電路6.3.2

A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)是將輸入模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的裝置。按工作原理分類并行比較型逐次逼近型雙積分型V/F轉(zhuǎn)換型按轉(zhuǎn)換方式分類直接轉(zhuǎn)換逐次逼近型雙積分型V/F轉(zhuǎn)換型間接轉(zhuǎn)換并行比較型一、轉(zhuǎn)換原理

模擬信號（A）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號（D）需要時間，所以轉(zhuǎn)換時間上是離散的；另一方面，模擬信號輻值連續(xù)，數(shù)字信號輻值離散。所以A/D轉(zhuǎn)換需要做的是對模擬信號進(jìn)行輻值離散和時間離散。時間離散→采樣、保持輻值離散→量化、編碼⒈采樣電路⑴要求①在采樣時間內(nèi)，信號維持不變，以提供足夠的轉(zhuǎn)換時間。②采樣后保持原信號特征。⑵采樣定理采樣頻率大于2倍輸入信號頻率的最大值。①②③⑦①②④⑤⑥⑧

fs≥2fi(max)

采樣頻率:每秒鐘采樣的次數(shù)輸入信號Vi的最高頻率分量的頻率VitVs香農(nóng)采樣定理：為了保證采樣信號Vs能正確地表示模擬輸入信號Vi，必須滿足：⑶采樣保持電路①VL=1時：V導(dǎo)通，Vo＝Vc＝－ViV－采樣開關(guān)，R1＝Rf②VL=0時：V截止，Vc（Vo）在短時內(nèi)保持不變。集成芯片LF198：采樣保持放大器，原理如上，前端有隔離放大器。⒉量化編碼為了產(chǎn)生量化編碼，在設(shè)計（或選擇）A/D器件時，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。如量化單位用△表示，量化過程為：把要轉(zhuǎn)換的模擬量除△，得：①整數(shù)部分，用二進(jìn)制表示，即得轉(zhuǎn)換數(shù)字量。②余數(shù)部分，即量化誤差。誤差處理：四舍五入——誤差小。只舍不入——誤差大。量化單位越小→轉(zhuǎn)換位數(shù)越多→量化誤差越小。例:試用三位二進(jìn)制代碼對0—1V的電壓進(jìn)行

量化與編碼(取△=1/8V,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

編碼結(jié)果如果取△=2/15V,量化誤差為△/2=1/15V01/15V13/15V3/15V5/15V7/15V9/15V11/15V1V0△0001△0012△0103△0114△1005△1016△1107△111

Vi量化結(jié)果

編碼結(jié)果3.關(guān)于量化誤差用表示最小量化單位。是數(shù)字信號最低位為1時所對應(yīng)的模擬量，即1LSB任意采樣電壓不一定都能被整除，所以量化后不可避免地存在量化誤差量化誤差是原理性誤差，因而無法消除。ADC的位數(shù)越多，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任何一個數(shù)字量的大小只能的整數(shù)倍電壓比較器輸入模擬電壓精密電阻網(wǎng)絡(luò)（23個電阻）D觸發(fā)器VREF/82VREF/84VREF/85VREF/86VREF/83VREF/87VREF/8輸出數(shù)字量二、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器精密參考電壓代碼轉(zhuǎn)換器11VREF/159VREF/1513VREF/157VREF/153VREF/15VREF/155VREF/15VI=8VREF/1511110000001111I7的優(yōu)先級最高001

vI

I7I6I5I4I3I2I1

D2D1D0

7VREF/15

vI9VREF/15

0001111100

9VREF/15

vI11VREF/15

0011111101

5VREF/15

vI7VREF/15

0000111011

3VREF/15

vI

5VREF/15000001101011VREF/15

vI13VREF/15

011111111013VREF/15

vI15VREF/15

1111111111

VREF/15

vI

3VREF/15

0000001001

0vIVREF/15

0000000000

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

比較器的輸出狀態(tài)由D觸發(fā)器存儲，經(jīng)優(yōu)先編碼器編碼，得到數(shù)字量輸出。并聯(lián)比較型ADC特點：轉(zhuǎn)換速度快；結(jié)構(gòu)復(fù)雜。逐次逼近轉(zhuǎn)換過程與用天平稱物重非常相似所加砝碼重量第一次第二次第三次第四次再加4克再加2克再加1克8克砝碼總重<待測重量Wx，8克砝碼保留砝碼總重仍<待測重量Wx，4克砝碼保留砝碼總重>待測重量Wx，2克砝碼撤除砝碼總重＝待測重量Wx，1克砝碼保留

結(jié)果8克12克12克13克

所用砝碼重量：8克、4克、2克和1克設(shè)待秤重量Wx=13克。稱重過程

三.逐次比較型ADC逐次漸近型ADC框圖DAC逐次漸近寄存器輸出寄存器脈沖源+-CVLVsVoVBCP控制邏輯

轉(zhuǎn)換原理

100…0100…0I

≥VREF/2

1I

<VREF/2

0010…0110…0I

≥3/4VREF

1010I

<3/4VREF

轉(zhuǎn)換原理

001…0101…0I

≥5/8VREF

1010I

<5/8VREF

10轉(zhuǎn)換原理

10000000A=6.84VVREF=10V10101111三位逐次比較型ADC工作過程000清0初始化100S1置最高位QCQBQA

010110最高位比較S3置最低位S2置次高位