第13章模數(shù)混合器件

第13章模數(shù)混合器件13.1555定時器555定時器是一種應用廣泛的集成電路，它將模擬和數(shù)字電路集成在同一片硅片上，用于脈沖信號的產(chǎn)生、波形的變換和整形，定時等。在工業(yè)自動控制、定時、延時、報警、仿聲、電子樂器等方面有廣泛應用。

常用集成定時器555有5G555(TTL)和CC7555(CMOS)。VCCV’OVI1VCOGNDVI2VORD13.1.1555集成定時器的電路組成1.分壓器：由三個等值電阻構成2.比較器：由電壓比較器C1和C2構成3.R-S觸發(fā)器4.放電管VT放電管輸出端VO1

電壓控制端VCO

閾值端VI1觸發(fā)端VI2放電端RD5KVCCVTVAVB++C1++C2245678315K5K&&&QQRS工作原理1.當RD=0時，Vo=0，T導通2.當RD=1時Q=1，T截止，Vo=1Q=0，T導通，Vo=0Q、T保持，輸出保持不變當無外接電源時，

電壓控制端VCO=02/3VCC1/3VCCVI1VI2VOVI1VI2<2/3UCC<1/3UCC>2/3UCC>1/3UCC<2/3UCC>1/3UCCQT10保持導通截止保持555功能表2/3VCC1/3VCC13.1.2555集成定時器的應用1、構成

施密特觸發(fā)器

施密特觸發(fā)器特點：（1）輸出有兩種狀態(tài)（輸出為數(shù)字信號）；

（2）輸入采用電平觸發(fā)（輸入為模擬信號）；（3）電路具有回差特性：對于正向增加和負向減小的輸

入信號，電路有不同的閾值電平（VT+和VT-）。555集成定時器構成的施密特觸發(fā)器2/3UCC1/3UCCuOtOuiuo1268435UCCCu2=u6=ui>2UCC/3，輸出uo為低電平。

u2=u6=ui<1UCC/3，輸出uo為高電平。

uitO

UT＝UT＋－UT－回差電壓：＝2UCC/3－UCC/3＝UCC/3回差電壓越大，電路的抗干擾能力就越強，但過大，會使觸發(fā)器靈敏度降低。

1、用于波形變換施密特觸發(fā)器應用舉例vot02、用于脈沖整形、抗干擾2、由555定時器組成的多諧振蕩器

多諧振蕩器是一種不需要外加觸發(fā)信號便能自動地、周期性翻轉，從而產(chǎn)生連續(xù)矩形波的電路。

多諧振蕩器是一種常用的脈沖波形發(fā)生器,觸發(fā)器和時序電路中的時鐘脈沖一般是由多諧振蕩器產(chǎn)生的。48562713+UCCuO.uC..CR1R22/3UCC1/3UCCQ=1Q=0T截止Q=0Q=1T導通C充電C放電uCtOuOtO剛接通電源uC=0t1t2t1=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)Ct2=R2Cln2=0.7R2CT=t1+t2=0.7(R1+2R2)C振蕩頻率1f=T=(R1+2R2)Cln21=(R1+2R2)C1.43輸出波形占空比R1+2R2R1+R2t1q=T=充電時間t1放電時間t2

占空比任意可調(diào)的多諧振蕩器

利用半導體二極管的單向?qū)щ娞匦?，把電容C充電和放電回路隔離開來，再加上一個電位器，便可構成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。例1

防盜報警電路

接通開關時，由于a、b間的細銅絲接在復位端4與“地”之間，輸出為低電平，揚聲器中無電流，不發(fā)聲。一旦盜竊者闖入室內(nèi)碰斷細銅絲，4端獲高電平，555定時器構成的多諧振蕩器開始工作，由3端輸出一個一定頻率的矩形波電壓，經(jīng)隔直電容后供給揚聲器，揚聲器發(fā)出警報聲。

487621356V51k

100μF

0.01μF

555S+

細銅絲100k

0.01μF50k

多諧振蕩器的應用例2

有兩種狀態(tài)：0態(tài)和1態(tài)，但只有一種狀態(tài)能長久保持，故名單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點：

（1）有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩種狀態(tài)；

（2）平時處于穩(wěn)態(tài)，在外部觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)進入暫穩(wěn)態(tài)；

（3）暫穩(wěn)態(tài)維持一定時間后自動回到穩(wěn)態(tài)。

3、由555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器什么是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器？uituCtuOt+UCC48562713...0.01μFuCCuiuOR1/3UCC接通電源上升到2/3UCCQ=0Q=1VT導通，C通過VT放電,uC

0保持“0”態(tài)uituCtuOt暫穩(wěn)態(tài)twtw=RCln3=1.1RC+UCC48562713...0.01μFuCCuiuO2/3UCC因此暫穩(wěn)態(tài)的長短取決于RC時間常數(shù)R1/3UCC例1：脈沖的定時uitBtuotAttw&uiBAuo單穩(wěn)觸發(fā)器將模擬量轉換成相應的數(shù)字量；將數(shù)字量轉換成相應的模擬量。實現(xiàn)A/D轉換的電路;實現(xiàn)D/A轉換的電路。模/數(shù)轉換：數(shù)/模轉換：A/D轉換器

(ADC－AnalogDigitalConverter):D/A轉換器

(DAC－DigitalAnalogConverter)：13.2數(shù)-模和模-數(shù)轉換13.2.1D/A轉換器(DAC)D/A轉換器的方框圖:n位數(shù)字量輸入數(shù)碼寄存器n位模擬開關解碼網(wǎng)絡求和電路基準電壓模擬量輸出基本思想：將數(shù)字量的每一位代碼按權的大小轉換成相應的模擬量，再將各模擬量相加，即得到相應的模擬量輸出。1、權電阻網(wǎng)絡D/A轉換器VREF+-uoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R21R20RIR/2(MSB)(LSB)S0S1S2S3D3D2D1D0S0S1S2S3所謂“權電阻”,是指電阻值的大小，與有關數(shù)字量的權密切相關。(LSB)(MSB)最低位最高位-++VREF+-uoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R21R20RIR/2(MSB)(LSB)S0S1S2S3D3D2D1D0S0S1S2S3電子開關：Dn=1時，Sn

接VREF

；Dn=0時，Sn

接地端。-++VREF+-uoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R21R20RIR/2(MSB)(LSB)23R22R21R20RVREFI1=2I0

I2=4I0I3=8I0當D3D2D1D0=1111時：S0S1S2S3D3D2D1D0I=I0+I1+I2+I3I0=VREF23R參考電壓I=VREF23R(D323+D222+D121+D020)-++VREF+-uoD3D2D1D0I0I1I2I323R22R21R20RIR/2(MSB)(LSB)uo=-IR/2

VREF24=-(8D3+4D2+2D1+D0

)D/A電路輸出模擬電壓UO與輸入的數(shù)字量D3D2D1D0成正比！-++

VREFRRR2R2R2R2R++-voS2S3S1S0RFI2Ri∑D0D1D2D32、倒T形電阻網(wǎng)絡D/A轉換器電阻網(wǎng)絡S0~S3:模擬電子開關求和運算放大器I1I2I3I0Di=0,Si接地；Di=1,Si接運放的反相端。2R2R2R2R

+VREF2RRRRABCDI0I1I2I3II=VREFRI3=VREF2RI2=VREF4RI1=VREF8RI0=VREF16R

無論模擬電子開關Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻都將接“地”，因此電阻網(wǎng)絡可以等效為：I∑

=I3+I2+I1+I0VREF2R=D3VREF16RD0VREF8RD1VREF4RD2+++=VREF

16R(8D3+4D2+2D1+1D0)I=VREFR

VREFRRR2R2R2R2R+-voS2S3S1S0RFI2Ri∑D0D1D2D3I/2I/4I/8I/16I/16=VREF

RF16R(8D3+4D2+2D1+1D0)vo-

VREFRRR2R2R2R2R+-AvoS2S3S1S0RFI2Ri∑D0D1D2D3I/2I/4I/8I/16I/16vo=-I∑RFD/A電路輸出模擬電壓VO與輸入的數(shù)字量D3D2D1D0成正比！倒T形電阻網(wǎng)絡單片集成D/A轉換器CB7520（AD7520）CB7520（AD7520）的電路原理圖外接反饋電阻可外接，也可以用內(nèi)部反饋電阻R。（1）分辨率

D/A轉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轉換器的分辨率為：3、D/A轉換器的主要性能指標1.轉換精度（2）轉換誤差

D/A轉換器的轉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)轉換誤差。輸入數(shù)字代碼的位數(shù)n越多，分辨率值越小，分辨能力越高。

工程上習慣用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)n來表示分辨率。（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穩(wěn)定值時所需要的時間，稱為輸出建立時間。2.轉換速度一、分類：按工作原理分類并行比較型逐次逼近型雙積分型V/F轉換型按轉換方式分類直接轉換逐次逼近型雙積分型V/F轉換型間接轉換并行比較型13.2.2A/D轉換器(ADC)時間離散→采樣、保持輻值離散→量化、編碼二、A/D轉換的基本原理A/D轉換過程應包括：取樣、保持、量化、編碼這四個步驟。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。取樣－保持電路

取樣脈沖高電平期間，開關S閉合，電容CH采樣,vo=vi

;voviCHA1A2開關驅(qū)動電路S

取樣脈沖低電平期間，開關S斷開，電容CH無放電回路，忽略各種漏電流，電容CF保持；vo保持

。電子開關取樣保持電容AV1=1⒉量化編碼

為了產(chǎn)生量化編碼，在設計（或選擇）A/D器件時，首先應確定最小量化單位，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：把要轉換的模擬量除△，得：①整數(shù)部分，用二進制表示，即得轉換數(shù)字量。②余數(shù)部分，即量化誤差。

量化單位越小→轉換位數(shù)越多→量化誤差越小。

把量化的結果用二進制代碼表示出來，稱為“編碼

”。經(jīng)編碼后得到的代碼就是A/D轉換器輸出的數(shù)字量。三、并聯(lián)比較型A/D轉換器精密電阻網(wǎng)絡（23個電阻）輸入模擬電壓精密參考電壓輸出數(shù)字量VREF/153VREF/155VREF/157VREF/159VREF/1511VREF/1513VREF/15-++C0∞-++C1∞-++C2∞-++C3∞-++C4∞-++C5∞-++C6∞

vI

I7I6I5I4I3I2I1

D2D1D0

7VREF/15

vI

9VREF/15

0001111100

9VREF/15

vI

11VREF/15

0011111101

5VREF/15

vI

7VREF/15

0000111011

3VREF/15

vI

5VREF/15000001101011VREF/15

vI

13VREF/15

011111111013VREF/15

vI15VREF/15

1111111111

VREF/15

vI

3VREF/15

0000001001

0vI

VREF/15

0000000000