數(shù)字邏輯C常用中規(guī)模信號產(chǎn)生與變換電路PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1 數(shù)字邏輯數(shù)字邏輯C常用中規(guī)模信號產(chǎn)生與變換電常用中規(guī)模信號產(chǎn)生與變換電 路路 （1）分壓器： 由三個阻值為5k的 電阻組成。 當(dāng)CO無外加電源時， 為比較器提供參考電 壓； 當(dāng)CO有外加電源時， 參考電壓等參數(shù)將發(fā)生 改變。因此，為防止 干擾，不外加電源時， 通過小電容接地。 CCRCCR VVVV 3 1 , 3 2 21 第1頁/共36頁 （2）電壓比較器： C1和C2。 電壓比較器的功能： v+ v-，vO=1 v+ v-，vO=0 定時器中：C1的同相 端接VR1,反相端接TH; 當(dāng)vTH VR1時，R=0 C2的反相端接VR2，同 相端接 。 當(dāng) 時，S=0 當(dāng) 時，S=1

2、 TR 2R TR Vv 2R TR Vv 第2頁/共36頁 （3）基本RS觸發(fā)器： 與非門構(gòu)成、低電平 觸發(fā)，R、S由比較器 的輸出控制； 控制放 電三極管T的導(dǎo)通和截 止。 當(dāng) 時，vO=0， 定時器直接復(fù)位。 Q 0dR （4）放電三極管T 構(gòu)成泄放電路，集電極為輸出D。如將D通過電阻接至電源可構(gòu)成反相器。 Q=0，T導(dǎo)通，D=0 Q=1，T截止，D=1 （5）輸出緩沖器G3 提高負載能力，并隔離負載對定時器的影響。 第3頁/共36頁 2. 電路功能 當(dāng)CO無外接電源時， CCRCCR VVVV 3 1 , 3 2 21 第4頁/共36頁 電路組成及工作原理 二、定時器應(yīng)用舉例 1、由5

3、55構(gòu)成多諧振蕩器（矩形波發(fā)生器） 有兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路起振后，在兩個穩(wěn)態(tài)間變化，輸出矩形波。 分析過程： 電路剛開始工作時，由于電容電壓不能突變，vC=0。T截止，VCC通過R1和R2對電容充電，vO=1。 繼續(xù)充電 T導(dǎo)通，vC通過R2和T放電。Vo=0 CCCCC VvV 3 2 3 1 CCC Vv 3 2 第5頁/共36頁 第6頁/共36頁 振蕩頻率的估算 （1）電容充電時間T1： （2） 電容放電時間T2 （3）電容振蕩周期 T T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C （5）輸出波形占空比q CRRT)(7 . 0 211 CRT 22 7 . 0 CRRT f )2( 43. 1

4、1 21 21 211 2RR RR T T q （4）電路振蕩頻率f 第7頁/共36頁 占空比可調(diào)的多諧振蕩器電路 利用半導(dǎo)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(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。 可計算得： T1=0.7R1C T2=0.7R2C 占空比： CRCR CR TT T T T q 21 1 21 11 7 . 07 . 0 7 . 0 21 1 RR R 第8頁/共36頁 一種特殊的雙穩(wěn)態(tài)時序電路。 具有以下兩個特點： 1）電平觸發(fā)，且適用于緩慢變化的信號。只要輸入信號達到相應(yīng)的觸發(fā)電平，狀態(tài)就發(fā)生改變。 2）回差電壓特性，即對于正向和負向增

5、長的輸入信號，電路有不同的閾值。能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。 vO vI VOL VT+ VOH VT- 回差電壓：VT= VT+-VT- 第9頁/共36頁 電路組成及工作原理 VOL 回差電壓： VOH vO vI CC V 3 1 CC V 3 2 CCCCCCT VVVV 3 1 3 1 3 2 5腳加電壓時，回差變化 第10頁/共36頁 施密特觸發(fā)器的應(yīng)用： 波形變換、脈沖整形、幅值鑒別。 波形變換： 將三角波、正弦波或任意模擬波形變換成矩形波。 第11頁/共36頁 脈沖整形： 將邊沿變壞或疊加干擾等畸變信號變成規(guī)則波形。 幅值鑒別： 將幅值大于VT+的脈沖鑒別

6、出來并輸出相應(yīng)的脈沖信號。 第12頁/共36頁 3、 用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 電路組成及工作原理 （1）無觸發(fā)信號輸入(vI=1) 時電路工作在穩(wěn)定狀態(tài)（vO=0 ）。 設(shè)電路輸出vO=1。 剛接通電源時， vC=0， R=1； ，S=1保持不變 vO保持高電平。T截止， VCC通過R向電容C充電。 當(dāng) ，R=0，則vO=0。 T飽和導(dǎo)通，vC通過T迅速放 電至 vC0，此時 R=1，S=1，則vO保持低電平。 CCI Vv 3 1 CCC Vv 3 2 CCC Vv 3 2 第13頁/共36頁 （2）vI下降沿觸發(fā)，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。 當(dāng)vI下降沿到達時， ，S=0，則 vO=1，電路

7、進入暫穩(wěn)態(tài)。T截止，VCC 通過 R 對 C 充電。 CCI Vv 3 1 （3）暫穩(wěn)態(tài)的維持時間 在暫穩(wěn)態(tài)期間，三極管T截止，VCC經(jīng)R向C充電。時間常數(shù)1=RC，vC由0V開始增大。 時，電路保持暫穩(wěn)態(tài)不變。 CCC Vv 3 2 第14頁/共36頁 （4）自動返回（暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束）時間 暫穩(wěn)態(tài)期間，觸發(fā)脈沖撤消，即 ，S=1； 當(dāng) ，R=0，則vO=0， T飽和導(dǎo)通，vC通過T迅速放電至vC0，此時 R=1，S=1， 則vO保持低電平。 暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束，自動返回穩(wěn)態(tài)。 CCI Vv 3 1 1 CCC Vv 3 2 （5）恢復(fù)過程 當(dāng)暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電容C通過飽和導(dǎo)通的放電三極管 T放電，電容C放

8、電完畢，恢復(fù)過程結(jié)束。 第15頁/共36頁 2 C 3V CC v t t O O tt O v v O t I VCC 01 tW 第16頁/共36頁 脈沖寬度的計算和調(diào)整 暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間即為輸出脈沖寬度 tW。與充電回路有關(guān)，由充電回路的時間常數(shù) RC 決定。 近似計算公式為： RCtW1 . 1 可見調(diào)整R、C的取值即可改變脈沖寬度。 單穩(wěn)態(tài)電路的應(yīng)用 整形、定時和延遲。 第17頁/共36頁 7.3.2 集成D/A轉(zhuǎn)換器 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（Digital to Analog Converter ，DAC） 對于有權(quán)碼，先將每位代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將這些模擬量相加，即可得到

9、與數(shù)字量成正比的總模擬量，從而實現(xiàn)了數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換。 一 D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理 數(shù)字寄存器 模擬電子開關(guān) 解碼網(wǎng)絡(luò)求和電路 基準(zhǔn)電壓 n位數(shù)字量輸入 模擬量輸出 電路組成： 第18頁/共36頁 轉(zhuǎn)換特性： 輸入數(shù)字量與輸出模擬量之間的對應(yīng)關(guān)系，理想情況下成正比。 設(shè)輸入數(shù)字量為D=Dn-1D1D0，輸出模擬量用A表示， 則 1 0 2i n i i AK DKD K轉(zhuǎn)換比例系數(shù) 第19頁/共36頁 設(shè)輸出模擬量滿刻度值為 Am表示，則當(dāng)數(shù)字量為001，即只有最低有效位 (LSB) 為1，其余各位為0時，電路輸出最小模擬量 mLSB AA 7 1 m n LSB AA 12 1 推廣到 n 位

10、，電路輸出最小模擬量 第20頁/共36頁 二、D/A轉(zhuǎn)換器的類型和參數(shù) 1、 D/A轉(zhuǎn)換器的類型 D/A轉(zhuǎn)換器都包括電阻解碼網(wǎng)絡(luò)和電子開關(guān)。 電阻解碼網(wǎng)絡(luò) 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 R-2R正梯形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 R-2R倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 電子開關(guān) CMOS電子開關(guān)D/A轉(zhuǎn)換器 TTL電子開關(guān)D/A轉(zhuǎn)換器（速度較快） 輸出模擬信號類型 電壓型D/A轉(zhuǎn)換器 電流型D/A轉(zhuǎn)換器 隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，D/A轉(zhuǎn)換器能與微處理器完全兼容、具有輸入數(shù)據(jù)鎖存功能，進一步又出現(xiàn)了帶有參考電壓源和輸出放大器的D/A轉(zhuǎn)換器。 第21頁/共36頁 DDD D (LSB) (MSB) S S SS 0

11、 0 1 1 2 2 3 3 R + Avo i f 168 2R2R +V 2R R I 4 R 4 I REF I 8 I I 2R2R I R III 16 2 2 倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器（4位） 第22頁/共36頁 2、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) （1）分辨率D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出模擬量與最大輸出模擬量的比值。 12 1 12 n m n m m LSB A A A A 分辨率 （2）非線性誤差在滿刻度范圍內(nèi)偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大值。理想情況：相鄰數(shù)字量對應(yīng)的模擬量之差都為ALSB。 （3）絕對精度在滿刻度數(shù)字量輸出的實際值與理想值之差。一般應(yīng)低于ALSB。 （4）建立時間從送入數(shù)

12、字信號起，到輸出模擬量達到穩(wěn)定值所需的時間。反應(yīng)了電路的轉(zhuǎn)換速度。最短可達0.1S。 第23頁/共36頁 三、典型芯片 DAC08328位D/A轉(zhuǎn)換器，采用CMOS工藝制作， 20腳雙列直插式封裝，與微處理器完全兼容。 引腳功能： D7 D0 數(shù)字信號輸入端 VR 參考電壓輸入端 VCC 電源電壓輸入端 IOUT1、IOUT2 電路輸出端 Rfb 反饋電阻引出端 AGND 模擬信號接地端 DGND 數(shù)字信號接地端 控制信號輸入端 XFER、WR、WR、ILE、CS 21 第24頁/共36頁 第一組 組合，控制輸入寄存器，實現(xiàn)輸入 數(shù)據(jù)的第一級緩沖； 第二組 組合，控制DAC寄存器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的第

13、二級緩沖； 1WRILECS、 1WRXFER、 第25頁/共36頁 工作方式： 雙緩沖方式。 輸入數(shù)字量進行兩級緩沖。 首先將輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器，然后鎖存到DAC寄存器。當(dāng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到DAC寄存器后，D/A轉(zhuǎn)換的同時，輸入寄存器可以接收新的數(shù)據(jù)。 單緩沖方式。 輸入數(shù)字量進行一級緩沖。 具體實現(xiàn)時可令兩個寄存器中的一個處于受控狀態(tài)，另一個處于直通狀態(tài)。 直通方式。輸入數(shù)字量不進行緩沖，直接作用到D/A轉(zhuǎn)換器上。 第26頁/共36頁 7.3.3 集成A/D轉(zhuǎn)換器 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ Analog to Digital Converter ，ADC） 由于輸入的模擬信號在時間上是連續(xù)量，所以在將

14、模擬 信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號時，必須在選定的一系列時間點上對 模擬信號進行采樣，然后將這些采樣值轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸出。 一般的A/D轉(zhuǎn)換過程為：取樣、保持、量化和編碼。 CPS S ADC 取樣保持電路 ADC的 量化編碼電路 . . . D D D n-1 1 0 vI（t） vI （t） 輸入模擬電壓 取樣展寬信號 數(shù)字量輸出（n位） 第27頁/共36頁 采樣：周期地獲取模擬信號的瞬時值，從而得到一系列時間上離散的脈沖采樣值。 R Ri f I v L v T A Ch vo 保持：在兩次采樣之間將前一次采樣值保存下來，使其在量化編碼期間不發(fā)生變化。 采樣保持電流一般由采樣模擬開關(guān)、保持電容和運算

15、放大器等幾個部分組成。 第28頁/共36頁 經(jīng)采樣保持得到的信號值依然是模擬量，而不是數(shù)字量。 任何一個數(shù)字量的大小，都是以某個最小數(shù)字量單位的整數(shù)倍來表示的。將采樣保持電壓轉(zhuǎn)化成最小數(shù)值單位的整數(shù)倍的過程，稱為量化。所取得最小數(shù)量單位叫做量化單位，其大小等于數(shù)字量的最低有效位所代表的模擬電壓大小，記作 VLSB。 把量化的結(jié)果用代碼（二進制代碼、BCD碼等）表示出來，稱為編碼。 第29頁/共36頁 一、 A/D轉(zhuǎn)換器的類型 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器 由電阻分壓器、電壓比較器、 數(shù)碼寄存器及編碼器4個部分組成。 適用于轉(zhuǎn)換速度高、分辨率低的場合。 C C C C C C C 4 C C C CO

16、4 C C C R R R R R R R R/2 VREF VREF REF V VREF VREF 15 15 15 15 13 11 3 1 D Q Q C1 1D 1D 碼 Q D (MSB) 編 1D Q 先 2 Q Q Q 1D 1D 優(yōu) C1 器 C1 1D 0 1D(LSB) C1 1 C1 C1 C1 D I CP v 電壓比較器寄存器代碼轉(zhuǎn)換器 O7 O1 O2 O6 O5 O3 1 7 6 2 5 3 1 2 3 4 5 6 7 I I I I I I I 7 6 5 4 3 2 1 第30頁/共36頁 輸入模擬電壓寄存器狀態(tài)數(shù)字量輸出 （代碼轉(zhuǎn)換器輸入）（代碼轉(zhuǎn)換器輸出

17、） QQQQQQ Q7 654321DDD210 vI 15 () 15 )( 15 15 )( 15 15 )( 15 15 )( 15 15 )( 15 15 )( 15 15 )( 1 1 0 3 35 57 79 911 1113 13 1 VREF VREF VREF VREF VREF VREF VREF VREF 000000 1111111 1111110 1110011 0011011 0111000 1001000 0000010 0000 001 010 011 100 101 110 111 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器真值表 第31頁/共36頁 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器 由電

18、壓比較器、邏輯控制器、 D/A轉(zhuǎn)換器及數(shù)碼寄存器組成。 特點：轉(zhuǎn)換速度較快，輸出代碼位數(shù)高，精度高。 第32頁/共36頁 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器 間接A/D轉(zhuǎn)換器。由積分器、檢零比較器、時鐘控制器和計時器等幾部分組成。 工作原理：把輸入的模擬電壓轉(zhuǎn)換成一個與之成正比的時間寬度信號，然后在這個時間寬度內(nèi)對固定頻率的時鐘脈沖進行計數(shù)，其結(jié)果就是正比于輸入模擬信號的輸入量輸出。 特點：精度高、抗干擾能力強，缺點是速度慢。 C1 nFF R 1J 1K C1 n-1FF R 1J 1K C1 1FF R 1J 1K C1 0 FF R 1J 1K 111 1 A C RC vO vC TC S2 n級計數(shù)器 D DD n-1 1 0. （MSB）（LSB） 數(shù)字量輸出 Qn-1Q1Q0 Qn CR + A 1 I S V v REF S V B 1 CP & vG 第33頁/共36頁 二、 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù) （1）分辨率說明A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信