數(shù)字電子技術基礎 課件 第8-10章 模數(shù)和數(shù)模轉換-數(shù)字系統(tǒng)設計實踐

數(shù)字電子技術基礎第8章模數(shù)和數(shù)模轉換7.5有限狀態(tài)機7.5有限狀態(tài)機8.1模數(shù)轉換8.1.1采樣和保持8.1模數(shù)轉換8.1.2量化和編碼8.1模數(shù)轉換8.1模數(shù)轉換8.1.3A/D轉換器的主要性能指標（1）轉換精度1）分辦率（Resolution）：分辦率R表示A/D轉換器對輸入信號的分辦能力，由滿量程（FullScaleRange,FSR）和A/D轉換器輸出數(shù)字量的位數(shù)n決定，即2）轉換誤差：轉換誤差反映了A/D轉換器實際輸出的數(shù)字量和理論輸出的數(shù)字量之間的差別，通常以相對誤差的形式給出，用LSB表示。（2）轉換速率通常情況下，轉速速率是指A/D轉換器從轉換控制信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間的倒數(shù)。8.1.4并聯(lián)比較型A/D轉換器8.1模數(shù)轉換8.1模數(shù)轉換①由于轉換是并行的，其轉換時間只受比較器、寄存器和編碼電路的延遲時間限制，因此轉換速度快。②隨著分辨率的提高，器件數(shù)目要按幾何級數(shù)增加。8.1模數(shù)轉換8.1.5逐次比較型A/D轉換器8.1模數(shù)轉換8.1.6雙積分型A/D轉換器8.1模數(shù)轉換①準備階段。②第一次積分階段。③第二次積分階段。8.1模數(shù)轉換8.1模數(shù)轉換8.1.7ADC0809及其應用8.1模數(shù)轉換（1）ADC0809的引腳功能①INO~IN7:8路模擬輸入信號，根據(jù)地址狀態(tài)選中其中一路輸入，共用一個A/D轉換器。②DO~D7:8位數(shù)字量輸出。③C、B、A:3位地址端。④ALE：地址鎖存允許信號。⑤START：啟動模數(shù)轉換的控制信號。⑥EOC：模數(shù)轉換結束的標志信號。⑦OE：數(shù)據(jù)輸出的允許信號，用于控制三態(tài)輸出鎖存器向外輸出轉換后的數(shù)據(jù)。⑧CIK：時鐘脈沖輸入端。⑨VR（+）和VR（-）：參考電壓，用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次比較的基準。⑩VCC：工作電源，接5V。?GND：地。8.1模數(shù)轉換（2）ADC0809的電路結構及工作過程ADC0809的結構框圖如圖8-13所示，工作時序如圖8-14所示。8.1模數(shù)轉換①首先，輸入C、B、A的地址，然后給ALE送入一個正脈沖，脈寬tW_ALE不小于50ns。②給START信號送人一個正脈沖，脈寬tw_s不小于50ns。8.1模數(shù)轉換③在接下來的56個時鐘脈沖CLK周期內(nèi)，每7個CLK轉換1位。④OE是數(shù)據(jù)輸出允許信號，轉換結束后，給OE送入正脈沖，三態(tài)輸出鎖存緩沖器將轉換后的數(shù)字量送到數(shù)據(jù)總線上。（3）ADC0809的主要參數(shù)①8路模擬電壓輸入通道，8位分辨率。②時鐘頻率力640kHz時的轉換時間為100??s，時鐘頻率500kHz時轉換時間力130??s。③具有轉換啟?？刂贫?。④單一5V直流電源供電。⑤模擬輸入電壓的范圍力0~5V。⑥工作溫度范圍-40~85°C。⑦功耗力15mW。（4）模數(shù)轉換仿真模數(shù)轉換的仿真電路如圖8-15所示。8.1模數(shù)轉換8.1模數(shù)轉換8.2數(shù)模轉換8.2.1D/A轉換器的分類8.2.2D/A轉換器的主要性能指標（1）分辨率和A/D轉換器一樣，D/A轉換器的分辨率也是指當輸入數(shù)字量的LSB發(fā)生變化時，所對應的輸出模擬量的最小變化值，即（2）轉換精度轉換精度是指D/A轉換器實際輸出的模擬電壓值與理論輸出模擬電壓值之間的最大誤差。（3）建立時間也稱轉換時間，是用來描述D/A轉換器轉換快慢的一個參數(shù)，其值從輸入數(shù)字量到輸出穩(wěn)定模擬信號所需要的時間。8.1模數(shù)轉換8.2.3權電阻型D/A轉換器8.1模數(shù)轉換8.2.4R-2R電阻型D/A轉換器8.1模數(shù)轉換8.2.5權電流型D/A轉換器8.1模數(shù)轉換8.2.6DAC0832及其應用8.1模數(shù)轉換

8.1模數(shù)轉換

8.1模數(shù)轉換8.1模數(shù)轉換（3）DAC0832的主要參數(shù)①分辨率為8位。②模擬信號輸出類型是電流。③電流穩(wěn)定時間約1??s。④有直通、單緩沖、雙緩沖3種工作方式。⑤單一電源供電（5~15V）。⑥低功耗，約為20mW。（4）數(shù)模轉換仿真由于DAC0832屬于電流輸出型，而我們在應用中往往需要電壓信號，這就需要將它的輸出進行電流/電壓轉換，可在它的lout1、lout2輸出端加接一個運算放大器，運算放大器的反饋電阻可通過Rm.端引用片內(nèi)8.1模數(shù)轉換固有電阻（也可外接電阻），即可將電流信號變換成電壓信號輸出，如圖8-23所示。8.1模數(shù)轉換第9章脈沖信號電路9.1施密特觸發(fā)器9.1.1門電路構成的施密特觸發(fā)器

9.1施密特觸發(fā)器

9.1施密特觸發(fā)器9.1施密特觸發(fā)器9.1施密特觸發(fā)器9.1.2集成施密特觸發(fā)器9.1施密特觸發(fā)器9.1施密特觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2.1門電路構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.

RC電路9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2．微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1）當電路處于穩(wěn)態(tài)時，ui是低電平，ud也是低電平，ui2=UDD為高電平，非門G2的輸出uO是低電平，或非門G1的輸出uO1為高電平，電容G兩端沒有電壓，即uc=0。2）若輸入ui

由低電平變高電平，即產(chǎn)生一個觸發(fā)信號，則Rd、Cd

微分電路的狀態(tài)將發(fā)生變化，ud瞬時上升為高電平，uO1隨即變?yōu)榈碗娖健?.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3）當ui2繼續(xù)上升至UTH時，uO的狀態(tài)將發(fā)生翻轉，迅速從高電平變低電平狀態(tài)。9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（1）7412174121是不可重復觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其功能表見表9-1。1）表格的第1~4行表明，只要A1、A2、B這3個輸入為穩(wěn)定的0或者1，輸出就是穩(wěn)態(tài)、Q為0，Q為1。2）表格的第5~7行表明，當B接高電平時，只要A1、A2有任何一個出現(xiàn)下降沿，輸出就進入暫態(tài)，9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.3多諧振蕩器9.3.1門電路構成的多諧振蕩器9.3多諧振蕩器1）假定電路上電之前電容C沒有充電，t1時刻接通電源，uo為初始狀態(tài)低電平，ui1也為低電平，因此uo1即ui2）為高電平，導致uo

維持低電平。2）t2時刻，ui1的值達到CMOS門電路的轉換閾值電壓UTH，uo1

從高電平瞬時翻轉為低電平，進而導致uo從低電平翻轉為高電平。3）在這個暫態(tài)期間，電容C通過電阻R放電，使ui1逐漸下降。9.3多諧振蕩器9.3.2施密特觸發(fā)器構成的多諧振蕩器9.3多諧振蕩器9.3多諧振蕩器9.3多諧振蕩器1）假定電路上電之前電容C沒有充電，電源接通瞬間，電容兩端電壓不能跳變，此時ui低電平，經(jīng)過反相uo為高電平。2）當ui

的值達到施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓UT+時，uo從高電平瞬時翻轉低電平，此時電容C通過電阻R放電，隨著放電的進行，ui

的值不斷下降。3）當ui下降至施密特觸發(fā)器的反向閾值電壓UT-時，uo從低電平瞬時翻轉高電平，并再次通過電阻R向電容C充電。9.3多諧振蕩器9.3多諧振蕩器9.4

555定時器9.4

555定時器9.4

555定時器9.4.1LM555的電路結構及工作原理①4腳為復位端RST。②C1同相端的電位是2Ucc/3，C2反相端的電位是Ucc/3。③6引腳力閾值輸入端THR，是C1反相端的輸入，它與2Ucc/3進行比較決定C1的狀態(tài)；同理，2引腳為觸發(fā)輸入端TRI，是C2同相端的輸入，它與Ucc/3進行比較決定C2的狀態(tài)。④C1和C2作為基本RS觸發(fā)器的輸入，共同決定Q和Q的狀態(tài)，并進而決定3引腳輸出OUT的狀態(tài)。⑤G3的輸出經(jīng)電阻R接至品體管VT的基極，VT的集電極為7引腳DIS，當VT導通時、DIS將通過VT9.4

555定時器放電。⑥5引腳為控制電壓端CON。⑦

8引腳為電源Ucc，1腳為地GND。9.4

555定時器9.4.2555定時器構成的施密特觸發(fā)器①輸入正弦波信號從低電平0開始逐漸增大，當小于Ucc/3時，根據(jù)功能表的第2行可知，輸出OUT為高電平1。②輸入信號繼續(xù)增大，當大于Ucc/3但小于2Ucc/3時，根據(jù)功能表的第4行可知，輸出OUT保持不變，仍為高電平1。③輸入信號大于2Ucc/3時，根據(jù)功能表的第3行可知，輸出OUT發(fā)生翻轉，從高電平1變?yōu)榈碗娖?。④輸入信號從最高值開始下降，在小于2Ucc/3但大于Ucc/3時，根據(jù)功能表的第4行可知，輸出OUT保持不變，仍為低電平，直到輸人信號小于Vcc/3，輸出從低電平翻轉到高電平。9.4

555定時器9.4

555定時器9.4

555定時器9.4.3

555定時器構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.4

555定時器①電路通電初始，當觸發(fā)信號TRI是高電平時，TR/>Ucc/3，輸出OUT為低電平，電路處于穩(wěn)態(tài)。②在TRI由高電平變?yōu)榈碗娖降乃查g，TRI<Ucc/3。③隨著充電的進行，電容C兩端的電壓不斷升高，意味著THR的電壓不斷升高。9.4

555定時器9.4.4555定時器構成的多諧振蕩器①電路通電初始，電容C上沒有電荷，此時TRI=Uc=0V。②隨著充電的進行，電容C兩端的電壓Uc不斷升高，也就意味著THR和TRI的電壓不斷升高。③隨著放電的進行，電容G兩端的電壓Uc不斷下降，也就意味著THR和TRI的電壓不斷下降。9.4

555定時器9.4

555定時器第10章數(shù)字系統(tǒng)設計實踐10.1數(shù)字系統(tǒng)的傳統(tǒng)設計方法10.1.1總體思路10.1.2設計要點和步驟1.設計要點1）準確理解設計任務，完成頂層設計。2）根據(jù)適用性原則，在綜合考慮成本、技術復雜度、可靠性等多種因素之后選擇適合的方案，完成各功能模塊電路的設計和實現(xiàn)。3）針對系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的各種問題，要根據(jù)現(xiàn)象分析故障原因，確定根源問題和次生問題。2.設計步驟10.1數(shù)字系統(tǒng)的傳統(tǒng)設計方法10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設計10.2.1設置值轉BCD碼電路10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設計10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設計10.2.2設置值顯示電路10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設計10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設計10.2.3設置值與計數(shù)值比較電路10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設計10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設計10.2.4裝瓶計數(shù)電路10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設計10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設計10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設計10.2.5累加計數(shù)電路10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設計10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設計10.2.6

8位二進制碼轉BCD碼電路（1）知識鋪墊由于4位二進制碼最大能表示15，而4位BCD碼最大只能表示9，因此，如何彌補二者之間的這個差別是實現(xiàn)轉換的關鍵。1）若4位二進制碼小于或等于9，則不需要修正，此二進制碼即BCD碼。2）若4位二進制碼大于9，則需要加6進行修正。（2）實現(xiàn)思路8位二進制碼轉換為BCD碼，需要將待轉換的二進制碼從最高位開始逐次左移至存放BCD碼的寄存器，直至所有二進制碼全部移入寄存器。10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設計10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設計（3）設計實現(xiàn)根據(jù)上述實現(xiàn)思路，可以得到8位二進制碼轉BCD碼的電路，需要用到的邏輯器件包括移位寄存器、比較器、加法器，以及若干基本邏輯門。10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設計10.2片劑裝瓶計