1、5.0 內(nèi)容提要5.2 AD轉(zhuǎn)換器5.3 555電路及應用5.4 本章小結(jié) 模擬數(shù)字混合電路第 5章5.1 DA轉(zhuǎn)換器 而555時基電路也是一類模擬量和數(shù)字量變換的重要器件 5.0 內(nèi)容提要 模擬與數(shù)字混合電路是電子電路中經(jīng)常用到的一類電路，它主要包括模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路（D/A、A/D）、555時基電路、頻率電壓和電壓頻率轉(zhuǎn)換電路(F/V、V/F) 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器及頻率電壓和電壓頻率轉(zhuǎn)換器是兩類將模擬量和數(shù)字量相互轉(zhuǎn)換的重要元件。它們被廣泛的應用與自動控制系統(tǒng)的設備中，是這些設備的重要組成部分 本章主要介紹D/A、A/D和555這三類器件的基本工作原理，和常用的集成芯片組成的典型電路。5.1

2、 DA轉(zhuǎn)換器5.1.1 DA轉(zhuǎn)換器的基本原理及分類5.1.2 DA轉(zhuǎn)換器的主要指標5.1.3 DA集成電路介紹5.1.1 DA轉(zhuǎn)換器的基本原理及分類功能：把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與其成一定比例關系的模擬量要求：輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量成正比。即：數(shù)字量：參考電壓輸入、輸出關系框圖如下：d0d1dn-1DACuO或iOn 位二進制D / A轉(zhuǎn)換思路：將所有為“1”的位轉(zhuǎn)換成相應的權，然后求和例如：(1101)2各位的權分別為8、4、2、1T型網(wǎng)絡D/A轉(zhuǎn)換器基本原理：（以輸入4位二進制數(shù)為例）實現(xiàn)的方法：常采用T型電阻網(wǎng)絡法電路由：T型電阻網(wǎng)絡電子開關求和放大器組成基準電壓源2R2RR2R2RR2RRU

3、REFd0d1d2d32R-+UoUREF/2UREF/4UREF/16轉(zhuǎn)換原理2R2RR2R2RR2RRUREFR-+Uod0d1d2d3R 0 0 0 10 0 1 00 1 0 01 0 0 0 UREF/2RUREF/2UREF/4RUREF/2UREF/2UREF/8UREF/4UREF/8UREF/4UREF/8UREF/16UREF/2UREF/811UREF/16轉(zhuǎn)換原理2R2RR2R2RR2RRUREFR-+Uod0d1d2d3 0 0 0 11 1 0 10 1 0 1 UREF/25UREF/8UREF/16表達式的一般形式D/A轉(zhuǎn)換器的分類按工作原理分類直接D/A轉(zhuǎn)換器

4、間接D/A轉(zhuǎn)換器直接把輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成輸出的模擬信號先把輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成其它中間信號，再把中間信號轉(zhuǎn)換成輸出的模擬信號。按輸入端結(jié)構(gòu)分類有三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器無三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器可直接與計算機的數(shù)據(jù)總線連接不可直接與計算機的數(shù)據(jù)總線連接5.1.2 DA轉(zhuǎn)換器的主要指標(1)分辨率 用輸入的二進制數(shù)碼的位數(shù)n來表示。位數(shù) 越多，分辨率就越高。 ULSBUFSR=12n1分辨率 =(2)線性度 用非線性誤差的大小來表示。 (3)轉(zhuǎn)換精度 以最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出，這個誤差包含非線性誤差、比例系數(shù)誤差、漂移誤差等。(4)輸出電平 一般為5V至10V，高壓輸出型的可達24V至30V；輸出電流型的，低

5、的為幾到幾十毫安，高的達3A(5)輸入數(shù)字電平 輸入數(shù)字信號分別為1和0時，所對應的輸入高低電平的值5.1.3 DA集成電路介紹根據(jù)轉(zhuǎn)換精度的不同，有8位到16位的D/A轉(zhuǎn)換器采用20腳雙列直插封裝T型電阻網(wǎng)絡基準電壓源一、內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)框圖：邏輯控制電路電子開關電路R求和放大器模擬量輸 出緩沖寄存器數(shù)字量輸 入0830系列是8位分辨率的集成D/A轉(zhuǎn)換電路二、主要特性參數(shù)：（1）分辨率8位（3）可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入（4）只需在滿量程下調(diào)整線性度（5）單電源供電 (+5V-15V)（6）低功耗 (200mW)（2）電流穩(wěn)定時間1us三、主要特點：（1）有兩極鎖存控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)多通道D

6、/A的同步輸出（2）內(nèi)部無基準電源，使用時必須外接基準電壓源。（3）電流輸出型，要獲得模擬電壓輸出，需要外接轉(zhuǎn)換電路四、0830系列管腳配置：引腳功能：GNDDIOUT1IOUT2VREFDAC131415161718192087654321VDD9101211GNDA083008310832D10D11D12D13D14D15D16D17(LSB)(MSB)RFBILED10D17 :數(shù)據(jù)輸入線ILE: 數(shù)據(jù)允許鎖存信號:輸入寄存器寫選通信號:數(shù)據(jù)傳送信號:DAC寄存器寫選通信號VREF:基準電源輸入管腳RFB:反饋信號輸入管腳:輸入寄存器選擇信號IOUT2 、IOUT1:電流輸出管腳，其和

7、為常數(shù)VDD:電源輸入管腳GNDA:模擬信號地GNDD:數(shù)字信號地D0D1D2D3D5D6D4D7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.5P0.6P0.4P0.7P1.0單片機電源D10GNDDIOUT1IOUT2VREFDAC131415161718192087654321VDD9101211GNDA0832D11D12D13D14D15D16D17(LSB)(MSB)RFBILE五、用0832組成的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路+5V-5V+-+-電流電壓變換電路5.2 AD轉(zhuǎn)換器5.2.1 逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器原理5.2.2 雙積分式AD轉(zhuǎn)換器原理5.2.3 AD轉(zhuǎn)換器的主要指標5.2.4 實用的模數(shù)轉(zhuǎn)換

8、器功能：把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量分類（按轉(zhuǎn)換原理）：直接轉(zhuǎn)換型、間接轉(zhuǎn)換型D/AuI 逐次漸近寄存器比較器參考電源時鐘信號MSBLSBMSBLSB并行數(shù)字輸出 轉(zhuǎn)換開始信號10003.3V2V011003V11103.5V11013.25V11 1 0 1轉(zhuǎn)換原理：5.2.1 逐次逼近式AD轉(zhuǎn)換器原理11014V轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果工作原理：定時積分積分輸出t斜率固定5.2.2 雙積分式AD轉(zhuǎn)換器原理BUIN控制邏輯A計數(shù)器標準電壓時鐘開關積分器比較器模擬電壓輸入轉(zhuǎn)換結(jié)束開始轉(zhuǎn)換輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果UU定時積分定時到時反向積分000000001010011010110011 3.5V1 0 1 1 0 0

9、 1 1 2.0V0 1 1 1 0 0 1 15.2.3 AD轉(zhuǎn)換器的主要指標1分辨率2相對精度3轉(zhuǎn)換速度4電源抑制 分辨率表示輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所對應的輸入模擬量的變化量，常以輸出二進制的位數(shù)表示分辨率，位數(shù)越多，誤差越小轉(zhuǎn)換精度就越高，自然分辨率也就越高。 指實際的各個轉(zhuǎn)換點偏離理想特性的誤差，在理想情況下所有的轉(zhuǎn)換點應在同一直線上。 完成一次轉(zhuǎn)換需要的時間。轉(zhuǎn)換時間是指從接到轉(zhuǎn)換指令開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出信號所經(jīng)過的這段時間，采用不同的轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換時間是不同的，逐次比較型比雙積分型快的多。低速的AD轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換約需要130ms，中速的為50us左右，高速的約為5

10、0ns 在輸入模擬電壓不變的條件下，當轉(zhuǎn)換電路的供電電源電壓變化時對輸出的影響，這種變化可以用數(shù)字量的絕對變化來表示。一、8路8位A/D轉(zhuǎn)換器 ADC08091.ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖8 路模擬開關地址鎖存譯碼器.8路模擬輸入3位地址地址鎖存輸出允許轉(zhuǎn)換結(jié)果8位輸出控制與時序三態(tài)輸出鎖存器樹狀開關S. A. R256R 階梯電阻比較器啟動時鐘VREFVCCGND（+）（-）VREF5.2.4 實用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器2.ADC0809管腳功能及位置IN0IN7:8路模擬量輸入B0B7:8路數(shù)字量輸出VREF(+)、VREF(-):基準電壓輸入CLK:時鐘輸入(不大于1MHz）A0A2:模擬開關地

11、址選擇輸入ALE:模擬開關地址鎖存（高電平時選擇各模擬通道，下降沿鎖存選擇的模擬通道 ）START:轉(zhuǎn)換開始（上升沿鎖存三態(tài)輸出、下降沿啟動AD轉(zhuǎn)換 ）EOC:轉(zhuǎn)換結(jié)束（轉(zhuǎn)換結(jié)束時輸出一個正脈沖 ）OE:轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出（低電平三態(tài)鎖存器為高阻態(tài)，高電平將轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上 ）Vcc:電源正GND:電源負（1）分辨率8位。（6）不必進行零點和滿度調(diào)整。（3）單電源供電 (+5V），模擬輸入電壓范圍0至+5V（5）功耗 15mW。（4）具有8路鎖存控制的模擬開關。（7）轉(zhuǎn)換速度取決于輸入的時鐘頻率。（2）最大不可調(diào)誤差小于1LSB。3.ADC0809主要功能262728 1 2 3 4

12、51714 81819202115111310 7 922 62524231216IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7B0B1B2B3B4B5B6B7CLKEOC OEALESTARTA0A1A2VccGNDVREF-VREF+ADC0809精 密穩(wěn)壓器8 8 8 8 8 8 8 8P2.6P2.7P1.6INT139383736353433322122242526272823 2 131 9 7 82913 4 33012P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7P2.0P2.1P2.2P2.3P2.4P2.5EARSTP1.7PSENP1.3P1.2P1.

13、1P1.0INT0ALE89C5116 617WRRDP1.4P1.5 519181415XTALT0T1XTALRXDTXDGNDVccQ D+4. 用0809與單片機組成的模擬電壓測量系統(tǒng)二、12位雙積分A/D轉(zhuǎn)換器ICL7109內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖模擬電路部分14位三態(tài)輸出12位計數(shù)器14位三態(tài)鎖存轉(zhuǎn)換控制邏輯振蕩器及時鐘電路握手信號.電壓比較器輸出2 26 22 23 24 25 21 2718201917 3 8 9 16低字節(jié)輸出極性輸出高字節(jié)輸出DEINTAZINTDEINTICL7109 特點： ICL7109內(nèi)部由模擬、數(shù)字兩部分電路組成。其中模擬部分由模擬信號輸入、振蕩電路、積分電

14、路、比較電路及基準電壓源電路組成 數(shù)字電路部分由時鐘振蕩器、異步通信握手邏輯、轉(zhuǎn)換控制邏輯及計數(shù)器、鎖存器、三態(tài)門等組成。高精度、低噪聲、低漂移、價格低廉。ICL7109 典型連接方式 ICL 7109使用時的基本連接電路5.3 555電路及應用 5.3.1 555電路的工作原理5.3.2 555電路的應用實例 555電路應用非常廣泛，它可以構(gòu)成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器等多種實用電路 555電路又稱時基電路，它是一種將數(shù)字電路和模擬電路結(jié)合制作在同一片硅片上的混合集成電路。845271365K5K5KTQSRUREF1UREF2 uc1 它的內(nèi)部有兩個電壓比較器C1和C25.3.

15、1 555電路的工作原理 一、555電路的簡單化結(jié)構(gòu)圖：+-C1 uc2+-C2+一個基本RS 觸發(fā)器一個晶體管三個5K電阻組成分壓器 2腳：觸發(fā)端（TR）當2腳的輸入電壓高于1/3Vcc時，C2 的輸出為1；當輸入電壓低于1/3Vcc時，C2 的輸出為0，使基本RS 觸發(fā)器置1，輸出高電平 4腳：復位端，由此端加負電平可使555電路直接復位，輸出為低電平。 5腳：電壓控制端（CO）在此端可外加一電壓，改變比較器的參考電壓。不用時，經(jīng)0.01F 的電容接GND,以防止干擾的引入。 1腳：電源負極（GND） 3腳：輸出端，最大輸出電流達200mA，可直接驅(qū)動繼電器、發(fā)光二極管、揚聲器、指示燈等器

16、件。 二、各管腳的功能 7腳：放電端（D）也可以作為集電極開路輸出端使用。 8腳：正電源端，CMOS555電路可以采用3至18V的單電源工作，可以與其他運算放大器和電路共用電源。 6腳：閾值端（TH）當UTR大于UREF1時C1輸出為0，使基本RS 觸發(fā)器置0輸出低電平。 55512348765 三、工作原理845271365K5K5KTQSRUREF1UREF2 uc1+-C1 uc2+-C2+0V6V4V5V0.3V2V5V0.3V截止1V2.1V5V3.1V4.1V0.3V0.3V5V導通5.1V3.5V2.5V1.9V0.9V845271365K5K5KTQSRUREF1UREF2 u

17、c1+-C1 uc2+-C2+6VCR1R2u0U0nU0mtucUnUmt5.3.2 555電路的應用實例一、無穩(wěn)態(tài)振蕩器u0U0nU0mtucUnUmt電路輸出矩形波的周期取決于電容器充、放電的時間常數(shù)。其充電時間常數(shù)為T1=(R1+R2)C放電時間常數(shù)為T2=R2C輸出的矩形波周期工程上常用T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C計算改變充、放電時間常數(shù)就可以改變矩形波的周期和脈寬TTT1T2不同充電時間常數(shù)情況充電時間常數(shù)大些的情況充電時間常數(shù)小些的情況工作原理 當電源接通時，它經(jīng)R1和R2對電容充電，當uC上升到略高于2/3Vcc時，比較器C1的輸出為0，將觸發(fā)器置0,uo為0，晶體

18、管V導通,電容器通過R2和晶體管放電，使uC下降。當uC下降略低于1/3Vcc時，比較器C2的輸出為0，將觸發(fā)器置1，uo又由0變?yōu)?。由于 ，晶體管V截止,VCC又經(jīng)R1 和R2 對電容充電。如此重復上述過程， 在輸出端就得到了矩形脈沖。 uCtUOH uOtUOL845271365K5K5KTQSRUREF1UREF2 uc1+-C1 uc2+-C2+6V二、 構(gòu)成施密特觸發(fā)器（滯回比較器）0.5V1.9V2.1V3.9V4.1V5.1V4V2VU0nU0mui0 0.5 1.9 2.1 3.9 4.1 5.1 工作原理 若ui自0逐漸增大當uiUREF1 、uiUREF2時兩個電壓比較器

19、的輸出uc1=1、uc2=0輸出uo=1 當ui增大到UREF2uiUREF1時兩個電壓比較器的輸出uc1=0、uc2=1輸出狀態(tài)變?yōu)榈碗娖絬o=0 當ui再增大時兩個電壓比較器的輸出uc1=0、uc2=1輸出狀態(tài)保持不變 當ui減小到uiUREF1以前時輸出保持不變，而當UREF2uiUREF1兩個電壓比較器的輸出uc1=1、uc2=1輸出狀態(tài)仍保持不變 直到ui減小到uiUREF2 ，uc2=1 , uTHUREF1，uc1=0，Q=0 =1，晶體管導通，電容器C放電uTHUREF2 ，uc2=1 , uTHUREF1，uc1=1，將保持這種狀態(tài)0.3V01截止0充電16V1V2V3V4.1V暴光定時器電路uiuCuOttUomUREF1（1）當電源接通后，自動進入穩(wěn)定狀態(tài)該電路是利用電阻和電容構(gòu)成積分電路來延時的。（2）當在輸入端加一個負觸發(fā)脈沖時，由于UTRUREF2所以比較器C2的輸出變成低電平，RS觸發(fā)器輸出Q=1輸出變成高電平， =0晶體管截止，電路進入暫態(tài)。 （4）當電容器的電壓上升到uc=UTH=UREF1時，比較器C1的輸出變成低電平， RS觸發(fā)器輸出Q=0輸出變成高電平， =1 晶體管導通，電容器通過晶體管放電，使得uc =UTH下降，當其 ucUREF1時C1變成高電平，電路重新進入的穩(wěn)定狀態(tài)。 （3）電容器開始充電電路的電壓波形VCC