1、第 13章 模數(shù)混合器件,13.1 555定時(shí)器,555定時(shí)器是一種應(yīng)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(hào)的產(chǎn)生、波形的變換和整形，定時(shí)等。在工業(yè)自動(dòng)控制、定時(shí)、延時(shí)、報(bào)警、仿聲、電子樂(lè)器等方面有廣泛應(yīng)用。 常用集成定時(shí)器 555 有 5G555 (TTL)和CC7555 (CMOS)。,13.1.1 555集成定時(shí)器的電路組成,1.分壓器：由三個(gè)等值電阻構(gòu)成,2.比較器：由電壓比較器C1和C2構(gòu)成,3.R-S觸發(fā)器,4.放電管VT,放電管,Q,工作原理,Q=1，T截止，Vo=1,Q=0，T導(dǎo)通，Vo=0,Q、T保持，輸出保持不變,當(dāng)無(wú)外接電源時(shí)， 電壓控制端V

2、CO=0,2/3 VCC,1/3 VCC,VI1,VI2,VO,555功能表,2/3 VCC,1/3 VCC,13.1.2 555集成定時(shí)器的應(yīng)用,1、構(gòu)成 施密特觸發(fā)器,施密特觸發(fā)器特點(diǎn)：,（1）輸出有兩種狀態(tài)（輸出為數(shù)字信號(hào)）；,（2）輸入采用電平觸發(fā)（輸入為模擬信號(hào)）；,（3）電路具有回差特性：對(duì)于正向增加和負(fù)向減小的輸 入信號(hào)，電路有不同的閾值電平（VT+和VT-）。,555集成定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器,ui,uo,u2=u6=ui 2UCC/3 ，輸出uo為低電平。,u2=u6=ui 1UCC/3 ，輸出uo為高電平。,UTUTUT,回差電壓：,2UCC/3UCC/3,UCC/3,回

3、差電壓越大，電路的抗干擾能力就越強(qiáng)，但過(guò)大，會(huì)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(yīng)用舉例,2、用于脈沖整形、抗干擾,2、由555定時(shí)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(hào)便能自動(dòng)地、周期性翻轉(zhuǎn)，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(shí)序電路中的時(shí)鐘脈沖一般是由多諧振蕩器產(chǎn)生的。,Q=0,C充電,C放電,剛接通電源 uC=0,振蕩頻率,輸出波形占空比,充電時(shí)間 t1,放電時(shí)間 t2, 占空比任意可調(diào)的 多諧振蕩器,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(kāi)來(lái)，再加上一個(gè)電位器，便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器

4、。,例1 防盜報(bào)警電路,接通開(kāi)關(guān)時(shí)，由于a、b間的細(xì)銅絲接在復(fù)位端4與“地”之間，輸出為低電平，揚(yáng)聲器中無(wú)電流，不發(fā)聲。一旦盜竊者闖入室內(nèi)碰斷細(xì)銅絲，4端獲高電平，555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器開(kāi)始工作，由3端輸出一個(gè)一定頻率的矩形波電壓，經(jīng)隔直電容后供給揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器發(fā)出警報(bào)聲。,多諧振蕩器的應(yīng)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(zhǎng)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(diǎn)：,（1）有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩種狀態(tài)；,（2）平時(shí)處于穩(wěn)態(tài)，在外部觸發(fā)脈沖作用下，由穩(wěn)態(tài)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)；,（3）暫穩(wěn)態(tài)維持一定時(shí)間后自動(dòng)回到穩(wěn)態(tài)。,3、由555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,什么是單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器？,0.01

5、F,uC,C,ui,uO,R,1/3UCC,接通電源,上升到2/3 UCC,VT導(dǎo)通，C通過(guò)VT放電, uC 0,tw =RCln3=1.1RC,0.01F,uC,C,ui,uO,因此暫穩(wěn)態(tài)的長(zhǎng)短 取決于RC時(shí)間常數(shù),R,1/3UCC,例1：脈沖的定時(shí),將模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量；,將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量。,實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的電路;,實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的電路。,13.2 數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換,13.2.1 D / A 轉(zhuǎn)換器 ( DAC ),D/A轉(zhuǎn)換器的方框圖:,基本思想：,將數(shù)字量的每一位代碼按權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，再將各模擬量相加，即得到相應(yīng)的模擬量輸出。,1 、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò) D / A

6、 轉(zhuǎn)換器,S0,S1,S2,S3,(LSB),(MSB),最低位,最高位,電子開(kāi)關(guān) ：,Dn = 1 時(shí)，,Sn 接VREF ；,Dn = 0 時(shí)，,Sn 接地端 。,VREF,I1 = 2I0,I2 = 4I0,I3 = 8I0,當(dāng) D3D2D1D0 = 1111時(shí) ：,I = I0 + I1 + I2 + I3,I0 =,VREF,23 R,參考電壓,uo = - IR / 2,D/A電路輸出模擬電壓UO與輸入的數(shù)字量D3D2D1D0成正比！,2 、倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D / A轉(zhuǎn)換器,電阻網(wǎng)絡(luò),S0S3: 模擬電子開(kāi)關(guān),求和運(yùn)算放大器,Di=0, Si接地； Di=1, Si接運(yùn)放的反相端。,

7、無(wú)論模擬電子開(kāi)關(guān)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(luò)可以等效為：,I = I3 + I2 + I1 + I0,vo= - I RF,D/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(luò)單片集成D / A轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓的比值來(lái)表示。 10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為：,3、D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo),1.轉(zhuǎn)換精度,（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(shí)際值與理

8、 想值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)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(xí)慣用輸入數(shù)字量的有效位數(shù)n來(lái)表示分辨率。,（1）輸出建立時(shí)間 從輸入數(shù)字信號(hào)起，到輸出電壓或電流到達(dá)穩(wěn)定值時(shí)所需要的時(shí)間，稱為輸出建立時(shí)間。,2.轉(zhuǎn)換速度,一、分類(lèi)：,13. 2.2 A / D 轉(zhuǎn)換器 ( ADC ),時(shí)間離散采樣、保持,輻值離散量化、編碼,二、 A/D轉(zhuǎn)換的基本原理,A / D 轉(zhuǎn)換過(guò)程應(yīng)包括 ：,取樣、,保持、,量化、,編碼 這四個(gè)步驟 。,采樣電路,要求,在采樣時(shí)間內(nèi)，信號(hào)維持不變，以提供足夠的轉(zhuǎn)換時(shí)間。,采樣后保持原信號(hào)特征。,采樣定理,采樣頻率大于2倍輸入 信號(hào)頻率的最

9、大值。,取樣保持電路,取樣脈沖高電平期間，開(kāi)關(guān)S閉合，電容 CH采樣, vo =vi ;,取樣脈沖低電平期間，開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，電容 CH無(wú)放電回路，忽略各種漏電流，電容CF保持 ；vo 保持 。,電子開(kāi)關(guān),取樣保持電容,A V1=1, 量化編碼,為了產(chǎn)生量化編碼，在設(shè)計(jì)（或選擇）A/D器件時(shí)，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(guò)程為： 把要轉(zhuǎn)換的模擬量除，得：,整數(shù)部分，用二進(jìn)制表示，即得轉(zhuǎn)換數(shù)字量。 余數(shù)部分，即量化誤差。,量化單位越小轉(zhuǎn)換位數(shù)越多量化誤差越小。,把量化的結(jié)果用二進(jìn)制代碼 表示出來(lái)，稱為“ 編碼 ” 。經(jīng)編碼后得到的代碼就是A/D轉(zhuǎn)換器

10、輸出的數(shù)字量。,三、并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器,精密電阻網(wǎng)絡(luò)（23個(gè)電阻）,輸入模擬電壓,精密參考電壓,輸出數(shù)字量,VREF/15,3VREF/15,5VREF/15,7VREF/15,9VREF/15,11VREF/15,13VREF/15,vI I7 I6 I5 I4 I3 I2 I1 D2 D1 D0,7VREF/15 vI 9VREF/15 0 0 0 1 1 1 1 1 0 0,9VREF/15 vI 11VREF/15 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1,5VREF/15 vI 7VREF/15 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1,3VREF /15 vI 5VREF/15 0

11、 0 0 0 0 1 1 0 1 0,11VREF/15 vI 13VREF/15 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0,13VREF/15 vI 15VREF/15 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1,VREF/15 vI 3VREF/15 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1,0 vI VREF/15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,比較器的輸出狀態(tài)由D觸發(fā)器存儲(chǔ)，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(diǎn)：,轉(zhuǎn)換速度快； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜。,例如：uI4.2V，UREF6V。,則數(shù)字量輸出d2d1d0101。,四、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器框圖,逐次逼近轉(zhuǎn)換過(guò)程與用天平稱物重非常相似,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(cè)重量Wx ，8克砝碼保留,砝碼總重仍 待測(cè)重量Wx ，4克砝碼保留,砝碼總重 待測(cè)重量Wx ， 2克砝碼撤除,砝碼總重 待測(cè)重量Wx ， 1克砝碼保留,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(guò)程,3位逐次漸近型A/D轉(zhuǎn)換器的電路原理圖,1 0 0 0 0 0 0 0,A=6.84V,VREF=10V,1,0,1