电子技术第五章课件

1、5.0 内容提要5.2 AD转换器5.3 555电路及应用5.4 本章小结 模拟数字混合电路第 5章5.1 DA转换器 而555时基电路也是一类模拟量和数字量变换的重要器件 5.0 内容提要 模拟与数字混合电路是电子电路中经常用到的一类电路，它主要包括模数、数模转换电路（D/A、A/D）、555时基电路、频率电压和电压频率转换电路(F/V、V/F) 数模和模数转换器及频率电压和电压频率转换器是两类将模拟量和数字量相互转换的重要元件。它们被广泛的应用与自动控制系统的设备中，是这些设备的重要组成部分 本章主要介绍D/A、A/D和555这三类器件的基本工作原理，和常用的集成芯片组成的典型电路。5.1

2、 DA转换器5.1.1 DA转换器的基本原理及分类5.1.2 DA转换器的主要指标5.1.3 DA集成电路介绍5.1.1 DA转换器的基本原理及分类功能：把数字量转换成与其成一定比例关系的模拟量要求：输出的模拟量与输入的数字量成正比。即：数字量：参考电压输入、输出关系框图如下：d0d1dn-1DACuO或iOn 位二进制D / A转换思路：将所有为“1”的位转换成相应的权，然后求和例如：(1101)2各位的权分别为8、4、2、1T型网络D/A转换器基本原理：（以输入4位二进制数为例）实现的方法：常采用T型电阻网络法电路由：T型电阻网络电子开关求和放大器组成基准电压源2R2RR2R2RR2RRU

3、REFd0d1d2d32R-+UoUREF/2UREF/4UREF/16转换原理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转换原理2R2RR2R2RR2RRUREFR-+Uod0d1d2d3 0 0 0 11 1 0 10 1 0 1 UREF/25UREF/8UREF/16表达式的一般形式D/A转换器的分类按工作原理分类直接D/A转换器

4、间接D/A转换器直接把输入的数字信号转换成输出的模拟信号先把输入的数字信号转换成其它中间信号，再把中间信号转换成输出的模拟信号。按输入端结构分类有三态数据锁存器无三态数据锁存器可直接与计算机的数据总线连接不可直接与计算机的数据总线连接5.1.2 DA转换器的主要指标(1)分辨率 用输入的二进制数码的位数n来表示。位数 越多，分辨率就越高。 ULSBUFSR=12n1分辨率 =(2)线性度 用非线性误差的大小来表示。 (3)转换精度 以最大静态转换误差的形式给出，这个误差包含非线性误差、比例系数误差、漂移误差等。(4)输出电平 一般为5V至10V，高压输出型的可达24V至30V；输出电流型的，低

5、的为几到几十毫安，高的达3A(5)输入数字电平 输入数字信号分别为1和0时，所对应的输入高低电平的值5.1.3 DA集成电路介绍根据转换精度的不同，有8位到16位的D/A转换器采用20脚双列直插封装T型电阻网络基准电压源一、内部基本结构框图：逻辑控制电路电子开关电路R求和放大器模拟量输 出缓冲寄存器数字量输 入0830系列是8位分辨率的集成D/A转换电路二、主要特性参数：（1）分辨率8位（3）可单缓冲、双缓冲或直接数字输入（4）只需在满量程下调整线性度（5）单电源供电 (+5V-15V)（6）低功耗 (200mW)（2）电流稳定时间1us三、主要特点：（1）有两极锁存控制功能，能够实现多通道D

6、/A的同步输出（2）内部无基准电源，使用时必须外接基准电压源。（3）电流输出型，要获得模拟电压输出，需要外接转换电路四、0830系列管脚配置：引脚功能：GNDDIOUT1IOUT2VREFDAC131415161718192087654321VDD9101211GNDA083008310832D10D11D12D13D14D15D16D17(LSB)(MSB)RFBILED10D17 :数据输入线ILE: 数据允许锁存信号:输入寄存器写选通信号:数据传送信号:DAC寄存器写选通信号VREF:基准电源输入管脚RFB:反馈信号输入管脚:输入寄存器选择信号IOUT2 、IOUT1:电流输出管脚，其和

7、为常数VDD:电源输入管脚GNDA:模拟信号地GNDD:数字信号地D0D1D2D3D5D6D4D7P0.0P0.1P0.2P0.3P0.5P0.6P0.4P0.7P1.0单片机电源D10GNDDIOUT1IOUT2VREFDAC131415161718192087654321VDD9101211GNDA0832D11D12D13D14D15D16D17(LSB)(MSB)RFBILE五、用0832组成的数模转换电路+5V-5V+-+-电流电压变换电路5.2 AD转换器5.2.1 逐次逼近式AD转换器原理5.2.2 双积分式AD转换器原理5.2.3 AD转换器的主要指标5.2.4 实用的模数转换

8、器功能：把模拟量转换成数字量分类（按转换原理）：直接转换型、间接转换型D/AuI 逐次渐近寄存器比较器参考电源时钟信号MSBLSBMSBLSB并行数字输出 转换开始信号10003.3V2V011003V11103.5V11013.25V11 1 0 1转换原理：5.2.1 逐次逼近式AD转换器原理11014V转换结束输出转换结果工作原理：定时积分积分输出t斜率固定5.2.2 双积分式AD转换器原理BUIN控制逻辑A计数器标准电压时钟开关积分器比较器模拟电压输入转换结束开始转换输出转换结果UU定时积分定时到时反向积分000000001010011010110011 3.5V1 0 1 1 0 0

9、 1 1 2.0V0 1 1 1 0 0 1 15.2.3 AD转换器的主要指标1分辨率2相对精度3转换速度4电源抑制 分辨率表示输出数字量变化一个相邻数码所对应的输入模拟量的变化量，常以输出二进制的位数表示分辨率，位数越多，误差越小转换精度就越高，自然分辨率也就越高。 指实际的各个转换点偏离理想特性的误差，在理想情况下所有的转换点应在同一直线上。 完成一次转换需要的时间。转换时间是指从接到转换指令开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间，采用不同的转换电路转换时间是不同的，逐次比较型比双积分型快的多。低速的AD转换器完成一次转换约需要130ms，中速的为50us左右，高速的约为5

10、0ns 在输入模拟电压不变的条件下，当转换电路的供电电源电压变化时对输出的影响，这种变化可以用数字量的绝对变化来表示。一、8路8位A/D转换器 ADC08091.ADC0809 内部结构框图8 路模拟开关地址锁存译码器.8路模拟输入3位地址地址锁存输出允许转换结果8位输出控制与时序三态输出锁存器树状开关S. A. R256R 阶梯电阻比较器启动时钟VREFVCCGND（+）（-）VREF5.2.4 实用的模数转换器2.ADC0809管脚功能及位置IN0IN7:8路模拟量输入B0B7:8路数字量输出VREF(+)、VREF(-):基准电压输入CLK:时钟输入(不大于1MHz）A0A2:模拟开关地

11、址选择输入ALE:模拟开关地址锁存（高电平时选择各模拟通道，下降沿锁存选择的模拟通道 ）START:转换开始（上升沿锁存三态输出、下降沿启动AD转换 ）EOC:转换结束（转换结束时输出一个正脉冲 ）OE:转换结果输出（低电平三态锁存器为高阻态，高电平将转换结果数字量输出到数据总线上 ）Vcc:电源正GND:电源负（1）分辨率8位。（6）不必进行零点和满度调整。（3）单电源供电 (+5V），模拟输入电压范围0至+5V（5）功耗 15mW。（4）具有8路锁存控制的模拟开关。（7）转换速度取决于输入的时钟频率。（2）最大不可调误差小于1LSB。3.ADC0809主要功能262728 1 2 3 4

12、51714 81819202115111310 7 922 62524231216IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7B0B1B2B3B4B5B6B7CLKEOC OEALESTARTA0A1A2VccGNDVREF-VREF+ADC0809精 密稳压器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与单片机组成的模拟电压测量系统二、12位双积分A/D转换器ICL7109内部结构框图模拟电路部分14位三态输出12位计数器14位三态锁存转换控制逻辑振荡器及时钟电路握手信号.电压比较器输出2 26 22 23 24 25 21 2718201917 3 8 9 16低字节输出极性输出高字节输出DEINTAZINTDEINTICL7109 特点： ICL7109内部由模拟、数字两部分电路组成。其中模拟部分由模拟信号输入、振荡电路、积分电

14、路、比较电路及基准电压源电路组成 数字电路部分由时钟振荡器、异步通信握手逻辑、转换控制逻辑及计数器、锁存器、三态门等组成。高精度、低噪声、低漂移、价格低廉。ICL7109 典型连接方式 ICL 7109使用时的基本连接电路5.3 555电路及应用 5.3.1 555电路的工作原理5.3.2 555电路的应用实例 555电路应用非常广泛，它可以构成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器等多种实用电路 555电路又称时基电路，它是一种将数字电路和模拟电路结合制作在同一片硅片上的混合集成电路。845271365K5K5KTQSRUREF1UREF2 uc1 它的内部有两个电压比较器C1和C25.3.

15、1 555电路的工作原理 一、555电路的简单化结构图：+-C1 uc2+-C2+一个基本RS 触发器一个晶体管三个5K电阻组成分压器 2脚：触发端（TR）当2脚的输入电压高于1/3Vcc时，C2 的输出为1；当输入电压低于1/3Vcc时，C2 的输出为0，使基本RS 触发器置1，输出高电平 4脚：复位端，由此端加负电平可使555电路直接复位，输出为低电平。 5脚：电压控制端（CO）在此端可外加一电压，改变比较器的参考电压。不用时，经0.01F 的电容接GND,以防止干扰的引入。 1脚：电源负极（GND） 3脚：输出端，最大输出电流达200mA，可直接驱动继电器、发光二极管、扬声器、指示灯等器

16、件。 二、各管脚的功能 7脚：放电端（D）也可以作为集电极开路输出端使用。 8脚：正电源端，CMOS555电路可以采用3至18V的单电源工作，可以与其他运算放大器和电路共用电源。 6脚：阈值端（TH）当UTR大于UREF1时C1输出为0，使基本RS 触发器置0输出低电平。 55512348765 三、工作原理845271365K5K5KTQSRUREF1UREF2 uc1+-C1 uc2+-C2+0V6V4V5V0.3V2V5V0.3V截止1V2.1V5V3.1V4.1V0.3V0.3V5V导通5.1V3.5V2.5V1.9V0.9V845271365K5K5KTQSRUREF1UREF2 u

17、c1+-C1 uc2+-C2+6VCR1R2u0U0nU0mtucUnUmt5.3.2 555电路的应用实例一、无稳态振荡器u0U0nU0mtucUnUmt电路输出矩形波的周期取决于电容器充、放电的时间常数。其充电时间常数为T1=(R1+R2)C放电时间常数为T2=R2C输出的矩形波周期工程上常用T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C计算改变充、放电时间常数就可以改变矩形波的周期和脉宽TTT1T2不同充电时间常数情况充电时间常数大些的情况充电时间常数小些的情况工作原理 当电源接通时，它经R1和R2对电容充电，当uC上升到略高于2/3Vcc时，比较器C1的输出为0，将触发器置0,uo为0，晶体

18、管V导通,电容器通过R2和晶体管放电，使uC下降。当uC下降略低于1/3Vcc时，比较器C2的输出为0，将触发器置1，uo又由0变为1。由于 ，晶体管V截止,VCC又经R1 和R2 对电容充电。如此重复上述过程， 在输出端就得到了矩形脉冲。 uCtUOH uOtUOL845271365K5K5KTQSRUREF1UREF2 uc1+-C1 uc2+-C2+6V二、 构成施密特触发器（滞回比较器）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逐渐增大当uiUREF1 、uiUREF2时两个电压比较器

19、的输出uc1=1、uc2=0输出uo=1 当ui增大到UREF2uiUREF1时两个电压比较器的输出uc1=0、uc2=1输出状态变为低电平uo=0 当ui再增大时两个电压比较器的输出uc1=0、uc2=1输出状态保持不变 当ui减小到uiUREF1以前时输出保持不变，而当UREF2uiUREF1两个电压比较器的输出uc1=1、uc2=1输出状态仍保持不变 直到ui减小到uiUREF2 ，uc2=1 , uTHUREF1，uc1=0，Q=0 =1，晶体管导通，电容器C放电uTHUREF2 ，uc2=1 , uTHUREF1，uc1=1，将保持这种状态0.3V01截止0充电16V1V2V3V4.1V暴光定时器电路uiuCuOttUomUREF1（1）当电源接通后，自动进入稳定状态该电路是利用电阻和电容构成积分电路来延时的。（2）当在输入端加一个负触发脉冲时，由于UTRUREF2所以比较器C2的输出变成低电平，RS触发器输出Q=1输出变成高电平， =0晶体管截止，电路进入暂态。 （4）当电容器的电压上升到uc=UTH=UREF1时，比较器C1的输出变成低电平， RS触发器输出Q=0输出变成高电平， =1 晶体管导通，电容器通过晶体管放电，使得uc =UTH下降，当其 ucUREF1时C1变成高电平，电路重新进入的稳定状态。 （3）电容器开始充电电路的电压波形VCC