数字逻辑第7章C常用中规模信号产生与变换电路课件

7.3常用中规模信号产生与变换电路555定时器是一种将模拟和数字功能结合在一起的中规模集成电路。应用广泛，加上适当的阻容元件即可构成多谐振荡器、施密特触发器和单稳态触发器等电路，完成脉冲信号的产生、定时和整形等功能。在控制、定时、检测、仿声和报警等方面有着广泛的应用。常用集成定时器555有5G555(TTL)和CC7555(CMOS)。以5G555为例：7.3.1555定时器及其应用一、电路结构与逻辑功能1.电路组成分压器、比较器、基本RS触发器、放电三极管和输出缓冲器组成。（1）分压器：由三个阻值为5kΩ的电阻组成。当CO无外加电源时，

为比较器提供参考电压；当CO有外加电源时，参考电压等参数将发生改变。因此，为防止干扰，不外加电源时，通过小电容接地。（3）基本RS触发器：与非门构成、低电平触发，R、S由比较器的输出控制；控制放电三极管T的导通和截止。当时，vO=0，定时器直接复位。（4）放电三极管T构成泄放电路，集电极为输出D。如将D通过电阻接至电源可构成反相器。Q=0，T导通，D=0Q=1，T截止，D=1（5）输出缓冲器G3提高负载能力，并隔离负载对定时器的影响。2.电路功能当CO无外接电源时，电路组成及工作原理二、定时器应用举例1、由555构成多谐振荡器（矩形波发生器）有两个暂稳态，电路起振后，在两个稳态间变化，输出矩形波。分析过程：电路刚开始工作时，由于电容电压不能突变，vC=0。T截止，VCC通过R1和R2对电容充电，vO=1。继续充电

T导通，vC通过R2和T放电。Vo=0振荡频率的估算（1）电容充电时间T1：（2）电容放电时间T2（3）电容振荡周期T

T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C（5）输出波形占空比q（4）电路振荡频率f占空比可调的多谐振荡器电路利用半导体二极管的单向导电特性，把电容C充电和放电回路隔离开来，再加上一个电位器，便可构成占空比可调的多谐振荡器。

可计算得：T1=0.7R1CT2=0.7R2C

占空比：2、555构成施密特触发器（带有滞后功能的反相器）——一种特殊的双稳态时序电路。具有以下两个特点：1）电平触发，且适用于缓慢变化的信号。只要输入信号达到相应的触发电平，状态就发生改变。2）回差电压特性，即对于正向和负向增长的输入信号，电路有不同的阈值。能将边沿变化缓慢的电压波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲。vOvIVOLVT+VOHVT-回差电压：△VT=VT+-VT-施密特触发器的应用：波形变换、脉冲整形、幅值鉴别。波形变换：

将三角波、正弦波或任意模拟波形变换成矩形波。脉冲整形：

将边沿变坏或叠加干扰等畸变信号变成规则波形。幅值鉴别：

将幅值大于VT+的脉冲鉴别出来并输出相应的脉冲信号。3、用555定时器组成单稳态触发器电路组成及工作原理（1）无触发信号输入(vI=1)时电路工作在稳定状态（vO=0）。设电路输出vO=1。刚接通电源时，

vC=0，R=1；，S=1保持不变vO保持高电平。T截止，VCC通过R向电容C充电。当，R=0，则vO=0。T饱和导通，vC通过T迅速放电至vC≈0，此时R=1，S=1，则vO保持低电平。（4）自动返回（暂稳态结束）时间暂稳态期间，触发脉冲撤消，即，S=1；当，R=0，则vO=0，T饱和导通，vC通过T迅速放电至vC≈0，此时R=1，S=1，则vO保持低电平。暂稳态结束，自动返回稳态。（5）恢复过程

当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的放电三极管

T放电，电容C放电完毕，恢复过程结束。脉冲宽度的计算和调整暂稳态持续时间即为输出脉冲宽度tW。与充电回路有关，由充电回路的时间常数RC决定。近似计算公式为：可见调整R、C的取值即可改变脉冲宽度。单稳态电路的应用整形、定时和延迟。转换特性：输入数字量与输出模拟量之间的对应关系，理想情况下成正比。设输入数字量为D=Dn-1…D1D0，输出模拟量用A表示，则K——转换比例系数设输出模拟量满刻度值为Am表示，则当数字量为001，即只有最低有效位(LSB)为1，其余各位为0时，电路输出最小模拟量推广到n位，电路输出最小模拟量二、D/A转换器的类型和参数1、D/A转换器的类型D/A转换器都包括电阻解码网络和电子开关。电阻解码网络权电阻网络D/A转换器R-2R正梯形电阻网络D/A转换器R-2R倒梯形电阻网络D/A转换器电子开关CMOS电子开关D/A转换器TTL电子开关D/A转换器（速度较快）输出模拟信号类型电压型D/A转换器电流型D/A转换器随着集成电路技术的发展，D/A转换器能与微处理器完全兼容、具有输入数据锁存功能，进一步又出现了带有参考电压源和输出放大器的D/A转换器。2、D/A转换器的主要技术指标（1）分辨率——D/A转换器的最小输出模拟量与最大输出模拟量的比值。（2）非线性误差——在满刻度范围内偏离理想转换特性的最大值。理想情况：相邻数字量对应的模拟量之差都为ALSB。（3）绝对精度——在满刻度数字量输出的实际值与理想值之差。一般应低于ALSB。（4）建立时间——从送入数字信号起，到输出模拟量达到稳定值所需的时间。反应了电路的转换速度。最短可达0.1μS。三、典型芯片DAC0832——8位D/A转换器，采用CMOS工艺制作，20脚双列直插式封装，与微处理器完全兼容。引脚功能：D7~D0——数字信号输入端VR

——参考电压输入端VCC——电源电压输入端IOUT1、IOUT2——电路输出端Rfb

——反馈电阻引出端AGND——模拟信号接地端DGND——数字信号接地端

——控制信号输入端7.3.3集成A/D转换器模/数转换器（Analog

toDigitalConverter，ADC）由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以在将模拟信号转换成数字信号时，必须在选定的一系列时间点上对模拟信号进行采样，然后将这些采样值转换成数字量输出。

一般的A/D转换过程为：取样、保持、量化和编码。

采样：周期地获取模拟信号的瞬时值，从而得到一系列时间上离散的脉冲采样值。保持：在两次采样之间将前一次采样值保存下来，使其在量化编码期间不发生变化。

采样保持电流一般由采样模拟开关、保持电容和运算放大器等几个部分组成。经采样保持得到的信号值依然是模拟量，而不是数字量。任何一个数字量的大小，都是以某个最小数字量单位的整数倍来表示的。将采样保持电压转化成最小数值单位的整数倍的过程，称为量化。所取得最小数量单位叫做量化单位，其大小等于数字量的最低有效位所代表的模拟电压大小，记作VLSB。把量化的结果用代码（二进制代码、BCD码等）表示出来，称为编码。一、A/D转换器的类型①并行比较型A/D转换器由电阻分压器、电压比较器、数码寄存器及编码器4个部分组成。适用于转换速度高、分辨率低的场合。并行比较型A/D转换器真值表②逐次比较型A/D转换器由电压比较器、逻辑控制器、D/A转换器及数码寄存器组成。特点：转换速度较快，输出代码位数高，精度高。③双积分型A/D转换器间接A/D转换器。由积分器、检零比较器、时钟控制器和计时器等几部分组成。工作原理：把输入的模拟电压转换成一个与之成正比的时间宽度信号，然后在这个时间宽度内对固定频率的时钟脉冲进行计数，其结果就是正比于输入模拟信号的输入量输出。特点：精度高、抗干扰能力强，缺点是速度慢。二、A/D转换器的主要技术参数（1）分辨率——说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。一般以输出二进制（或十进制）数的位数表示。因为，在最大输入电压一定时，输出位数愈多，量化单位愈小，分辨率愈高。（2）相对精度——实际输出的数字量和理