数字电子技术基础 课件 第8-10章 模数和数模转换-数字系统设计实践

数字电子技术基础第8章模数和数模转换7.5有限状态机7.5有限状态机8.1模数转换8.1.1采样和保持8.1模数转换8.1.2量化和编码8.1模数转换8.1模数转换8.1.3A/D转换器的主要性能指标（1）转换精度1）分辦率（Resolution）：分辦率R表示A/D转换器对输入信号的分辦能力，由满量程（FullScaleRange,FSR）和A/D转换器输出数字量的位数n决定，即2）转换误差：转换误差反映了A/D转换器实际输出的数字量和理论输出的数字量之间的差别，通常以相对误差的形式给出，用LSB表示。（2）转换速率通常情况下，转速速率是指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间的倒数。8.1.4并联比较型A/D转换器8.1模数转换8.1模数转换①由于转换是并行的，其转换时间只受比较器、寄存器和编码电路的延迟时间限制，因此转换速度快。②随着分辨率的提高，器件数目要按几何级数增加。8.1模数转换8.1.5逐次比较型A/D转换器8.1模数转换8.1.6双积分型A/D转换器8.1模数转换①准备阶段。②第一次积分阶段。③第二次积分阶段。8.1模数转换8.1模数转换8.1.7ADC0809及其应用8.1模数转换（1）ADC0809的引脚功能①INO~IN7:8路模拟输入信号，根据地址状态选中其中一路输入，共用一个A/D转换器。②DO~D7:8位数字量输出。③C、B、A:3位地址端。④ALE：地址锁存允许信号。⑤START：启动模数转换的控制信号。⑥EOC：模数转换结束的标志信号。⑦OE：数据输出的允许信号，用于控制三态输出锁存器向外输出转换后的数据。⑧CIK：时钟脉冲输入端。⑨VR（+）和VR（-）：参考电压，用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次比较的基准。⑩VCC：工作电源，接5V。⑪GND：地。8.1模数转换（2）ADC0809的电路结构及工作过程ADC0809的结构框图如图8-13所示，工作时序如图8-14所示。8.1模数转换①首先，输入C、B、A的地址，然后给ALE送入一个正脉冲，脉宽tW_ALE不小于50ns。②给START信号送人一个正脉冲，脉宽tw_s不小于50ns。8.1模数转换③在接下来的56个时钟脉冲CLK周期内，每7个CLK转换1位。④OE是数据输出允许信号，转换结束后，给OE送入正脉冲，三态输出锁存缓冲器将转换后的数字量送到数据总线上。（3）ADC0809的主要参数①8路模拟电压输入通道，8位分辨率。②时钟频率力640kHz时的转换时间为100𝜇s，时钟频率500kHz时转换时间力130𝜇s。③具有转换启停控制端。④单一5V直流电源供电。⑤模拟输入电压的范围力0~5V。⑥工作温度范围-40~85°C。⑦功耗力15mW。（4）模数转换仿真模数转换的仿真电路如图8-15所示。8.1模数转换8.1模数转换8.2数模转换8.2.1D/A转换器的分类8.2.2D/A转换器的主要性能指标（1）分辨率和A/D转换器一样，D/A转换器的分辨率也是指当输入数字量的LSB发生变化时，所对应的输出模拟量的最小变化值，即（2）转换精度转换精度是指D/A转换器实际输出的模拟电压值与理论输出模拟电压值之间的最大误差。（3）建立时间也称转换时间，是用来描述D/A转换器转换快慢的一个参数，其值从输入数字量到输出稳定模拟信号所需要的时间。8.1模数转换8.2.3权电阻型D/A转换器8.1模数转换8.2.4R-2R电阻型D/A转换器8.1模数转换8.2.5权电流型D/A转换器8.1模数转换8.2.6DAC0832及其应用8.1模数转换

8.1模数转换

8.1模数转换8.1模数转换（3）DAC0832的主要参数①分辨率为8位。②模拟信号输出类型是电流。③电流稳定时间约1𝜇s。④有直通、单缓冲、双缓冲3种工作方式。⑤单一电源供电（5~15V）。⑥低功耗，约为20mW。（4）数模转换仿真由于DAC0832属于电流输出型，而我们在应用中往往需要电压信号，这就需要将它的输出进行电流/电压转换，可在它的lout1、lout2输出端加接一个运算放大器，运算放大器的反馈电阻可通过Rm.端引用片内8.1模数转换固有电阻（也可外接电阻），即可将电流信号变换成电压信号输出，如图8-23所示。8.1模数转换第9章脉冲信号电路9.1施密特触发器9.1.1门电路构成的施密特触发器

9.1施密特触发器

9.1施密特触发器9.1施密特触发器9.1施密特触发器9.1.2集成施密特触发器9.1施密特触发器9.1施密特触发器9.2单稳态触发器9.2.1门电路构成的单稳态触发器1.

RC电路9.2单稳态触发器2．微分型单稳态触发器1）当电路处于稳态时，ui是低电平，ud也是低电平，ui2=UDD为高电平，非门G2的输出uO是低电平，或非门G1的输出uO1为高电平，电容G两端没有电压，即uc=0。2）若输入ui

由低电平变高电平，即产生一个触发信号，则Rd、Cd

微分电路的状态将发生变化，ud瞬时上升为高电平，uO1随即变为低电平。9.2单稳态触发器9.2单稳态触发器3）当ui2继续上升至UTH时，uO的状态将发生翻转，迅速从高电平变低电平状态。9.2单稳态触发器9.2单稳态触发器9.2.2集成单稳态触发器9.2单稳态触发器9.2单稳态触发器9.2单稳态触发器（1）7412174121是不可重复触发集成单稳态触发器，其功能表见表9-1。1）表格的第1~4行表明，只要A1、A2、B这3个输入为稳定的0或者1，输出就是稳态、Q为0，Q为1。2）表格的第5~7行表明，当B接高电平时，只要A1、A2有任何一个出现下降沿，输出就进入暂态，9.2单稳态触发器

9.2单稳态触发器9.2单稳态触发器9.2单稳态触发器9.2单稳态触发器9.3多谐振荡器9.3.1门电路构成的多谐振荡器9.3多谐振荡器1）假定电路上电之前电容C没有充电，t1时刻接通电源，uo为初始状态低电平，ui1也为低电平，因此uo1即ui2）为高电平，导致uo

维持低电平。2）t2时刻，ui1的值达到CMOS门电路的转换阈值电压UTH，uo1

从高电平瞬时翻转为低电平，进而导致uo从低电平翻转为高电平。3）在这个暂态期间，电容C通过电阻R放电，使ui1逐渐下降。9.3多谐振荡器9.3.2施密特触发器构成的多谐振荡器9.3多谐振荡器9.3多谐振荡器9.3多谐振荡器1）假定电路上电之前电容C没有充电，电源接通瞬间，电容两端电压不能跳变，此时ui低电平，经过反相uo为高电平。2）当ui

的值达到施密特触发器的正向阈值电压UT+时，uo从高电平瞬时翻转低电平，此时电容C通过电阻R放电，随着放电的进行，ui

的值不断下降。3）当ui下降至施密特触发器的反向阈值电压UT-时，uo从低电平瞬时翻转高电平，并再次通过电阻R向电容C充电。9.3多谐振荡器9.3多谐振荡器9.4

555定时器9.4

555定时器9.4

555定时器9.4.1LM555的电路结构及工作原理①4脚为复位端RST。②C1同相端的电位是2Ucc/3，C2反相端的电位是Ucc/3。③6引脚力阈值输入端THR，是C1反相端的输入，它与2Ucc/3进行比较决定C1的状态；同理，2引脚为触发输入端TRI，是C2同相端的输入，它与Ucc/3进行比较决定C2的状态。④C1和C2作为基本RS触发器的输入，共同决定Q和Q的状态，并进而决定3引脚输出OUT的状态。⑤G3的输出经电阻R接至品体管VT的基极，VT的集电极为7引脚DIS，当VT导通时、DIS将通过VT9.4

555定时器放电。⑥5引脚为控制电压端CON。⑦

8引脚为电源Ucc，1脚为地GND。9.4

555定时器9.4.2555定时器构成的施密特触发器①输入正弦波信号从低电平0开始逐渐增大，当小于Ucc/3时，根据功能表的第2行可知，输出OUT为高电平1。②输入信号继续增大，当大于Ucc/3但小于2Ucc/3时，根据功能表的第4行可知，输出OUT保持不变，仍为高电平1。③输入信号大于2Ucc/3时，根据功能表的第3行可知，输出OUT发生翻转，从高电平1变为低电平0。④输入信号从最高值开始下降，在小于2Ucc/3但大于Ucc/3时，根据功能表的第4行可知，输出OUT保持不变，仍为低电平，直到输人信号小于Vcc/3，输出从低电平翻转到高电平。9.4

555定时器9.4

555定时器9.4

555定时器9.4.3

555定时器构成的单稳态触发器9.4

555定时器①电路通电初始，当触发信号TRI是高电平时，TR/>Ucc/3，输出OUT为低电平，电路处于稳态。②在TRI由高电平变为低电平的瞬间，TRI<Ucc/3。③随着充电的进行，电容C两端的电压不断升高，意味着THR的电压不断升高。9.4

555定时器9.4.4555定时器构成的多谐振荡器①电路通电初始，电容C上没有电荷，此时TRI=Uc=0V。②随着充电的进行，电容C两端的电压Uc不断升高，也就意味着THR和TRI的电压不断升高。③随着放电的进行，电容G两端的电压Uc不断下降，也就意味着THR和TRI的电压不断下降。9.4

555定时器9.4

555定时器第10章数字系统设计实践10.1数字系统的传统设计方法10.1.1总体思路10.1.2设计要点和步骤1.设计要点1）准确理解设计任务，完成顶层设计。2）根据适用性原则，在综合考虑成本、技术复杂度、可靠性等多种因素之后选择适合的方案，完成各功能模块电路的设计和实现。3）针对系统统调环节出现的各种问题，要根据现象分析故障原因，确定根源问题和次生问题。2.设计步骤10.1数字系统的传统设计方法10.2片剂装瓶计数显示系统的设计10.2.1设置值转BCD码电路10.2片剂装瓶计数显示系统的设计10.2片剂装瓶计数显示系统的设计10.2.2设置值显示电路10.2片剂装瓶计数显示系统的设计10.2片剂装瓶计数显示系统的设计10.2.3设置值与计数值比较电路10.2片剂装瓶计数显示系统的设计10.2片剂装瓶计数显示系统的设计10.2.4装瓶计数电路10.2片剂装瓶计数显示系统的设计10.2片剂装瓶计数显示系统的设计10.2片剂装瓶计数显示系统的设计10.2.5累加计数电路10.2片剂装瓶计数显示系统的设计10.2片剂装瓶计数显示系统的设计10.2.6

8位二进制码转BCD码电路（1）知识铺垫由于4位二进制码最大能表示15，而4位BCD码最大只能表示9，因此，如何弥补二者之间的这个差别是实现转换的关键。1）若4位二进制码小于或等于9，则不需要修正，此二进制码即BCD码。2）若4位二进制码大于9，则需要加6进行修正。（2）实现思路8位二进制码转换为BCD码，需要将待转换的二进制码从最高位开始逐次左移至存放BCD码的寄存器，直至所有二进制码全部移入寄存器。10.2片剂装瓶计数显示系统的设计10.2片剂装瓶计数显示系统的设计（3）设计实现根据上述实现思路，可以得到8位二进制码转BCD码的电路，需要用到的逻辑器件包括移位寄存器、比较器、加法器，以及若干基本逻辑门。10.2片剂装瓶计数显示系统的设计10.2片剂装瓶计