第14次课 20101223(数模转换)

3 构成单稳态触发器 单稳态触发器的工作特点 电路需要触发信号 无触发信号输入时 电路一直处在稳定状态 由电路结构决定 电路一旦受触发 输出状态立刻进入暂稳态 触发信号消失后 电路状态能在暂态维持一定时间后 自动返回到稳态 等待下一次触发 暂态的维持时间长短由电路中的定时元件决定 R C为定时元件vI为窄脉冲 工作原理 无触发信号时 vI 1 电路处于稳态 vO 0V 电源合上时 设vO为0 T导通 vC 0 引脚2高电平 VTL 1 引脚6低电平 VTH 0 所以输出保持原来状态不变 即使vO为高电平 也会自动回到稳态 加入负脉冲触发信号后 电路进入暂稳态 vO 1 引脚2变低电平 VTL 0 使输出vO变为高电平 放电管截止 电容C充电 vC上升 充 RC 定时开始 由于当定时时间到 这一状态会回到稳态 因此称为暂稳态 暂稳态 vO 1 会自动回到稳态 vO 0 当vC上升至2VDD 3时 引脚6 VTH 1 触发信号这时已撤消 引脚2 VTL 1 所以输出vO变为低电平 T导电 C经放电管迅速放电 电路回到稳态 为下一脉冲触发作好准备 RCH是放电管导通时的沟道电阻 暂态结束后 使电容放光电所需时间称为电路的恢复时间 脉冲宽度 vI 宽脉冲触发的单稳态触发器 当单稳态触发器被触发进入暂态后 vC上升至2VDD 3时 VTH 1 这时要求触发信号已撤消 即要求触发信号是窄脉冲 若输入宽脉冲触发信号 则VTL 0 将会导致电路工作混乱 允许宽脉冲触发的基本思路是 加一个微分电路将宽脉冲变换为窄脉冲 加二极管箝位电路可以限制v2超过VDD 考虑VDD的内阻时 不必在D上串接电阻 v2 具体电路为 可重触发的单稳态触发器 可重触发是指 单稳电路在第一次受触发进入暂态定时后 可以连续加入触发脉冲 每加入一次触发信号 电路的延迟时间将从原延时继续 使暂态时间不断地延续下去 以得到长时间的延迟时间 原电路被触发进入暂态后 必须等待暂态结束后 并让电路状态完全回到稳态时 才能加入第二次触发信号 否则电路工作将会混乱 改进的基本思路是 让vI从0变为1 上升沿 时 使电容开始充电 当再一次加入触发脉冲时 迅速使电容放电 4 构成斯密特触发器 双稳态触发器 电路的工作特点 电路有两个稳定状态 在输入触发信号的作用下 电路的输出状态能从一个状态转换到另一个状态 电压传输特性 高触发端与低触发端相连 作为输入 逻辑符号 施密特触发器用于波形整形 多谐振荡器 也用于组成单稳态触发器等电路 将三角波变换为方波 组成多谐振荡器 组成单稳态触发器 作业 题4 1 8题4 1 12题4 1 13 题4 1 13中 引脚7改为引脚2 第2章信号转换电路 本章主要讨论 D A的类型及原理A D的类型及原理 在计算机控制系统和智能仪器仪表中 经常需要进行数字量 模拟量转换 称为D A转换 以防模拟量 数字量的转换 称为A D转换 将输入数字量变换成模拟量输出的电路称为数 模转换器 简称D A转换器或DAC DigitaltoAnalogConverter 权电阻网络D A转换器 T型电阻网络D A转换器倒T型电阻网络D A转换器 权电流网络D A转换器 将模拟量转换成数字量的电路称为模 数转换器 简称A D转换器或ADC AnalogtoDigitalConverter 并行比较型A D转换器逐次逼近型A D转换器 双积分型A D转换器 V F型A D转换器 D I 4 2 1数 模转换电路 一 DAC的基本工作原理 框图 DAC的基本思路是先将输入的二进制数按其位权的大小转换成与之成正比的电流量 然后将电流再转换成模拟量电压输出 三位D A转换器的转换特性 最小输出电压增量VLSB表示输入数字量中最低位LSB变化时所引起的输出电压变化量 d3d2d1d0 权电阻网络D A转换器 通常取Rf R 2 对于n位D A转换器 则 可见 D A转换器的输出与数字输入量成正比 理论上 影响模拟输出的除了Dn外 只有参考电压VREF 例如 8位D A转换器 参考电压为VREF 10V 则D A转换器的实际最大输出值为 权电阻网络D A转换器的特点是结构简单 缺点是电阻阻值范围太宽 精度不高 二 倒T型电阻网络D A转换器 特点是精度高 响应快 输出电压为 若输入为n位数字量时 一般取R Rf 这种DAC的典型产品是AD7520 10位D A转换器 三 DAC的双极性输出 当正负的数字量输入时 要求有正负的模拟量输出 称为双极性输出 在集成D A转换器中 一般均考虑了器件作单极性使用或双极性使用的两种情况 只是在接线方式上有所不同 一个负数通常用补码表示 因此 一个用补码输入的正 负数 通过偏移电路可以转换成正 负极性输出的模拟量 以3位二进制补码为例 补码输入时相应的偏移码和D A输出 双极性输出的D A转换器电路 当输入补码d2d1d0 000 即偏移码为100时 调节RB的值 使IB VB RB IMSB 所以输出模拟电压为0 而在其他输入情况下 输出模拟量有 对于n位的双极型D A转换电路 则有 Imax为偏移码全为1时的电流 四 D A转换器主要技术指标及应用要点 1 D A转换器的主要技术指标 分辨率 DAC电路所能分辨的最小输出电压增量VLSB与最大输出电压Vm之比称为分辨率 分辨率的大小仅由输入数字量的位数决定 因此在手册上常用DAC的位数来表示 DAC输入数字量的位数越多 则分辨能力越高 非线性 线性度 也称非线性误差 指DAC的零点调整好后 实际的模拟量输出与理论值之差 常用百分数或位数来表示 如非线性为10位 表示最大偏差为满刻度的内 转换精度 以静态转换误差的形式给出 包括非线性误差 增益误差 零点误差 漂移误差及噪声误差等综合误差 注意转换精度与分辨率之间的区别 转换精度是指转换后所得的实际值对于理想值的接近程度 而分辨率是指能够对转换结果发生影响的最小输入量 分辨率很高的D A转换器并不一定具有很高的精度 建立时间 温度系数 对于实际的D A转换器 当输入信号变化时 输出跳变到新的模拟信号存在时间延迟 建立时间定义为D A转换器的输入信号满刻度变化时 输出模拟信号达到满刻度值的LSB或 1LSB 所需的时间 不同型号的D A转换器 其建立时间是不同的 指温度变化时 D A转换器的增益 线性度 零点等参数的变化量 2 D A转换器应用要点 D A转换芯片主要性能指标的选择 数字量输入特性 各项精度指标 满足应用系统允许误差要求 转换时间 速度满足应用系统实时响应要求 工作环境条件指标 输入码制 是否带符号位 数据格式 并行码 串行码 逻辑电平 TTL CMOS电平 模拟量输出特性 锁存特性及转换控制 参考源 是电流输出型还是电压输出型 是否设有数据寄存器 控制信号的脉宽 建立时间 保持时间等是否满足系统的时序要求 影响模拟输出结果 对转换精度有较大影响 五 集成D A转换器实例 集成D A转换器特点 目前 电子线路中大多采用集成芯片形式的D A转换器 应用时 应选择性价比高的集成芯片 尽可能简化接口电路 早期的D A转换芯片 只具有从数字量到模拟电流输出量的转换功能 在使用时必须外加输入锁存器 参考电源及输出电压转换电路 常用型号 8位分辨率的DAC0800系列 10位分辨率的DAC1020 AD7520系列 12位分辨率的DAC1220 AD7521系列 中期的D A转换芯片 在内部增加了一些计算机接口电路 有了输入锁存功能和转换控制功能 可直接和微处理器的数据总线相连 常用型号 8位分辨率的DAC0830系列 12位分辨率的DAC1208 DAC1230系列 近期的D A转换芯片 将一些D A转换外围器件集成到芯片内部 有的芯片内部带有参考电压源 有的集成了输出放大器 可实现模拟电压的单极性或双极性输出 常用型号 8位分辨率的AD558 12位分辨率的DAC811 16位分辨率的AD7535 AD7536 8位分辨率 与8位微机兼容价格低 接口简单转换控制容易电路为R 2R倒T型电阻网络结构VREF外接参考电压 可正 可负IOUT1和IOUT2是电流输出端 接运放 DAC0832 8位D A转换器 内部电路框图 典型应用电路 接口问题 地址线 数据线及控制线的连接 DAC0832有数据锁存器 可直接挂在数据总线上 DAC0832的地址可由片选端设置 控制线连接分为单缓冲方式和双缓冲方式 MOVAL DATAOUTPORT AL 双缓冲同步方式 双极性电压输出 MOVDPTR 0DFFFH 选中 1 片MOVA data1MOVX DPTR AMOVDPTR 0BFFFH 选中 2 片 MOVA data2MOVX DPTR AMOVDPTR 7FFFH 同步转换MOVX DPTR A 4 2 2模 数转换电路 一 A D转换的基本原理 对连续变化的模拟量在一系列取定的时间瞬间进行取样 然后把该取样值用二进制数表示出来 由于将采样值转变为数字量需要一定的时间 因此 取样电压还须保持一段时间 保持后才可将模拟量信号归化到与之相应的离散电平上 称为量化 并用代码表示 称为编码 A D转换过程一般包括四个步骤 取样 保持 量化和编码 1 取样定理和采样 保持电路 采样 保持电路 S是模拟开关 CH是保持电容 为了能使采样后的信号不失真地再现原采样前的输入信号 对采样信号频率fs有一定的要求 由采样定理得 fs 2fimax 在实际的A