第13章模数混合器件分解.ppt

1、第 13章 模数混合器件,13.1 555定时器,555定时器是一种应用广泛的集成电路，它将模拟和数字电路集成在同一片硅片上，用于脉冲信号的产生、波形的变换和整形，定时等。在工业自动控制、定时、延时、报警、仿声、电子乐器等方面有广泛应用。 常用集成定时器 555 有 5G555 (TTL)和CC7555 (CMOS)。,13.1.1 555集成定时器的电路组成,1.分压器：由三个等值电阻构成,2.比较器：由电压比较器C1和C2构成,3.R-S触发器,4.放电管VT,放电管,Q,工作原理,Q=1，T截止，Vo=1,Q=0，T导通，Vo=0,Q、T保持，输出保持不变,当无外接电源时， 电压控制端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集成定时器的应用,1、构成 施密特触发器,施密特触发器特点：,（1）输出有两种状态（输出为数字信号）；,（2）输入采用电平触发（输入为模拟信号）；,（3）电路具有回差特性：对于正向增加和负向减小的输 入信号，电路有不同的阈值电平（VT+和VT-）。,555集成定时器构成的施密特触发器,ui,uo,u2=u6=ui 2UCC/3 ，输出uo为低电平。,u2=u6=ui 1UCC/3 ，输出uo为高电平。,UTUTUT,回差电压：,2UCC/3UCC/3,UCC/3,回

3、差电压越大，电路的抗干扰能力就越强，但过大，会使触发器灵敏度降低。,1、用于波形变换,施密特触发器 应用举例,2、用于脉冲整形、抗干扰,2、由555定时器组成的多谐振荡器,多谐振荡器是一种不需要外加触发信号便能自动地、周期性翻转，从而产生连续矩形波的电路。,多谐振荡器是一种常用的脉冲波形发生器,触发器和时序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的。,Q=0,C充电,C放电,刚接通电源 uC=0,振荡频率,输出波形占空比,充电时间 t1,放电时间 t2, 占空比任意可调的 多谐振荡器,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

4、。,例1 防盗报警电路,接通开关时，由于a、b间的细铜丝接在复位端4与“地”之间，输出为低电平，扬声器中无电流，不发声。一旦盗窃者闯入室内碰断细铜丝，4端获高电平，555定时器构成的多谐振荡器开始工作，由3端输出一个一定频率的矩形波电压，经隔直电容后供给扬声器，扬声器发出警报声。,多谐振荡器的应用,例2,有两种状态：0态和1态，但只有一种状态能长久保持，故名单稳态触发器。,单稳态触发器的特点：,（1）有稳态和暂稳态两种状态；,（2）平时处于稳态，在外部触发脉冲作用下，由稳态进入暂稳态；,（3）暂稳态维持一定时间后自动回到稳态。,3、由555定时器组成单稳态触发器,什么是单稳态触发器？,0.01

5、F,uC,C,ui,uO,R,1/3UCC,接通电源,上升到2/3 UCC,VT导通，C通过VT放电, uC 0,tw =RCln3=1.1RC,0.01F,uC,C,ui,uO,因此暂稳态的长短 取决于RC时间常数,R,1/3UCC,例1：脉冲的定时,将模拟量转换成相应的数字量；,将数字量转换成相应的模拟量。,实现A/D转换的电路;,实现D/A转换的电路。,13.2 数-模和模-数转换,13.2.1 D / A 转换器 ( DAC ),D/A转换器的方框图:,基本思想：,将数字量的每一位代码按权的大小转换成相应的模拟量，再将各模拟量相加，即得到相应的模拟量输出。,1 、权电阻网络 D / A

6、 转换器,S0,S1,S2,S3,(LSB),(MSB),最低位,最高位,电子开关 ：,Dn = 1 时，,Sn 接VREF ；,Dn = 0 时，,Sn 接地端 。,VREF,I1 = 2I0,I2 = 4I0,I3 = 8I0,当 D3D2D1D0 = 1111时 ：,I = I0 + I1 + I2 + I3,I0 =,VREF,23 R,参考电压,uo = - IR / 2,D/A电路输出模拟电压UO与输入的数字量D3D2D1D0成正比！,2 、倒T形电阻网络D / A转换器,电阻网络,S0S3: 模拟电子开关,求和运算放大器,Di=0, Si接地； Di=1, Si接运放的反相端。,

7、无论模拟电子开关Si 处于何种位置，与Si相连的2R电阻都将接“地”，因此电阻网络可以等效为：,I = I3 + I2 + I1 + I0,vo= - I RF,D/A电路输出模拟电压VO与输入的数字量D3D2D1D0成正比！,倒T形电阻网络单片集成D / A转换器CB7520（AD7520）,CB7520（AD7520）的电路原理图,外接,反馈电阻可外接，也可以用内部反馈电阻R。,（1）分辨率 D/A转换器的最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。 10位D/A转换器的分辨率为：,3、D/A转换器的主要性能指标,1.转换精度,（2）转换误差 D/A转换器的转换误差是指输出模拟电压的实际值与理

8、 想值之差，即最大静态转换误差。,输入数字代码的位数n越多，分辨率值越小，分辨能力越高。,工程上习惯用输入数字量的有效位数n来表示分辨率。,（1）输出建立时间 从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值时所需要的时间，称为输出建立时间。,2.转换速度,一、分类：,13. 2.2 A / D 转换器 ( ADC ),时间离散采样、保持,辐值离散量化、编码,二、 A/D转换的基本原理,A / D 转换过程应包括 ：,取样、,保持、,量化、,编码 这四个步骤 。,采样电路,要求,在采样时间内，信号维持不变，以提供足够的转换时间。,采样后保持原信号特征。,采样定理,采样频率大于2倍输入 信号频率的最

9、大值。,取样保持电路,取样脉冲高电平期间，开关S闭合，电容 CH采样, vo =vi ;,取样脉冲低电平期间，开关S断开，电容 CH无放电回路，忽略各种漏电流，电容CF保持 ；vo 保持 。,电子开关,取样保持电容,A V1=1, 量化编码,为了产生量化编码，在设计（或选择）A/D器件时，首先应 确定最小量化单位，即单位数字量所代表的模拟量。,如量化单位用表示，量化过程为： 把要转换的模拟量除，得：,整数部分，用二进制表示，即得转换数字量。 余数部分，即量化误差。,量化单位越小转换位数越多量化误差越小。,把量化的结果用二进制代码 表示出来，称为“ 编码 ” 。经编码后得到的代码就是A/D转换器

10、输出的数字量。,三、并联比较型A/D转换器,精密电阻网络（23个电阻）,输入模拟电压,精密参考电压,输出数字量,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,比较器的输出状态由D触发器存储，经优先编码器编码，得到数字量输出。,并联比较型ADC特点：,转换速度快； 结构复杂。,例如：uI4.2V，UREF6V。,则数字量输出d2d1d0101。,四、逐次逼近型A/D转换器框图,逐次逼近转换过程与用天平称物重非常相似,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,砝码总重 待测重量Wx ，8克砝码保留,砝码总重仍 待测重量Wx ，4克砝码保留,砝码总重 待测重量Wx ， 2克砝码撤除,砝码总重 待测重量Wx ， 1克砝码保留,8 克,12 克,12 克,13 克,所用砝码重量：8克、4克、2克和1克设待秤重量Wx = 13克。,称重过程,3位逐次渐近型A/D转换器的电路原理图,1 0 0 0 0 0 0 0,A=6.84V,VREF=10V,1,0,1