第7章 掌握常用中、大规模数字集成电路课件.ppt

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1、学习目标学习目标1掌握555定时器的组成、工作原理、应用。2了解DA和AD转换器的基本组成、基本工作原理、主要参数和应用。 下一页下一页第一节第一节 第二节第二节下一页下一页 返回返回一、一、 555定时器的工作原理定时器的工作原理二、二、 555定时器的应用定时器的应用 返回返回下一页下一页第一节第一节 下一页下一页图图71555集成定时器内部电路结构与引脚功能集成定时器内部电路结构与引脚功能 返回返回下一页下一页第一节第一节 一、一、 555定时器的工作原理定时器的工作原理l （一）（一） 555555集成定时器电路的组成集成定时器电路的组成l（二）（二）555555集成定时器电路的基本工

2、作原理集成定时器电路的基本工作原理返回返回下一页下一页第一节第一节 一、一、 555定时器的工作原理定时器的工作原理l（一）（一） 555集成定时器电路的组成集成定时器电路的组成（1）电阻分压器和电压比较器由三个等值的电阻）电阻分压器和电压比较器由三个等值的电阻R和两个集成运放比较器和两个集成运放比较器ICl、IC2构成。电源电压构成。电源电压UCC经分压取得比较器的输入参考电压，在经分压取得比较器的输入参考电压，在CO端端无外加控制电压时，比较器无外加控制电压时，比较器ICl输入参考电压为输入参考电压为2UCC/3，比较器，比较器IC2输入参考电压为输入参考电压为UCC/3；CO端如端如有外

3、加控制电压可改变参考电压值。有外加控制电压可改变参考电压值。返回返回下一页下一页第一节第一节 一、一、 555定时器的工作原理定时器的工作原理l（一）（一） 555集成定时器电路的组成集成定时器电路的组成（2） 基本基本RSRS触发器由两个比较器输出电位控制其触发器由两个比较器输出电位控制其状态。为触发器复位端，当状态。为触发器复位端，当0 0时，触发器反时，触发器反相输出相输出1 1，使定时器输出，使定时器输出u uo o0 0，同时使，同时使VTVT导通。导通。（3 3）输出缓冲器和开关管由反相放大器和集电极）输出缓冲器和开关管由反相放大器和集电极开路的三极管开路的三极管VTVT构成，反相

4、放大器用以提高负载能构成，反相放大器用以提高负载能力并起到隔离作用。力并起到隔离作用。VTVT的集电极电流可达的集电极电流可达500 mA500 mA，能驱动较大的灌电流负载。能驱动较大的灌电流负载。_R_Q返回返回下一页下一页第一节第一节 一、一、 555定时器的工作原理定时器的工作原理l（一）（一）555集成定时器电路的组成集成定时器电路的组成555555集成定时器可在较宽的电源电压范围（集成定时器可在较宽的电源电压范围（4 45 518V18V）内正常工作，但各输入端的信号电压不）内正常工作，但各输入端的信号电压不可超过电源电压值。可超过电源电压值。 返回返回下一页下一页第一节第一节 一

5、、一、 555定时器的工作原理定时器的工作原理l（二）（二）555集成定时器电路的基本工作原理集成定时器电路的基本工作原理当当CO端无外接控制电压时，端无外接控制电压时，555集成定时器的工作状集成定时器的工作状态取决于置位端、态取决于置位端、TH和的状态。和的状态。_RTR（1 1）当）当 0 0时，时，1 1，u uo o0 0，VTVT饱和导通。饱和导通。_RVTR_Q（2） 当当1且且VTH2UCC/3、UCC/3时时,ICl0、1、Q0，uo0，VT饱和导通。饱和导通。 IC2 1，_QVTR（3）当）当1且且VTH2UCC/3、Q不变，不变，uo不变，不变，VT状态不变。状态不变。

6、 UCC/3时，时，ICl1、IC21，_R_Q返回返回第一节第一节 一、一、 555定时器的工作原理定时器的工作原理l（二）（二）555集成定时器电路的基本工作原理集成定时器电路的基本工作原理 （4 4）当）当 1 1且且V VTHTH2 2U UCCCC/3/3、 U UCCCC/3/3时，时，ICICl l1 1、ICIC2 20 0， 0 0、Q Q1 1，VTVT截止。截止。_Q返回返回下一页下一页表表7-1 555集成定时器的逻辑功能表集成定时器的逻辑功能表 返回返回下一页下一页第一节第一节 二、二、555定时器的应用定时器的应用 （一）（一）555集成定时器构成施密特触发器集成定

7、时器构成施密特触发器（二）（二）555集成定时器构成单稳态触发器集成定时器构成单稳态触发器（三）（三）555集成定时器构成多谐振荡器集成定时器构成多谐振荡器返回返回下一页下一页第一节第一节 二、二、555定时器的应用定时器的应用 （一）（一）555集成定时器构成施密特触发器集成定时器构成施密特触发器施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适施密特触发器是一种能够把输入波形整形成为适合于数字电路需要的矩形脉冲的电路，如图合于数字电路需要的矩形脉冲的电路，如图11-2（a）所示。）所示。 返回返回下一页下一页（a）电路（b）工作波形图图72555集成定时器构成施密特触发器集成定时器构成施密特触发器

8、返回返回下一页下一页第一节第一节 二、二、555定时器的应用定时器的应用 （一）（一）555集成定时器构成施密特触发器集成定时器构成施密特触发器lll（1 1）当）当u uo o0 0时，由于比较器时，由于比较器ICICl l1 1、ICIC2 20 0，触发，触发器置器置1 1，即，即Q Q1 1、 0 0，u uo1o1u uo o1 1。U Ui i升高时，在升高时，在未到达未到达2U2UCCCC/3/3以前，以前，u uo1o1u uo o1 1的状态不会改变。的状态不会改变。_Q（2 2）U Ui i升高到升高到2U2UCCCC/3/3时，比较器时，比较器ICICl l输出为输出为0

9、 0、ICIC2 2输出输出为为1 1，触发器置，触发器置0 0，即，即Q Q0 0、 1 1，u uo1o1u uo o0 0。此后。此后，U Ui i上升到上升到U UCCCC，然后再降低，但在未到达，然后再降低，但在未到达U UCCCC/3/3以前，以前，u uo1o1u uo o0 0的状态不会改变。的状态不会改变。（3 3）当）当U Ui i下降到下降到U UCCCC/3/3时，比较器时，比较器ICICl l输出为输出为1 1、ICIC2 2输出输出为为0 0，触发器置，触发器置1 1，即，即Q Ql l、 0 0，u uo1o1u uo o1 1。此后，。此后，U Ui i继续下降

10、到继续下降到0 0，但，但u uo1o1u uo o1 1的状态不会改变。工作波的状态不会改变。工作波形如图形如图11-211-2（b b）所示。）所示。返回返回下一页下一页第一节第一节 二、二、555定时器的应用定时器的应用 （一）（一）555集成定时器构成施密特触发器集成定时器构成施密特触发器lll显然，改变控制电压显然，改变控制电压U UCOCO的大小，就可以改变下限的大小，就可以改变下限阈值电压阈值电压 和上限阈值电压和上限阈值电压 的大小。的大小。回差电压（滞后电压）：回差电压（滞后电压）： 由于回差电压的存在，该电路具有滞回特性，所由于回差电压的存在，该电路具有滞回特性，所以抗干扰

11、能力也很强，可以实现波形变换、波形以抗干扰能力也很强，可以实现波形变换、波形整形、幅度鉴别等电路。整形、幅度鉴别等电路。 返回返回下一页下一页第一节第一节 二、二、555定时器的应用定时器的应用 （二）（二）555集成定时器构成单稳态触发器集成定时器构成单稳态触发器 l单稳态触发器在数字电路中一般用于定时（产生一定宽度单稳态触发器在数字电路中一般用于定时（产生一定宽度的矩形波）、整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都的矩形波）、整形（把不规则的波形转换成宽度、幅度都相等的波形）以及延时（把输入信号延迟一定时间后输出）相等的波形）以及延时（把输入信号延迟一定时间后输出）等。单稳态触发器具有下列特

12、点：等。单稳态触发器具有下列特点： （1）电路有一个稳态和一个暂稳态。）电路有一个稳态和一个暂稳态。 （2）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂）在外来触发脉冲作用下，电路由稳态翻转到暂稳态。稳态。 （3）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段）暂稳态是一个不能长久保持的状态，经过一段时间后电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与时间后电路会自动返回到稳态。暂稳态的持续时间与触发脉冲无关，仅取决于电路本身的参数。触发脉冲无关，仅取决于电路本身的参数。返回返回下一页下一页（a）电路（）电路（b）工作波形）工作波形图图7-3 555集成定时器构成单稳态触发器集成定时器构成单稳态触发器 返回返

13、回下一页下一页第一节第一节 二、二、555定时器的应用定时器的应用 （二）（二）555集成定时器构成单稳态触发器集成定时器构成单稳态触发器l 555555集成定时器构成单稳态触发器的电路如图集成定时器构成单稳态触发器的电路如图11-311-3（a a）所示。接通所示。接通U UCCCC后瞬间，后瞬间，U UCCCC通过通过R R对对C C充电，当充电，当u uc c上升到上升到2U2UCCCC/3/3时，比较器时，比较器ICICl l输出为输出为0 0，将触发器置，将触发器置0,u0,uo o0 0。这时这时 1 1，放电管，放电管VTVT导通，导通，C C通过通过VTVT放电，电路进入放电，

14、电路进入稳态。稳态。返回返回下一页下一页第一节第一节 二、二、555定时器的应用定时器的应用 （二）（二）555集成定时器构成单稳态触发器集成定时器构成单稳态触发器l当当u ui i到来时，因为到来时，因为u ui iU UCCCC/3/3，使，使ICIC2 20 0，触发器置，触发器置1,u1,uo o由由0 0变为变为l l，电路进入暂稳态。由于此时，电路进入暂稳态。由于此时0 0，放，放电管电管VTVT截止，截止，U UCCCC经经R R对对C C充电。虽然此时触发脉冲已充电。虽然此时触发脉冲已消失，比较器消失，比较器ICIC2 2的输出变为的输出变为1 1，但充电继续进行，但充电继续进

15、行，直到直到u uc c上升到上升到2 2U UCCCC/3/3时，比较器时，比较器ICICl l输出为输出为0 0，将触发，将触发器置器置0 0，电路输出，电路输出u uo o0 0，VTVT导通，导通，C C放电，电路恢复放电，电路恢复到稳定状态。此时输出脉冲宽度到稳定状态。此时输出脉冲宽度t tp p1.1RC1.1RC，暂稳态，暂稳态的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。的持续时间即脉冲宽度也由电路的阻容元件决定。工作波形如图工作波形如图11-311-3（b b）所示。）所示。l单稳态触发器的特性可以用于实现脉冲整形、脉冲单稳态触发器的特性可以用于实现脉冲整形、脉冲定时等功能。定

16、时等功能。 返回返回下一页下一页第一节第一节 二、二、555定时器的应用定时器的应用 （二）（二）555集成定时器构成单稳态触发器集成定时器构成单稳态触发器l（1 1）脉冲整形）脉冲整形利用单稳态触发器能产生一定宽度的脉冲这一特利用单稳态触发器能产生一定宽度的脉冲这一特性，可以将过窄的输入脉冲整形成固定宽度的脉性，可以将过窄的输入脉冲整形成固定宽度的脉冲输出。冲输出。l（2 2）脉冲定时）脉冲定时同样，利用单稳态触发器能产生一个固定宽度脉冲的特同样，利用单稳态触发器能产生一个固定宽度脉冲的特性，可以实现定时功能。将单稳态触发器的输出接至与性，可以实现定时功能。将单稳态触发器的输出接至与门的一个

17、输入脚，与门的另一个输入脚输入高频脉冲序门的一个输入脚，与门的另一个输入脚输入高频脉冲序列列u uA A，电路示意图如图，电路示意图如图11-411-4（a a）所示。单稳态触发器在）所示。单稳态触发器在输入负向窄脉冲到来时开始翻转，与门开启，允许高频输入负向窄脉冲到来时开始翻转，与门开启，允许高频脉冲序列通过与门从其输出端脉冲序列通过与门从其输出端u uo o输出。经过输出。经过t tp p定时时间定时时间后，单稳态触发器恢复稳态，与门关闭，禁止高频脉冲后，单稳态触发器恢复稳态，与门关闭，禁止高频脉冲序列输出。由此实现了高频脉冲序列的定时选通功能，序列输出。由此实现了高频脉冲序列的定时选通功

18、能，其工作波形图如图其工作波形图如图114114（b b）所示。）所示。返回返回下一页下一页（a）电路示意图）电路示意图 （b）工作波形图）工作波形图图图7-4 脉冲定时电路及波形脉冲定时电路及波形返回返回下一页下一页第一节第一节 二、二、555定时器的应用定时器的应用 （三）（三）555集成定时器构成多谐振荡器集成定时器构成多谐振荡器l多谐振荡器是一种能产生矩形脉冲波的自激振荡器，所以多谐振荡器是一种能产生矩形脉冲波的自激振荡器，所以也称为矩形波发生器。也称为矩形波发生器。“多谐多谐”意指矩形波中除了基波成意指矩形波中除了基波成分外，还含有丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，分外，还含有

19、丰富的高次谐波成分。多谐振荡器没有稳态，但有两个暂稳态。多谐振荡器工作时，电路的状态在这两但有两个暂稳态。多谐振荡器工作时，电路的状态在这两个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号。个暂稳态之间自动地交替变换，由此产生矩形波脉冲信号。所以，多谐振荡器又称为无稳态电路。所以，多谐振荡器又称为无稳态电路。 l（1）由）由555集成定时器构成的多谐振荡器的电路组成集成定时器构成的多谐振荡器的电路组成由由555555集成定时器构成的多谐振荡器电路如图集成定时器构成的多谐振荡器电路如图11-511-5（a a）所示。图中电容）所示。图中电容C C、电阻、电阻R R1 1和和R R2 2作为振荡

20、器的作为振荡器的定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时元件，决定着输出矩形波正、负脉冲的宽度。定时器的触发输入端（定时器的触发输入端（2 2脚）及阀值输入端（脚）及阀值输入端（6 6脚）脚）与电容与电容C C的非接地端相连；集电极开路输出端（的非接地端相连；集电极开路输出端（7 7脚）接脚）接R R1 1、R R2 2相连处，用以控制电容相连处，用以控制电容C C的充、放电；的充、放电；外接控制输入端不用时，通过外接控制输入端不用时，通过0.01F0.01F的电容接地。的电容接地。返回返回下一页下一页（a） 电路电路 （b） 波形波形图图7-5 由由555集成定时器构成的多谐振荡器电

21、路及其波形集成定时器构成的多谐振荡器电路及其波形返回返回下一页下一页第一节第一节 二、二、555定时器的应用定时器的应用 （三）（三）555集成定时器构成多谐振荡器集成定时器构成多谐振荡器l（2）工作原理）工作原理多谐振荡器的工作波形图如图多谐振荡器的工作波形图如图11-511-5（b b）所示。）所示。电路接通电源的瞬间，由于电容电路接通电源的瞬间，由于电容C C来不及充电，来不及充电，u uC C0V0V，上限阈值电压为，上限阈值电压为U UT+T+，下限阈值电压，下限阈值电压为为U UT-T-555555集成定时器状态为集成定时器状态为l l，输出，输出u uo o为高为高电位。与此同时

22、，由于集电极开路输出端（电位。与此同时，由于集电极开路输出端（7 7脚）对地断开，电源脚）对地断开，电源U UCCCC通过通过R R1 1、R R2 2开始向电容开始向电容C C充电，电路进入暂稳态充电，电路进入暂稳态I I状态。此后，电路状态。此后，电路按下列四个阶段周而复始地循环，从而产生按下列四个阶段周而复始地循环，从而产生周期性的输出脉冲。周期性的输出脉冲。返回返回下一页下一页第一节第一节 二、二、555定时器的应用定时器的应用 （三）（三）555集成定时器构成多谐振荡器集成定时器构成多谐振荡器l（2）工作原理）工作原理 暂稳态暂稳态I I阶段，电源阶段，电源U UCCCC通过通过R

23、R1 1、R R2 2向电容向电容C C充充电，电，u uC C按指数规律上升，在按指数规律上升，在u uC C高于上限阈值电压高于上限阈值电压U UT+T+ （2U2UCCCC/3/3）之前，定时器暂时仍维持）之前，定时器暂时仍维持1 1状态，状态，输出输出u uo o为高电位。为高电位。翻转翻转I I阶段，电容阶段，电容C C继续充电，当继续充电，当u uC C高于上限阈高于上限阈值电压值电压U UT+T+ （2U2UCCCC/3/3）后，定时器翻转为）后，定时器翻转为0 0状态，状态，输出输出u uo o变为低电位。此时，集电极开路输出端变为低电位。此时，集电极开路输出端（7 7脚）由对

24、地断开变为对地导通。脚）由对地断开变为对地导通。返回返回下一页下一页第一节第一节 二、二、555定时器的应用定时器的应用 （三）（三）555集成定时器构成多谐振荡器集成定时器构成多谐振荡器l（2）工作原理）工作原理暂稳态暂稳态阶段，电容阶段，电容C C开始经开始经R R2 2对地放电，对地放电，u uc c按按指数规律下降，在指数规律下降，在u uc c低于下限阈值电压低于下限阈值电压U UT- T- （U UCCCC/3/3）之前，定时器暂时仍维持之前，定时器暂时仍维持0 0状态，输出状态，输出u uo o为低电位。为低电位。翻转翻转阶段电容阶段电容C C继续放电，当继续放电，当u uc c

25、低于下限阈低于下限阈值电压值电压U UT-T- （U UCCCC/3/3）后，定时器翻转为）后，定时器翻转为l l状态，输状态，输出出u uo o变为高电位。此时，集电极开路输出端（变为高电位。此时，集电极开路输出端（7 7脚）脚）由对地导通变为对地断开。此后，振荡器又回复由对地导通变为对地断开。此后，振荡器又回复到暂稳态到暂稳态I I阶段。阶段。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于RCRC充、充、放电回路的参数。暂稳态放电回路的参数。暂稳态I I的维持时间，即输出的维持时间，即输出u uo o的正向脉冲宽度为的正向脉冲宽度为t t1 10.70.7（R R

26、1 1十十R R2 2）C C返回返回下一页下一页第一节第一节 二、二、555定时器的应用定时器的应用 （三）（三）555集成定时器构成多谐振荡器集成定时器构成多谐振荡器l（2）工作原理）工作原理暂稳态暂稳态的维持时间，即输出的维持时间，即输出u u。的负向脉冲宽度。的负向脉冲宽度为为t t2 2O.7O.7R R2 2C C因此，振荡周期为因此，振荡周期为T Tt t1 1十十t t2 20.70.7（R R1 1十十2 2R R2 2）C C振荡频率振荡频率f f1 1T T。正向脉冲宽度。正向脉冲宽度t t1 1与振荡周期与振荡周期T T之之比称为矩形波的占空比比称为矩形波的占空比D D

27、，由上述条件可得，由上述条件可得由此可见，只要适当选取由此可见，只要适当选取C C的大小，即可通过调节的大小，即可通过调节R R1 1、R R2 2的值达到调节振荡器输出信号频率及占空比的值达到调节振荡器输出信号频率及占空比的目的。若使的目的。若使R R2 2 RR1 1，则，则D D0.50.5，也即输出信号，也即输出信号的正、负向脉冲宽度接近相等。的正、负向脉冲宽度接近相等。返回返回下一页下一页第一节第一节 二、二、555定时器的应用定时器的应用 l（三）（三）555集成定时器构成多谐振荡器集成定时器构成多谐振荡器（3）多谐振荡器应用举例）多谐振荡器应用举例l模拟声响发生器模拟声响发生器用

28、两个多谐振荡器可构成模拟声响发生器，如图用两个多谐振荡器可构成模拟声响发生器，如图11-611-6（a a）所示。图中振荡器）所示。图中振荡器I I的输出的输出u uo1o1接至振荡接至振荡器器的复位输入端（的复位输入端（4 4脚），振荡器脚），振荡器的输出的输出u uo2o2驱驱动扬声器发声。适当选择动扬声器发声。适当选择R R、C C的参数值使振荡的参数值使振荡器器I I的振荡频率为的振荡频率为l Hzl Hz，振荡器，振荡器的振荡频率为的振荡频率为2kHz2kHz。在。在u uo1o1输出正向脉冲期间，输出正向脉冲期间，u uo2o2有有2kHz2kHz音频信音频信号输出，扬声器发声；在

29、号输出，扬声器发声；在u uo1o1输出负向脉冲期间，输出负向脉冲期间，振荡器振荡器的定时器被复位，振荡器的定时器被复位，振荡器停止振荡，停止振荡，u uo2o2 输出恒定不变的高电位，此时扬声器无音频输输出恒定不变的高电位，此时扬声器无音频输出。工作波形如图出。工作波形如图116116（b b）所示。）所示。返回返回下一页下一页（a）电路）电路 （b）工作波形）工作波形图图7-6 用两个多谐振荡器构成的模拟声响发生器用两个多谐振荡器构成的模拟声响发生器 返回返回下一页下一页第一节第一节 二、二、555定时器的应用定时器的应用 l（三）（三）555集成定时器构成多谐振荡器集成定时器构成多谐振荡

30、器（3）多谐振荡器应用举例）多谐振荡器应用举例l电压电压频率转换器频率转换器由由555555集成定时器构成的多谐振荡器中，若定时器集成定时器构成的多谐振荡器中，若定时器控制输入端不经电容接地，而是外加一个可变的控制输入端不经电容接地，而是外加一个可变的电压源，则通过调节该电压源的值，可以改变定电压源，则通过调节该电压源的值，可以改变定时器触发电位和阀值电位的大小。外加电压越大，时器触发电位和阀值电位的大小。外加电压越大，振荡器输出脉冲周期越大，即频率越低；外加电振荡器输出脉冲周期越大，即频率越低；外加电压越小，振荡器输出脉冲周期越小，即频率越高。压越小，振荡器输出脉冲周期越小，即频率越高。这样

31、，多谐振荡器就实现了将输入电压大小转换这样，多谐振荡器就实现了将输入电压大小转换成输出频率高低的电压成输出频率高低的电压频率转换器的功能。频率转换器的功能。返回返回下一页下一页随着数字计算机的广泛应用，模拟量和数字量的相互转换变得十随着数字计算机的广泛应用，模拟量和数字量的相互转换变得十分重要。例如，用数字系统对生产过程进行控制。由于生产过程分重要。例如，用数字系统对生产过程进行控制。由于生产过程所处理的常常是反映温度、压力、流量、位移等变化的模拟量，所处理的常常是反映温度、压力、流量、位移等变化的模拟量，不能为数字系统所直接处理，需要先将模拟量转换为与之相应的不能为数字系统所直接处理，需要先

32、将模拟量转换为与之相应的数字量，经由数字系统进行处理；经处理后的输出为数字量，需数字量，经由数字系统进行处理；经处理后的输出为数字量，需要再将它转换为与之相应的模拟量，去控制执行机构工作。再如要再将它转换为与之相应的模拟量，去控制执行机构工作。再如在数字仪表中，也必须将被测的模拟量转换为数字量，才能实现在数字仪表中，也必须将被测的模拟量转换为数字量，才能实现数字显示。数字显示。将数字信号转换为相应的模拟信号称为数模（将数字信号转换为相应的模拟信号称为数模（D DA A）转换，实）转换，实现现D DA A转换的电路称为数模转换器（简称转换的电路称为数模转换器（简称DACDAC）。将模拟信号转）。

33、将模拟信号转换为相应的数字信号称为模数（换为相应的数字信号称为模数（A AD D）转换，能实现）转换，能实现A AD D转换转换的电路称为模数转换器（简称的电路称为模数转换器（简称ADCADC）。这个控制过程可用图）。这个控制过程可用图11-711-7表示。表示。数模和模数模和模/数变换器是计算机与外部设备的重要接口，也是数字测量数变换器是计算机与外部设备的重要接口，也是数字测量和数字控制系统的重要部件，随着微机和集成电路的发展，数模和模和数字控制系统的重要部件，随着微机和集成电路的发展，数模和模/数变换器应用越来越普遍。数变换器应用越来越普遍。第二节第二节 返回返回下一页下一页图图77数模处

34、理系统数模处理系统 返回返回下一页下一页一、一、数数-模转换器（模转换器（DAC） 二、模二、模-数转换器（数转换器（ADC） 下一页下一页 返回返回第二节第二节 一、数一、数-模转换器（模转换器（DAC） D DA A转换器的作用是将输入的数字量转换成与输转换器的作用是将输入的数字量转换成与输入数字量成正比的输出模拟量。由于构成数字代入数字量成正比的输出模拟量。由于构成数字代码的每一位都有一定的码的每一位都有一定的“权权”，因此为了将数字，因此为了将数字量转换成模拟量，必须将数字量中的每一位代码量转换成模拟量，必须将数字量中的每一位代码按其按其“权权”转换成相应的模拟量，然后再将代表转换成相

35、应的模拟量，然后再将代表各位代码的模拟量相加即可得到与该数字量成正各位代码的模拟量相加即可得到与该数字量成正比的模拟量。这就是构成数比的模拟量。这就是构成数/ /模变换器的基本思模变换器的基本思想。常用的想。常用的D DA A转换器有：权电阻转换器有：权电阻DACDAC、R-2R TR-2R T型电阻型电阻DACDAC、R-2RR-2R倒倒T T型电阻网络型电阻网络DACDAC等几种类型。等几种类型。由于倒由于倒T T型电阻网络型电阻网络D DA A转换器的转换速度较快，转换器的转换速度较快，获得了广泛的应用，下面简要介绍它的工作原理。获得了广泛的应用，下面简要介绍它的工作原理。第二节第二节

36、返回返回下一页下一页一、数一、数-模转换器（模转换器（DAC） （一）（一）R-2R倒倒T型电阻网络型电阻网络DA转换器转换器（二）（二）D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标（三）集成（三）集成D/A转换器简介转换器简介第二节第二节 返回返回下一页下一页一、数一、数-模转换器（模转换器（DAC） （一）（一）R-2R倒倒T型电阻网络型电阻网络DA转换器转换器l倒倒T型电阻网络型电阻网络DA转换器是由倒转换器是由倒T型电阻网络、型电阻网络、模拟电子开关、求和放大器及基准电压模拟电子开关、求和放大器及基准电压UREF等几个等几个主要部分组成，如图主要部分组成，如图11-8所示。所示。第二

37、节第二节 返回返回下一页下一页图图78倒倒T型电阻网络型电阻网络返回返回下一页下一页一、数一、数-模转换器（模转换器（DAC） （一）（一）R-2R倒倒T型电阻网络型电阻网络DA转换器转换器l四个可模拟电子开关受数字量的数字代码控制，当四个可模拟电子开关受数字量的数字代码控制，当D D3 3DD0 0输入的信号是输入的信号是“1”1”时，电子开关将把电阻时，电子开关将把电阻2R2R接接到求和放大器的反相输入端；输入的信号是到求和放大器的反相输入端；输入的信号是“0”0”时，时，将电阻接地。因为运算放大器的反相输入端为将电阻接地。因为运算放大器的反相输入端为“虚虚地地”，所以模拟电子开关无论在哪

38、个位置，所以模拟电子开关无论在哪个位置，2R2R电阻的电阻的上端都是接地。流过每一个上端都是接地。流过每一个2R2R电阻的电流始终不变。电阻的电流始终不变。在图在图11-811-8中，从中，从A A、B B、C C、D D任何一个结点往右看，其任何一个结点往右看，其等效电阻均为等效电阻均为R R。因此，由基准电压。因此，由基准电压U UREFREF提供的电流提供的电流I IU UREFREFR R保持恒定。该电流每经过一个结点，便分为相保持恒定。该电流每经过一个结点，便分为相等的两路电流流出。因此输出电压为：等的两路电流流出。因此输出电压为：第二节第二节 返回返回下一页下一页一、数一、数-模转

39、换器（模转换器（DAC） （一）（一） R-2R倒倒T型电阻网络型电阻网络DA转换器转换器l取取RFR，并设倒，并设倒T型电阻网络有型电阻网络有n位，则输出电压为：位，则输出电压为： l（11-1） l由此可见，输出的模拟量与输入的数字量成正比，从而实由此可见，输出的模拟量与输入的数字量成正比，从而实现数模转换。现数模转换。 第二节第二节 返回返回下一页下一页二、数二、数-模转换器（模转换器（DAC） （二）（二） D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标l（1）分辨率）分辨率 是说明是说明DAC输出最小电压的能力。它输出最小电压的能力。它是指最小输出电压（对应的输入数字量仅最低位为是指

40、最小输出电压（对应的输入数字量仅最低位为1）与最大输出电压（对应的输入数字量各有效位全为与最大输出电压（对应的输入数字量各有效位全为1）之比。之比。分辨率分辨率=式中，式中，n n表示输入数字量的位数。可见，表示输入数字量的位数。可见，n n越大，越大，分辨最小输出电压的能力也越强，分辨率越高。分辨最小输出电压的能力也越强，分辨率越高。如如8 8位位D DA A转换器，最小输出电压与数字转换器，最小输出电压与数字0000000100000001对应，而最大输出电压与数字对应，而最大输出电压与数字1111111111111111对应。所对应。所以，分辨率以，分辨率1/1/（2 28 8-1-1）

41、=1/255=0.0039=1/255=0.0039。l（2 2）精度）精度 指输出模拟电压的实际值和理论值之差，指输出模拟电压的实际值和理论值之差，即最大静态误差，误差主要是参考电压偏离标准值、即最大静态误差，误差主要是参考电压偏离标准值、运算放大器零点漂移、模拟开关的压降、电阻值误差运算放大器零点漂移、模拟开关的压降、电阻值误差等引起的。显然，这个差值越小，电路的转换精度越等引起的。显然，这个差值越小，电路的转换精度越高。高。第二节第二节 返回返回下一页下一页一、数一、数-模转换器（模转换器（DAC） （二）（二） D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标l（3 3）转换速度）转换速

42、度 指指D DA A转换器完成一次转换所需的转换器完成一次转换所需的最大时间。即指最大时间。即指DACDAC从输入数字信号开始到输出模拟从输入数字信号开始到输出模拟电压或电流达到稳定值时所用的时间。电压或电流达到稳定值时所用的时间。l（4 4）线性度。通常用非线性误差的大小表示）线性度。通常用非线性误差的大小表示D DA A 转转换器的线性度，并且把偏离理想的输入换器的线性度，并且把偏离理想的输入- -输出特性的输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。l除以上几个主要技术数据外，还有输入电压的高低电除以上几个主要技术数据外，还有输入

43、电压的高低电平、功率消耗、温度系数等，使用时可查阅有关资料。平、功率消耗、温度系数等，使用时可查阅有关资料。第二节第二节 返回返回下一页下一页一、数一、数模转换器（模转换器（DAC）l（三）集成（三）集成D/A转换器简介转换器简介 R-2RR-2R倒倒T T型电阻网络型电阻网络DACDAC的电阻网络只有两种阻值，的电阻网络只有两种阻值，便于集成，而且由于流过各支路的电流恒定不变，便于集成，而且由于流过各支路的电流恒定不变，因此在开关状态变化时，不需要电流建立时间，所因此在开关状态变化时，不需要电流建立时间，所以转换速度高，是目前应用最多的以转换速度高，是目前应用最多的DACDAC集成电路，按集

44、成电路，按输入的二进制数的位数分类有输入的二进制数的位数分类有8 8位、位、1010位、位、1212位和位和1616位等。例如位等。例如5G75205G7520是是1010位的倒位的倒T T型电阻网络集成型电阻网络集成D DA A转换器。倒转换器。倒T T型电阻网络、型电阻网络、CMOSCMOS模拟开关、求和放大模拟开关、求和放大器的反馈电阻被集成，求和放大器是外接的，如图器的反馈电阻被集成，求和放大器是外接的，如图11-911-9所示。其中所示。其中D D0 0D D9 9是输入的是输入的1010位数字量，位数字量，U UREFREF是是基准电压。基准电压。第二节第二节 返回返回下一页下一页

45、图图13-95G7520 D/A转换器转换器返回返回下一页下一页一、数一、数-模转换器（模转换器（DAC）l（三）集成（三）集成D/A转换器简介转换器简介 由于输入是由于输入是1010位的数字量，故把位的数字量，故把n nl0l0代入式代入式（11-111-1），可得对应的模拟量输出。三个调零电），可得对应的模拟量输出。三个调零电位器是：位器是：RPRP3 3是调零电位器，通过调节是调零电位器，通过调节RPRP3 3，使输，使输入电压为入电压为0 0时，输出电压也为时，输出电压也为0 0；RPRP1 1是是R R1 1上串接上串接的外接电阻，可用来增加输出电压，方法是：将的外接电阻，可用来增加

46、输出电压，方法是：将输入数字全接输入数字全接1 1，调，调RPRP1 1使使u u0 0达到预定满量程值；达到预定满量程值；RPRP2 2是用来减少输出电压的，方法与调是用来减少输出电压的，方法与调RPRP1 1相同。相同。第二节第二节 返回返回下一页下一页（a）引脚排列图 （b）D/A转换电路图图7-10 集成集成D/A转换器转换器返回返回下一页下一页例例13.1 计算计算1010位位D DA A转换器的分辨率。若转换器的分辨率。若R Rt t5V5V，试计算最大，试计算最大输出模拟电压和最小输出模拟电压；当输出模拟电压和最小输出模拟电压；当D D为为10000100111000010011

47、时的输出电时的输出电压。压。 解解 D D11111111111111111111时，输出模拟电压最大为时，输出模拟电压最大为V995. 4)2121.2121 (25018910omaxuD D00000000010000000001时，输出模拟电压最小为时，输出模拟电压最小为分辨率为分辨率为D D为为10000100111000010011时的输出电压时的输出电压V00488. 012510ominu000977. 012110V593. 2)21212121 (25014910ou第二节第二节 一、数一、数-模转换器（模转换器（DAC）返回返回下一页下一页二、模二、模-数转换器（数转换器

48、（ADC）l将模拟信号转换成数字信号需要经过采样、保持、将模拟信号转换成数字信号需要经过采样、保持、量化和编码四个步骤。图量化和编码四个步骤。图11-11（a）是）是ADC示示意框图。意框图。 第二节第二节 返回返回下一页下一页 （a）图图7-11 ADC示意图示意图 （b）返回返回下一页下一页二、模二、模-数转换器（数转换器（ADC）l转换的步骤是：输入端输入的模拟电压，经采样、转换的步骤是：输入端输入的模拟电压，经采样、保持、量化和编码四个过程的处理，转换成对应保持、量化和编码四个过程的处理，转换成对应的二进制数码输出。采样就是利用模拟开关将连的二进制数码输出。采样就是利用模拟开关将连续变

49、化的模拟量变成离散的数字量，如图续变化的模拟量变成离散的数字量，如图11-1111-11（b b）中波形）中波形所示。由于经采样后形成的数字所示。由于经采样后形成的数字量宽度较窄，经过保持电路可将窄脉冲展宽形量宽度较窄，经过保持电路可将窄脉冲展宽形成梯形波，如图成梯形波，如图11-1111-11（b b）中波形）中波形所示。量化所示。量化和编码就是将梯形波中某一阶梯电压值转换为相和编码就是将梯形波中某一阶梯电压值转换为相应的二进制数码。经过这一过程，就实现了模应的二进制数码。经过这一过程，就实现了模数转换。目前集成模数转换器种类较多，有八数转换。目前集成模数转换器种类较多，有八位和十位模数转换

50、器。位和十位模数转换器。第二节第二节 返回返回下一页下一页二、模二、模-数转换器（数转换器（ADC）l（一）（一） AD转换器工作原理转换器工作原理l（二）（二） A/DA/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标l（三）（三） A/DA/D转换器的应用转换器的应用l（四）（四） 集成集成A/DA/D转换器转换器第二节第二节 返回返回下一页下一页二、模二、模-数转换器（数转换器（ADC）l（一）（一） AD转换器工作原理转换器工作原理AD转换器分直接型和间接型两大类。并行转换器分直接型和间接型两大类。并行AD转换器、计数型转换器、计数型AD转换器、逐次逼近型转换器、逐次逼近型AD转转换器属于