1、2022-3-2412022-3-242555定時器的邏輯功能？555定時器為何能實現脈沖波形？電容在脈沖電路中扮演怎樣的角色？2022-3-243模擬量：溫度、濕度、壓力、流量、速度等。從模擬信號到數字信號的轉換稱為模/數轉換（簡稱A/D轉換），實現模/數轉換的電路叫做A/D轉換器（簡稱ADC）；從數字信號到模擬信號的轉換稱為數/模轉換（簡稱D/A轉換），實現數/模轉換的電路稱為D/A轉換器（簡稱DAC）。 2022-3-244典型數字控制系統框圖2022-3-245數數/ /模轉換就是將數字量轉換成與它成正模轉換就是將數字量轉換成與它成正比的模擬量。比的模擬量。 數字量：數字量：(D(D3

2、 3D D2 2D D1 1D D0 0) )2 2(D(D3 32 23 3D D2 22 22 2D D1 12 21 1D D0 02 20 0) )1010 (1101) 2 (1(12 23 31 12 22 20 02 21 11 12 20 0) )1010 模擬量：模擬量：u uo oK(DK(D3 32 23 3D D2 22 22 2D D1 12 21 1D D0 02 20 0) )1010u uo oK(1K(12 23 31 12 22 20 02 21 11 12 20 0) )10 10 (K (K為比例系數為比例系數) )2022-3-246圖8-1n位D/A

3、轉換器方框圖 2022-3-2471. 電路組成電路由解碼網絡、模擬開關、求和放大器和基準電源組成。圖8-2 倒T型電阻網絡DAC原理圖 基準參考電壓 雙向模擬開關D1時接運放D0時接地R2R倒T形電阻解碼網絡 求和集成運算放大器 2022-3-248 由于集成運算放大器的電流求和點為虛地，所以每個2R電阻的上端都相當于接地，從網絡的A、B、C點分別向右看的對地電阻都是2R。2022-3-249 因此流過四個2R電阻的電流分別為I/2、I/4、I/8、I/16。電流是流入地，還是流入運算放大器，由輸入的數字量Di通過控制電子開關Si來決定。故流入運算放大器的總電流為：0123D16ID8ID4

4、ID2II2022-3-2410由于從UREF向網絡看進去的等效電阻是R，因此從UREF流出的電流為： RIREFU2022-3-2411故 ：)2D2D2D2(DR2UI001122334REF2022-3-2412因此輸出電壓可表示為 ：2022-3-2413由此可見，輸出模擬電壓uO與輸入數字量D成正比，實現了數模轉換。 對于n位的倒T形電阻網絡DAC，則 ：2022-3-2414電路特點： （1）解碼網絡僅有R和2R兩種規格的電阻，這對于集成工藝是相當有利的； （2）這種倒T形電阻網絡各支路的電流是直接加到運算放大器的輸入端，它們之間不存在傳輸上的時間差，故該電路具有較高的工作速度。

5、因此，這種形式的DAC目前被廣泛的采用。2022-3-24151.分辨率 分辨率是指輸出電壓的最小變化量與滿量程輸出電壓之比。 輸出電壓的最小變化量就是對應于輸入數字量最低位為1，其余各位均為0時的輸出電壓。 滿量程輸出電壓就是對應于輸入數字量全部為1時的輸出電壓。 對于n位D/A轉換器，分辨率可表示為： 分辨率 121n 位數越多，能夠分辨的最小輸出電壓變化量就越小，分辨率就越高。也可用位數n來表示分辨率。2022-3-2416 D/A轉換器從輸入數字量到轉換成穩定的模擬輸出電壓所需要的時間稱為轉換速度。 不同的DAC其轉換速度也是不相同的，一般約在幾微秒到幾十微秒的范圍內。 2022-3-

6、2417 轉換精度是指電路實際輸出的模擬電壓值和理論輸出的模擬電壓值之差。通常用最大誤差與滿量程輸出電壓之比的百分數表示。通常要求D/A轉換器的誤差小于ULSB/2。 例如，某D/A轉換器滿量程輸出電壓為10V10V，如果誤差為1%，就意味著輸出電壓的最大誤差為0.1V。百分數越小，精度越高。 轉換精度是一個綜合指標，包括零點誤差、增益誤差等，它不僅與D/A轉換器中元件參數的精度有關，而且還與環境溫度、集成運放的溫度漂移以及D/A轉換器的位數有關。2022-3-2418 通常把D/A轉換器輸出電壓值與理想輸出電壓值之間偏差的最大值定義為非線性誤差。 D/A轉換器的非線性誤差主要由模擬開關以及運

7、算放大器的非線性引起。 在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化而變化的量，稱為DAC的溫度系數。 一般用滿刻度的百分數表示溫度每升高一度輸出電壓變化的值。 2022-3-2419 常用的集成DAC有有AD7520、DAC0832、DAC0808、DAC1230、MC1408、AD7524等，這里僅對AD7520作簡要介紹。 1、 D/A轉換器轉換器DAC0832 DAC0832DAC0832是常用的集成是常用的集成DACDAC，它是用，它是用CMOSCMOS工藝制成的工藝制成的雙列直插式單片八位雙列直插式單片八位DACDAC，可以直接與，可以直接與Z80Z80、80808080、80858

8、085、MCS51MCS51等微處理器相連接。其結構框圖和管腳排等微處理器相連接。其結構框圖和管腳排列圖如圖列圖如圖7.17.1所示。所示。 2022-3-2420圖 8.5D7D6D5D4D3D2D1D0D7Q7D78位輸入鎖存器DAC寄存器Q78位DACLE1LE1ILE(a)CSWR1WR2XFERUREFIOUT2IOUT1RfbAGNDVCCDGND1234567891011121314151617181920DAC0832(b)CSWR1AGNDD3D2D1D0UREFRfbDGNDIOUT2VCCILEWR2XFERD4D5D6D7IOUT12022-3-2421 DAC0832

9、DAC0832由八位輸入寄存器、八位由八位輸入寄存器、八位DACDAC寄存器和八寄存器和八位位D/AD/A轉換器三大部分組成。轉換器三大部分組成。 它有兩個分別控制的數據它有兩個分別控制的數據寄存器，可以實現兩次緩沖，所以使用時有較大的靈活寄存器，可以實現兩次緩沖，所以使用時有較大的靈活性，可根據需要接成不同的工作方式。性，可根據需要接成不同的工作方式。 DAC0832DAC0832中采用的是倒中采用的是倒T T型型R R-2-2R R電阻網絡，無運算電阻網絡，無運算放大器，是電流輸出，使用時需外接運算放大器。芯放大器，是電流輸出，使用時需外接運算放大器。芯片中已經設置了片中已經設置了R Rf

10、bfb, , 只要將只要將9 9號管腳接到運算放大器號管腳接到運算放大器輸出端即可。但若運算放大器增益不夠，還需外接反輸出端即可。但若運算放大器增益不夠，還需外接反饋電阻。饋電阻。DAC0832DAC0832芯片上各管腳的名稱和功能說明如芯片上各管腳的名稱和功能說明如下：下： 2022-3-2422 ： 片選信號，片選信號， 輸入低電平有效。輸入低電平有效。 ILE： 輸入鎖存允許信號，輸入鎖存允許信號， 輸入高電平有效。輸入高電平有效。 ： 輸入數據選通信號，輸入數據選通信號， 輸入低電平有效。輸入低電平有效。 ： 數據傳送選通信號，數據傳送選通信號， 輸入低電平有效。輸入低電平有效。 ：

11、數據傳送控制信號，數據傳送控制信號， 輸入低電平有效。輸入低電平有效。 D0D7：八位輸入數據信號。：八位輸入數據信號。 IOUT1：DAC輸出電流輸出電流1。此輸出信號一般作為運算放。此輸出信號一般作為運算放大器的一個差分輸入信號（一般接反相端）。大器的一個差分輸入信號（一般接反相端）。 FERX1WR2WRCS2022-3-2423 V VCCCC： 數字部分的電源輸入端。數字部分的電源輸入端。 UCCUCC可在可在+5V+5V到到 +15V+15V范圍內選取。范圍內選取。 DGNDDGND： 數字電路地。數字電路地。 AGNDAGND： 模擬電路地。模擬電路地。 結合圖結合圖7.2(a)

12、7.2(a)可以看出轉換器進行各項功能時，可以看出轉換器進行各項功能時，對控制信號電平的要求如表對控制信號電平的要求如表7.17.1所示。所示。 DAC0832DAC0832的使用有三種工作方式：雙緩沖器型、的使用有三種工作方式：雙緩沖器型、單緩沖器型和直通型。如圖單緩沖器型和直通型。如圖7.27.2所示。所示。 2022-3-2424D7D6RfbIOUT1IOUT2選 通 1選 通 2W R2W R1 5 VVC CILEUR EFA G N DD G N DCSXFER(a )RFUD7D6RfbIOUT1IOUT2選 通 1選 通 2W R2W R1 5 VVC CILEUR EFA

13、G N DD G N DCSXFER(b )RFUD0D0D7D6RfbIOUT1IOUT2W R2W R1 5 VVC CILEUR EFA G N DD G N DCSXFER(c)RFUD02022-3-2425功能功能 說明說明數據輸入數據輸入D7D0到寄存器到寄存器01WR1=0時存入數據時存入數據WR2=1時鎖定時鎖定數據有寄存器數據有寄存器1轉轉送寄存器送寄存器20WR2=0時存入數據時存入數據WR2=1時鎖定時鎖定從輸出端去模擬從輸出端去模擬量量無控制信號，隨時無控制信號，隨時可取可取CSILE1WRFERX2WR 雙緩沖器型如圖雙緩沖器型如圖7.2(a)所示。首先所示。首先

14、接低電平，將輸入接低電平，將輸入數據先鎖存在輸入寄存器中。當需要數據先鎖存在輸入寄存器中。當需要D/A轉換時，再將轉換時，再將接低電平，接低電平， 將數據送入將數據送入DAC寄存器中并進行轉換，工作方式寄存器中并進行轉換，工作方式為兩級緩沖方式。為兩級緩沖方式。 CS2WR2022-3-2426 單緩沖器型如圖單緩沖器型如圖8-2(b)8-2(b)所示。所示。DACDAC寄存器處于常通寄存器處于常通狀態，當需要狀態，當需要D/AD/A轉換時，將轉換時，將 接低電平，使輸入接低電平，使輸入數據經輸入寄存器直接存入數據經輸入寄存器直接存入DACDAC寄存器中并進行轉換。寄存器中并進行轉換。工作方式

15、為單緩沖方式，即通過控制一個寄存器的鎖工作方式為單緩沖方式，即通過控制一個寄存器的鎖存，達到使兩個寄存器同時選通及鎖存。存，達到使兩個寄存器同時選通及鎖存。 直通型如圖直通型如圖8-28-2（c c）所示。兩個寄存器都處于常）所示。兩個寄存器都處于常通狀態，輸入數據直接經兩寄存器到通狀態，輸入數據直接經兩寄存器到DACDAC進行轉換，進行轉換，故工作方式為直通型。故工作方式為直通型。 實際應用時，實際應用時， 要根據控制系統的要求來選擇工作要根據控制系統的要求來選擇工作方式方式1WR2022-3-24272. 2. D/A轉換器轉換器AD7520 AD7520是10位的D/A轉換集成芯片，與微

16、處理器完全兼容。該芯片以接口簡單、轉換控制容易、通用性好、性能價格比高等特點得到廣泛的應用。 2022-3-2428圖8-3 AD7520內部邏輯結構圖該芯片只含倒T形電阻網絡、電流開關和反饋電阻，不含運算放大器，輸出端為電流輸出。具體使用時需要外接集成運算放大器和基準電壓源。2022-3-2429圖8-4 AD7520外引腳圖 D0D9：數據輸入端IOUT1：電流輸出端1IOUT2：電流輸出端2Rf：10K反饋電阻引出端Vcc：電源輸入端UREF：基準電壓輸入端GND：地。2022-3-2430分辨率：10位線性誤差：(1/2)LSB（LSB表示輸入數字量最低位），若用輸出電壓滿刻度范圍FS

17、R的百分數表示則為0.05%FSR。轉換速度：500ns溫度系數：0.001%/AD7520的主要性能參數如下：2022-3-243110位二進制加法計數器從全“0”加到全“1”，電路的模擬輸出電壓uo由0V增加到最大值。如果計數脈沖不斷，則可在電路的輸出端得到周期性的鋸齒波。 2. 應用舉例 （組成鋸齒波發生器） 圖8-5AD7520組成的鋸齒波發生器 圖8-6AD7520組成的鋸齒波發生器 2022-3-2432P196P1967.27.27.5(1)7.5(1)7.77.72022-3-24332022-3-2434A/D轉換目標：將時間連續、幅值也連續的模擬信號轉換為時間離散、幅值也離

18、散的數字信號。四個步驟：采樣、保持、量化、編碼。 1. 采樣與保持 （1）將一個時間上連續變化的模擬量轉換成時間上離散的模擬量稱為采樣。 2022-3-2435圖7-7 采樣過程示意圖 取樣定理：設取樣脈沖s(t)的頻率為fS，輸入模擬信號x(t)的最高頻率分量的頻率為fmax，必須滿足 fs 2fmaxy(t)才可以正確的反映輸入信號(從而能不失真地恢復原模擬信號)。通常取fs （2.53）fmax 。 2022-3-2436 （2）由于A/D轉換需要一定的時間，在每次采樣以后，需要把采樣電壓保持一段時間。 s(t)有效期間，開關管VT導通，uI向C充電，uO (=uc)跟隨uI的變化而變化

19、；s(t)無效期間，開關管VT截止，uO (=uc)保持不變，直到下次采樣。（由于集成運放A具有很高的輸入阻抗，在保持階段，電容C上所存電荷不易泄放。） 圖7-8 采樣保持電路及輸出波形2022-3-2437數字量最小單位所對應的最小量值叫做量化單位。將采樣保持電路的輸出電壓歸化為量化單位的整數倍的過程叫做量化。用二進制代碼來表示各個量化電平的過程，叫做編碼。一個n位二進制數只能表示2n個量化電平，量化過程中不可避免會產生誤差，這種誤差稱為量化誤差。量化級分得越多（n越大），量化誤差越小。 2022-3-2438劃分量化電平的兩種方法（a）量化誤差大；（b）量化誤差小 2022-3-2439

20、直接A/D轉換器：并行比較型A/D轉換器 逐次比較型A/D轉換器 間接A/D轉換器：雙積分型A/D轉換器 電壓轉換型A/D轉換器 1. 逐次比較型A/D轉換器天平稱重過程：砝碼（從最重到最輕），依次比較，保留/移去，相加。 逐次比較思路：不同的基準電壓砝碼。 2022-3-2440圖7-9 逐次逼近型ADCADC電路框圖 CPD n-1D n-2 D n-3D1D0u0 (V)uIuO？01 0 0 000.5UREF1（D n-1為1）/0（D n-1為0）1D n-1 1 0 000.75/0.25UREF1（D n-2為1）/0（D n-2為0）2D n-1 D n-2 1 001（D

21、n-3為1）/0（D n-3為0）n-1D n-1D n-2 D n-3D111（D 0為1）/0（D 0為0）基準電壓UREFn位A/D轉換器 電路由啟動脈沖啟動后:2022-3-24418位A/D轉換器，輸入模擬量uI=6.84V，D/A轉換器基準電壓 UREF=10V。相對誤差僅為0.06%。轉換精度取決于位數。CPD7D6D5D4D3D2D1D0u0 (V)uIuO010000000511110000007.502101000006.2513101100006.87504101010006. 562515101011006.7187516101011106.79687517101011

22、116.83593751uIuO為1否則為0 2022-3-2442圖7-10 8位逐次比較型A/D轉換器波形圖 2022-3-2443 基本原理：對輸入模擬電壓uI和基準電壓-UREF分別進行積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔T2，然后在這個時間間隔里對固定頻率的時鐘脈沖計數，計數結果N就是正比于輸入模擬信號的數字量信號。 （1）電路組成2022-3-2444圖7-11 雙積分型ADCADC電路 積分器： Qn=0，對被測電壓uI進行積分； Qn=1，對基準電壓-UREF進行積分。 檢零比較器C：當uO0時，uC0； 當uO0時，uC1。 計數器：為n1位異步二進制計數器。第一

23、次計數，是從0開始直到2n對CP脈沖計數，形成固定時間T12nTc（Tc為CP脈沖的周期），T1時間到時Qn1，使S1從A點轉接到B點。第二次計數，是將時間間隔T2變成脈沖個數N保存下來。 時鐘脈沖控制門G1：當uC =1時，門G1打開，CP脈沖通過門G1加到計數器輸入端。2022-3-2445積分器： Qn=0，對被測電壓uI進行積分；Qn=1，對基準電壓-UREF進行積分。檢零比較器C：當uO0時，uC0；當uO0時，uC1。 計數器：為n1位異步二進制計數器。第一次計數，是從0開始直到2n對CP脈沖計數，形成固定時間T12nTc（Tc為CP脈沖的周期），T1時間到時Qn1，使S1從A點轉

24、接到B點。第二次計數，是將時間間隔T2變成脈沖個數N保存下來。時鐘脈沖控制門G1：當uC =1時，門G1打開，CP脈沖通過門G1加到計數器輸入端。 （1）電路組成2022-3-2446 （2）工作原理 圖7-12 雙積分型ADC的工作波形 先定時（T1）對uI正向積分，得到Up，UpuI； 再對UREF積分，積分器的輸出將從Up線性上升到零。這段積分時間是T2，T2UpuI； 在T2期間內計數器對時鐘脈沖CP計得的個數為N，NT2UpuI 。 由于這種轉換需要兩次積分才能實現，因此稱該電路為雙積分型ADC。 2022-3-2447 準備階段：轉換控制信號CR0，將計數器清0，并通過G2接通開關

25、S2，使電容C放電；同時，Qn0使S1接通A點。2022-3-2448 采樣階段：當t0時，CR變為高電平，開關S2斷開，積分器從0開始對uI積分，積分器的輸出電壓從0V開始下降，即tIOdtuRCu012022-3-2449與此同時，由于uO0，故uC1，G1被打開，CP脈沖通過G1加到FF0上，計數器從0開始計數。直到當tt1時，FF0FFn-1都翻轉為0態，而Qn翻轉為1態，將S1由A點轉接到B點，采樣階段到此結束。若CP脈沖的周期為Tc，則T12nTc。 2022-3-2450設UI為輸入電壓在T1時間間隔內的平均值，則第一次積分結束時積分器的輸出電壓為 ICnIIPURCTURCTd

26、tuRCUT211012022-3-2451 比較階段：在t=t1時刻，S1接通B點，-UREF加到積分器的輸入端，積分器開始反向積分，uO開始從Up點以固定的斜率回升，若以t1算作0時刻，此時有tREFICnREFPOtRCUURCTdtURCUu02)(12022-3-2452當tt2時，uO正好過零，uC翻轉為0，G1關閉，計數器停止計數。在T2期間計數器所累計的CP脈沖的個數為N，且有T2NTC。 2022-3-2453 若以t1算作0時刻，當tT2時，積分器的輸出uO0，此時則有2022-3-2454ICnREFURCTTRCU22IREFCnUUTT22可見，T2UI。 由于T T

27、1 12 2n nTcTc，所以有IREFUUTT122022-3-2455 結論：可見，NUIuI，實現了A/D轉換，N為轉換結果。 IREFnCUUTTN22 第一，如果減小uI（即圖7-12中的uI），則當tT1時，uOUp，顯然UpUp，從而有T2T2； 第二，T1的時間長度與uI的大小無關，均為2nTc； 第三，第二次積分的斜率是固定的，與Up的大小無關。 由于T2NTc，所以 2022-3-2456 優點1：抗干擾能力強。積分采樣對交流噪聲有很強的抑制能力；如果選擇采樣時間T1為20ms的整數倍時，則可有效地抑制工頻干擾。 缺點：轉換速度較慢。完成一次A/D轉換至少需要（T1T2）

28、時間，每秒鐘一般只能轉換幾次到十幾次。因此它多用于精度要求高、抗干擾能力強而轉換速度要求不高的場合。 優點2：具有良好的穩定性，可實現高精度。由于在轉換過程中通過兩次積分把UI和UREF之比變成了兩次計數值之比，故轉換結果和精度與R、C無關。2022-3-24571.分辨率 分辨率是指A/DA/D轉換器輸出數字量的最低位變化一個數碼時，對應輸入模擬量的變化量。 通常以ADCADC輸出數字量的位數表示分辨率的高低，因為位數越多，量化單位就越小，對輸入信號的分辨能力也就越高。 例如，輸入模擬電壓滿量程為10V10V，若用8 8位ADCADC轉換時，其分辨率為10V/210V/28 839mV39m

29、V，1010位的ADCADC是9.76mV9.76mV，而1212位的ADCADC為2.44mV2.44mV。 2022-3-2458 轉換誤差表示A/D轉換器實際輸出的數字量與理論上的輸出數字量之間的差別。通常以輸出誤差的最大值形式給出。 轉換誤差也叫相對精度或相對誤差。轉換誤差常用最低有效位的倍數表示。 例如某ADC的相對精度為(1/2)LSB，這說明理論上應輸出的數字量與實際輸出的數字量之間的誤差不大于最低位為的一半。 2022-3-24593. 轉換速度 完成一次A/DA/D轉換所需要的時間叫做轉換時間，轉換時間越短，則轉換速度越快。 雙積分ADCADC的轉換時間在幾十毫秒至幾百毫秒之

30、間； 逐次比較型ADCADC的轉換時間大都在10105050s s之間； 并行比較型ADCADC的轉換時間可達10ns10ns。 2022-3-2460 集成A/DA/D轉換器規格品種繁多，常見的有ADC0804、ADC0809、MC14433等。 1. ADC0809 A/D轉換器 ADC0809是一種逐次比較型A/D轉換器。 2022-3-2461 ADC0809是常見的集成是常見的集成ADC。它是采用。它是采用CMOS工藝制成的八位八通道單片工藝制成的八位八通道單片A/D轉換器，轉換器，采用逐次逼近型采用逐次逼近型ADC，適用于分辨率較高而轉，適用于分辨率較高而轉換速度適中的場合。換速度

31、適中的場合。 ADC0809的結構框圖及管腳排列圖如圖的結構框圖及管腳排列圖如圖7.13所示。它由八路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、所示。它由八路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、ADC、三態輸出鎖存緩沖器組成。、三態輸出鎖存緩沖器組成。 2022-3-2462集成集成ADC0809電路的內部結構框圖電路的內部結構框圖 2022-3-2463 ADC0809的管腳排列圖的管腳排列圖2022-3-2464 芯片上各引腳的名稱和功能如下：芯片上各引腳的名稱和功能如下： ININ0 0ININ7 7: : 八路單端模擬輸入電壓的輸入端。八路單端模擬輸入電壓的輸入端。 URUR(+) (+) 、URUR(-)

32、(-)：基準電壓的正、負極輸入端。由此輸：基準電壓的正、負極輸入端。由此輸入基準電壓，其中心點應在入基準電壓，其中心點應在UCC/2UCC/2附近，偏差不應超過附近，偏差不應超過0.1V0.1V。 STARTSTART: : 啟動脈沖信號輸入端。當需啟動啟動脈沖信號輸入端。當需啟動A/DA/D轉換過程轉換過程時，在此端加一個正脈沖，脈沖的上升沿將所有的內部時，在此端加一個正脈沖，脈沖的上升沿將所有的內部寄存器清零，下降沿時開始寄存器清零，下降沿時開始A/DA/D轉換過程。轉換過程。 ADDAADDA、ADDBADDB、ADDCADDC: : 模擬輸入通道的地址選擇線。模擬輸入通道的地址選擇線。 2022-3-2465 ALE: 地址鎖存允許信號，高電平有效。當地址鎖存允許信號，高電平有效。當ALE=1時，時，將地址信號有效