數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 課件 第8-10章 模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換-數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實踐

數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第8章模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換7.5有限狀態(tài)機7.5有限狀態(tài)機8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.1.1采樣和保持8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.1.2量化和編碼8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.1.3A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標（1）轉(zhuǎn)換精度1）分辦率（Resolution）：分辦率R表示A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辦能力，由滿量程（FullScaleRange,FSR）和A/D轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)n決定，即2）轉(zhuǎn)換誤差：轉(zhuǎn)換誤差反映了A/D轉(zhuǎn)換器實際輸出的數(shù)字量和理論輸出的數(shù)字量之間的差別，通常以相對誤差的形式給出，用LSB表示。（2）轉(zhuǎn)換速率通常情況下，轉(zhuǎn)速速率是指A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間的倒數(shù)。8.1.4并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換①由于轉(zhuǎn)換是并行的，其轉(zhuǎn)換時間只受比較器、寄存器和編碼電路的延遲時間限制，因此轉(zhuǎn)換速度快。②隨著分辨率的提高，器件數(shù)目要按幾何級數(shù)增加。8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.1.5逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.1.6雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換①準備階段。②第一次積分階段。③第二次積分階段。8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.1.7ADC0809及其應(yīng)用8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換（1）ADC0809的引腳功能①INO~IN7:8路模擬輸入信號，根據(jù)地址狀態(tài)選中其中一路輸入，共用一個A/D轉(zhuǎn)換器。②DO~D7:8位數(shù)字量輸出。③C、B、A:3位地址端。④ALE：地址鎖存允許信號。⑤START：啟動模數(shù)轉(zhuǎn)換的控制信號。⑥EOC：模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束的標志信號。⑦OE：數(shù)據(jù)輸出的允許信號，用于控制三態(tài)輸出鎖存器向外輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。⑧CIK：時鐘脈沖輸入端。⑨VR（+）和VR（-）：參考電壓，用來與輸入的模擬信號進行比較，作為逐次比較的基準。⑩VCC：工作電源，接5V。?GND：地。8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換（2）ADC0809的電路結(jié)構(gòu)及工作過程ADC0809的結(jié)構(gòu)框圖如圖8-13所示，工作時序如圖8-14所示。8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換①首先，輸入C、B、A的地址，然后給ALE送入一個正脈沖，脈寬tW_ALE不小于50ns。②給START信號送人一個正脈沖，脈寬tw_s不小于50ns。8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換③在接下來的56個時鐘脈沖CLK周期內(nèi)，每7個CLK轉(zhuǎn)換1位。④OE是數(shù)據(jù)輸出允許信號，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，給OE送入正脈沖，三態(tài)輸出鎖存緩沖器將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量送到數(shù)據(jù)總線上。（3）ADC0809的主要參數(shù)①8路模擬電壓輸入通道，8位分辨率。②時鐘頻率力640kHz時的轉(zhuǎn)換時間為100??s，時鐘頻率500kHz時轉(zhuǎn)換時間力130??s。③具有轉(zhuǎn)換啟停控制端。④單一5V直流電源供電。⑤模擬輸入電壓的范圍力0~5V。⑥工作溫度范圍-40~85°C。⑦功耗力15mW。（4）模數(shù)轉(zhuǎn)換仿真模數(shù)轉(zhuǎn)換的仿真電路如圖8-15所示。8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.2數(shù)模轉(zhuǎn)換8.2.1D/A轉(zhuǎn)換器的分類8.2.2D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標（1）分辨率和A/D轉(zhuǎn)換器一樣，D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率也是指當輸入數(shù)字量的LSB發(fā)生變化時，所對應(yīng)的輸出模擬量的最小變化值，即（2）轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度是指D/A轉(zhuǎn)換器實際輸出的模擬電壓值與理論輸出模擬電壓值之間的最大誤差。（3）建立時間也稱轉(zhuǎn)換時間，是用來描述D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換快慢的一個參數(shù)，其值從輸入數(shù)字量到輸出穩(wěn)定模擬信號所需要的時間。8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.2.3權(quán)電阻型D/A轉(zhuǎn)換器8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.2.4R-2R電阻型D/A轉(zhuǎn)換器8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.2.5權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.2.6DAC0832及其應(yīng)用8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換

8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換

8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換（3）DAC0832的主要參數(shù)①分辨率為8位。②模擬信號輸出類型是電流。③電流穩(wěn)定時間約1??s。④有直通、單緩沖、雙緩沖3種工作方式。⑤單一電源供電（5~15V）。⑥低功耗，約為20mW。（4）數(shù)模轉(zhuǎn)換仿真由于DAC0832屬于電流輸出型，而我們在應(yīng)用中往往需要電壓信號，這就需要將它的輸出進行電流/電壓轉(zhuǎn)換，可在它的lout1、lout2輸出端加接一個運算放大器，運算放大器的反饋電阻可通過Rm.端引用片內(nèi)8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換固有電阻（也可外接電阻），即可將電流信號變換成電壓信號輸出，如圖8-23所示。8.1模數(shù)轉(zhuǎn)換第9章脈沖信號電路9.1施密特觸發(fā)器9.1.1門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器

9.1施密特觸發(fā)器

9.1施密特觸發(fā)器9.1施密特觸發(fā)器9.1施密特觸發(fā)器9.1.2集成施密特觸發(fā)器9.1施密特觸發(fā)器9.1施密特觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2.1門電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.

RC電路9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2．微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1）當電路處于穩(wěn)態(tài)時，ui是低電平，ud也是低電平，ui2=UDD為高電平，非門G2的輸出uO是低電平，或非門G1的輸出uO1為高電平，電容G兩端沒有電壓，即uc=0。2）若輸入ui

由低電平變高電平，即產(chǎn)生一個觸發(fā)信號，則Rd、Cd

微分電路的狀態(tài)將發(fā)生變化，ud瞬時上升為高電平，uO1隨即變?yōu)榈碗娖健?.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3）當ui2繼續(xù)上升至UTH時，uO的狀態(tài)將發(fā)生翻轉(zhuǎn)，迅速從高電平變低電平狀態(tài)。9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2.2集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（1）7412174121是不可重復(fù)觸發(fā)集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，其功能表見表9-1。1）表格的第1~4行表明，只要A1、A2、B這3個輸入為穩(wěn)定的0或者1，輸出就是穩(wěn)態(tài)、Q為0，Q為1。2）表格的第5~7行表明，當B接高電平時，只要A1、A2有任何一個出現(xiàn)下降沿，輸出就進入暫態(tài)，9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.3多諧振蕩器9.3.1門電路構(gòu)成的多諧振蕩器9.3多諧振蕩器1）假定電路上電之前電容C沒有充電，t1時刻接通電源，uo為初始狀態(tài)低電平，ui1也為低電平，因此uo1即ui2）為高電平，導(dǎo)致uo

維持低電平。2）t2時刻，ui1的值達到CMOS門電路的轉(zhuǎn)換閾值電壓UTH，uo1

從高電平瞬時翻轉(zhuǎn)為低電平，進而導(dǎo)致uo從低電平翻轉(zhuǎn)為高電平。3）在這個暫態(tài)期間，電容C通過電阻R放電，使ui1逐漸下降。9.3多諧振蕩器9.3.2施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器9.3多諧振蕩器9.3多諧振蕩器9.3多諧振蕩器1）假定電路上電之前電容C沒有充電，電源接通瞬間，電容兩端電壓不能跳變，此時ui低電平，經(jīng)過反相uo為高電平。2）當ui

的值達到施密特觸發(fā)器的正向閾值電壓UT+時，uo從高電平瞬時翻轉(zhuǎn)低電平，此時電容C通過電阻R放電，隨著放電的進行，ui

的值不斷下降。3）當ui下降至施密特觸發(fā)器的反向閾值電壓UT-時，uo從低電平瞬時翻轉(zhuǎn)高電平，并再次通過電阻R向電容C充電。9.3多諧振蕩器9.3多諧振蕩器9.4

555定時器9.4

555定時器9.4

555定時器9.4.1LM555的電路結(jié)構(gòu)及工作原理①4腳為復(fù)位端RST。②C1同相端的電位是2Ucc/3，C2反相端的電位是Ucc/3。③6引腳力閾值輸入端THR，是C1反相端的輸入，它與2Ucc/3進行比較決定C1的狀態(tài)；同理，2引腳為觸發(fā)輸入端TRI，是C2同相端的輸入，它與Ucc/3進行比較決定C2的狀態(tài)。④C1和C2作為基本RS觸發(fā)器的輸入，共同決定Q和Q的狀態(tài)，并進而決定3引腳輸出OUT的狀態(tài)。⑤G3的輸出經(jīng)電阻R接至品體管VT的基極，VT的集電極為7引腳DIS，當VT導(dǎo)通時、DIS將通過VT9.4

555定時器放電。⑥5引腳為控制電壓端CON。⑦

8引腳為電源Ucc，1腳為地GND。9.4

555定時器9.4.2555定時器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器①輸入正弦波信號從低電平0開始逐漸增大，當小于Ucc/3時，根據(jù)功能表的第2行可知，輸出OUT為高電平1。②輸入信號繼續(xù)增大，當大于Ucc/3但小于2Ucc/3時，根據(jù)功能表的第4行可知，輸出OUT保持不變，仍為高電平1。③輸入信號大于2Ucc/3時，根據(jù)功能表的第3行可知，輸出OUT發(fā)生翻轉(zhuǎn)，從高電平1變?yōu)榈碗娖?。④輸入信號從最高值開始下降，在小于2Ucc/3但大于Ucc/3時，根據(jù)功能表的第4行可知，輸出OUT保持不變，仍為低電平，直到輸人信號小于Vcc/3，輸出從低電平翻轉(zhuǎn)到高電平。9.4

555定時器9.4

555定時器9.4

555定時器9.4.3

555定時器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器9.4

555定時器①電路通電初始，當觸發(fā)信號TRI是高電平時，TR/>Ucc/3，輸出OUT為低電平，電路處于穩(wěn)態(tài)。②在TRI由高電平變?yōu)榈碗娖降乃查g，TRI<Ucc/3。③隨著充電的進行，電容C兩端的電壓不斷升高，意味著THR的電壓不斷升高。9.4

555定時器9.4.4555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器①電路通電初始，電容C上沒有電荷，此時TRI=Uc=0V。②隨著充電的進行，電容C兩端的電壓Uc不斷升高，也就意味著THR和TRI的電壓不斷升高。③隨著放電的進行，電容G兩端的電壓Uc不斷下降，也就意味著THR和TRI的電壓不斷下降。9.4

555定時器9.4

555定時器第10章數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計實踐10.1數(shù)字系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計方法10.1.1總體思路10.1.2設(shè)計要點和步驟1.設(shè)計要點1）準確理解設(shè)計任務(wù)，完成頂層設(shè)計。2）根據(jù)適用性原則，在綜合考慮成本、技術(shù)復(fù)雜度、可靠性等多種因素之后選擇適合的方案，完成各功能模塊電路的設(shè)計和實現(xiàn)。3）針對系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的各種問題，要根據(jù)現(xiàn)象分析故障原因，確定根源問題和次生問題。2.設(shè)計步驟10.1數(shù)字系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計方法10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計10.2.1設(shè)置值轉(zhuǎn)BCD碼電路10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計10.2.2設(shè)置值顯示電路10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計10.2.3設(shè)置值與計數(shù)值比較電路10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計10.2.4裝瓶計數(shù)電路10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計10.2.5累加計數(shù)電路10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計10.2.6

8位二進制碼轉(zhuǎn)BCD碼電路（1）知識鋪墊由于4位二進制碼最大能表示15，而4位BCD碼最大只能表示9，因此，如何彌補二者之間的這個差別是實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。1）若4位二進制碼小于或等于9，則不需要修正，此二進制碼即BCD碼。2）若4位二進制碼大于9，則需要加6進行修正。（2）實現(xiàn)思路8位二進制碼轉(zhuǎn)換為BCD碼，需要將待轉(zhuǎn)換的二進制碼從最高位開始逐次左移至存放BCD碼的寄存器，直至所有二進制碼全部移入寄存器。10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計（3）設(shè)計實現(xiàn)根據(jù)上述實現(xiàn)思路，可以得到8位二進制碼轉(zhuǎn)BCD碼的電路，需要用到的邏輯器件包括移位寄存器、比較器、加法器，以及若干基本邏輯門。10.2片劑裝瓶計數(shù)顯示系統(tǒng)的設(shè)計10.2片劑裝瓶計