【正文】 脈沖CP的下降沿到達(dá)時(shí)，F(xiàn)1翻轉(zhuǎn)一次。F1每翻轉(zhuǎn)兩次，F(xiàn)2才翻轉(zhuǎn)一次。F2翻轉(zhuǎn)兩次，F(xiàn)3才翻轉(zhuǎn)一次。從而得到圖中各個(gè)觸發(fā)器輸出端的波形。計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)順序見表所示，如果計(jì)數(shù)器從000狀態(tài)開始計(jì)數(shù)，那么在第八個(gè)計(jì)數(shù)脈沖輸入后，計(jì)數(shù)器將重新回到000態(tài)。因此計(jì)數(shù)器最多只能計(jì)八個(gè)數(shù)。如果計(jì)數(shù)器從000狀態(tài)開始工作，則它的不同狀態(tài)可以表示已經(jīng)輸入的計(jì)數(shù)脈沖數(shù)目。由于計(jì)數(shù)是逐步遞增的，所以屬于加法計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)順序輸入脈沖序號(hào)Q3Q2Q1000010012010301141005101611071118000推廣到一般，對(duì)于一個(gè)n位的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器來說，由于共有2n個(gè)狀態(tài)，所以每輸入2n個(gè)計(jì)數(shù)脈沖以后，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)就要循環(huán)一次。 A/D變換與D/A變換器一. A/D變換器A/D變換器就是模/數(shù)變換器，通常簡稱ADC，它是一種將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電路。A/D變換需經(jīng)取樣、保持、量化、編碼四個(gè)過程，如圖所示。1. A/D變換原理1）取樣取樣又叫采樣，取樣就是按一定的時(shí)間間隔對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行提取。取樣過程如圖所示。經(jīng)取樣后，模擬信號(hào)就變成了在時(shí)間上斷續(xù)的（離散）信號(hào)了。不難發(fā)現(xiàn)，如果取樣脈沖的頻率越高，所得到的離散信號(hào)就越接近原來的模擬信號(hào)，因此要求取樣脈沖頻率fs不能太低，一般規(guī)定fs＞2fmax，其中fmax表示模擬信號(hào)的最高頻率。2）保持由于A/D變換需要時(shí)間，所以每一次取樣所得的“樣值”都應(yīng)保存一段時(shí)間，直到下一次取樣到來，這個(gè)過程稱為保持。為了實(shí)現(xiàn)保持，應(yīng)在取樣開關(guān)S的后面增加一個(gè)電容C，如圖所示。此時(shí)，VO的波形變成了階梯波，而不是一串離散的脈沖。2）量化與編碼量化：編碼： 量化方法一般有兩種，一種是采用只舍不入的方法；另一種是采用有舍有入（四舍五余）的方法。采用有舍有入的方法誤差要小。例如，取樣保持電路輸出的信號(hào)電壓幅度變化范圍為0～1V，要求將其轉(zhuǎn)化為三位二進(jìn)制數(shù)表示的數(shù)字信號(hào)，量化、編碼關(guān)系如下。2. A/D變換器的主要參數(shù)分辨率：又稱分解度，常用輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)來表示分辨率的高低。量化誤差：在量化編碼時(shí)產(chǎn)生的誤差，故稱為量化誤差。轉(zhuǎn)換時(shí)間：轉(zhuǎn)換時(shí)間是指完成一次A/D變換所需要的時(shí)間。轉(zhuǎn)換速度：轉(zhuǎn)換速度是指每秒鐘完成A/D變換的次數(shù)。3. 常用的A/D變換器A/D變換器的種類較多，有并行比較型、逐次逼近型、計(jì)數(shù)型、雙積分型等等。這里僅以并行比較型為例來說明A/D變換器工作過程。并行比較型A/D變換器如圖所示，它由電阻分壓器、七個(gè)比較器及編碼器組成，采用只舍不入的編碼方式。電阻網(wǎng)絡(luò)將參考電壓VREF分壓成七個(gè)比較電壓，分別提供給比較器C1～C7的反相端，A/D變換器的量化單位為。取樣保持電路送來的信號(hào)電壓提供給七個(gè)比較器的同相端。比較器的輸出特點(diǎn)是，若同相端電壓高于反相端電壓時(shí)，輸出為1；若反相端電壓高于同相端電壓時(shí)，則輸出為0。七個(gè)比較器輸出的七位二進(jìn)制代碼送至編碼器，由編碼器將其編成三位二進(jìn)制代碼Q2Q1Q0。取樣電壓、比較器輸出的七位二進(jìn)制代碼及編碼器輸出的三位二進(jìn)制數(shù)之間的關(guān)系情況見表所示。 并行比較型A/D變換器輸入、輸出關(guān)系表輸入電壓VI比較器輸出編碼器輸出C7C6C5C4C3C2C1Q2Q1Q000000000000000001001000001101000001110110001111100001111110101111111101111111111由表可知，編碼器的邏輯表達(dá)式如下：二. D/A變換器作用：D/A變換器的作用是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。類型：D/A變換器的種類很多，如權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A變換器、T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A變換器，倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A變換器等。下圖是四位二進(jìn)制權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A變換器。它由參考電源VREF、權(quán)電阻20R、21R、22R、23R構(gòu)成的電阻網(wǎng)絡(luò)、四個(gè)電子開關(guān)S0～S求和放大器A組成。四個(gè)電子開關(guān)S0～S3分別受輸入二進(jìn)制數(shù)碼a0、aaa3的控制，當(dāng)數(shù)碼為1時(shí)，開關(guān)接參考電壓；當(dāng)數(shù)碼為0時(shí)，開關(guān)接地。輸入二進(jìn)制數(shù)碼aaaa0的權(quán)依次為22220，開關(guān)SSSS0所接的電阻分別為20R、21R、22R、23R。由圖可知：故輸出的模擬電壓為：若取RF=R/2,則:將輸入的二進(jìn)制數(shù)碼a3a2a1a0的各組取值代入上式，可分別求出對(duì)應(yīng)的輸出電壓，見表所示。由表可以清楚看到，當(dāng)輸入二進(jìn)制數(shù)碼在0000～1111之間變化時(shí)，輸出的模擬電壓按量化單位逐步遞增，這樣，數(shù)字信號(hào)就被轉(zhuǎn)換成了模擬信號(hào)。表927 輸入二進(jìn)制數(shù)碼與輸出模擬電壓之間的關(guān)系輸入數(shù)字信號(hào)輸出模擬信號(hào)輸入數(shù)字信號(hào)輸出模擬信號(hào)a3a2a1a0Voa3a2a1a0Vo00000100000011001001010100011101101001100010111010110111001111111權(quán)電阻D/A變換器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但當(dāng)輸入數(shù)字信號(hào)位數(shù)較多時(shí)，電阻的值域范圍很大，給設(shè)計(jì)帶來不便，特別是不易集成化。2. 倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A變換器下圖是四位二進(jìn)制倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A變換器，電子開關(guān)S0～S3分別受輸入二進(jìn)制數(shù)碼a0～a3的控制，當(dāng)數(shù)碼為1時(shí)，開關(guān)接運(yùn)放器的虛地端；當(dāng)數(shù)碼為0時(shí)，開關(guān)接地。該電路的特點(diǎn)是，不管輸入數(shù)碼是0還是1，開關(guān)均相當(dāng)于接地，流過每個(gè)2R的電流是恒定的，從而有：流入運(yùn)放器的電流為：由于倒T型D/A變換器所需的電阻只有兩種，非常有利于集成化。3. D/A變換器的主要參數(shù)分辨率：D/A變換器最小輸出電壓與最大輸出電壓的比值叫D/A變換器的分辨率。最小輸出電壓是指輸入數(shù)字信號(hào)只有最低位為1時(shí)的輸出電壓。最大輸出電壓是指輸入數(shù)字信號(hào)各位全為1時(shí)的輸出電壓。分辨率的計(jì)算公式為：分辨率=。轉(zhuǎn)換速度：從輸入數(shù)字信號(hào)起到輸出電壓（或電流）達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所需的時(shí)間。位數(shù)越多，轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。轉(zhuǎn)換誤差：轉(zhuǎn)換誤差分失調(diào)誤差和滿值誤差。失調(diào)誤差是指輸入的數(shù)字信號(hào)全為0時(shí)，模擬信號(hào)實(shí)際輸出值與理論輸出值的偏差。滿值誤差是指輸入數(shù)字信號(hào)全為1時(shí)，輸出的模擬信號(hào)電壓與滿值電壓的偏差。許多D/A變換器設(shè)有失調(diào)校正和滿值校正電路，以減小失調(diào)誤差和滿值誤差。222 / 43