2022-2023学年高二物理竞赛课件：电路的主要技术指标

电路的主要技术指标 第11章 数字系统设计实例 电路的主要技术指标 数据采集系统的核心器件是A/D转换器。通常在不同的应用场合对数据采集系统有不同的技术要求，主要有分辨率、采样率、采样方式、精度和输入范围等。 图 11-14 数据采集系统框图 第11章 数字系统设计实例 当Nmin=2 时，M=1024, 当Nmax=65 536 时，M=1024, 为了获得更高的信号频率可采取以下措施：① 减少波形数据存储空间M； ② 采用读出频率更高的EPROM。 降低信号频率的方法：① 增加波形数据存储空间M；② 降低振荡器频率；③ 增加分频计数器位数n。 综合高、低频率要求，只有采用高频的EPROM和增加分频器位数比较合适。 第11章 数字系统设计实例 1) A/D输入电压动态范围 不同的A/D其输入电压的动态范围不同，一般有 0~5 V、 0~+10 V、-5~+5 V和-2~+2 V等。如果某一A/D转换器的输入电压范围是 0~10 V，而输入模拟信号电压范围为 -5~+5 V，为了满足A/D输入的要求，应采用运放加法电路使输出模拟量在 0~10 V范围内变化。对微弱的模拟信号常常要经过运放放大后再输入A/D转换器。 第11章 数字系统设计实例 2) 采样频率 模拟信号转换成数字信号必须经过采样保持电路。为了不失真地采集模拟信号，要求A/D的采样频率最低为 2 倍的信号频率。在实际应用中，为了保证信号采集质量，选择A/D的采样频率通常为信号频率的 3~4 倍，工程上有时取 10 倍。 常用的A/D器件ADC0809的最高采样频率fmax=10kHz。 第11章 数字系统设计实例 3) 分辨率  A/D的分辨率一般由A/D的位数和输入电压范围来决定。如两个输入电压范围都为 0~10 V，转换位数一个为 8 位， 另一个为 10 位，则分辨率分别为 由此可见，如何选择A/D的位数，以便满足分辨率的要求，应从这两方面来考虑。 第11章 数字系统设计实例 2. 数据采集系统电路介绍 1) 数据采集、存储、显示电路 数据采集实现电路如图 11-15 所示。ADC0809是一种常用的 8 路输入 8 位逐次比较A/D转换器，其内部结构和详细工作时序请参阅 10 节。ADC0809的基本参数为：电源电压UCC=+5V，输入电压范围为 0~5V，时钟频率f≤640kHz， 线性误差为±1LSB，转换时间Tc=100μs。 第11章 数字系统设计实例 第11章 数字系统设计实例 电路工作过程如下： (1) 输入放大电路 输入信号经运放0P07同相放大后送入ADC0809，放大器的放大倍数AV=(R1+RF)/R1，改变RF和R1的值可以调节AV，从而使放大器输出电压Uo满足ADC0809的动态范围。 电路中只使用一路模拟信号，由IN0输入，因此ADC0809的输入信号地址ADDA、ADDB、ADDC接地。 第11章 数字系统设计实例 (2) 数据采集、存储过程 在这一过程中，首先使开关S2置高电平UCC，以便地址计数器时钟通过与门A8(A74LS08), 然后把开关S１由UCC拨到地， 再拨到UCC，产生一负脉冲，使D触发器A7的Q置“1”，地址计数器清 0, 采集过程开始。 START信号由时钟fCP和EOC转换结束信号相与形成。 当A/D转换未开始时，EOC=1，START的正脉冲宽度为fCP的正脉冲宽度。START正脉冲的下降沿到达后，EOC=0， A/D转换器开始转换；当A/D转换结束后，EOC由0变成1， EOC=1 保持一个fCP周期，第二个START正脉冲产生，第二次A/D转换开始；如此循环，形成不断的采集过程，直到地址计数器为全“1”时结束。 第11章 数字系统设计实例 ALE信号：ALE与START端接在一起，输入地址在ALE=START=1时允许，ALE=0 时被禁止。  OE信号：输出允许端OE由EOC和D触发器的Q相与提供，在采集过程中Q一直为1，则OE=EOC，只有当转换结束时EOC=1，才有OE=1，即允许数据输出，8 位数据此时送入RAM存储器。 第11章 数字系统设计实例 RAM写入过程：由于A7∶A的Q=1，开关S2=1，RAM地址计数器的时钟CLK和RAM写控制端WE在采集过程中等