第六章 信号输出(现代电子技术与应用)

1现代电子技术及应用北京信息科技大学光电信息与通信工程学院2D/A转换器显示器件执行部件功率放大器第六章信号输出36.1D/A转换器一、DAC性能指标1.满刻度值VFSV=(1-2-n)VFSR2.分辨率LSB=VFSR/2n3.动态范围DR=20log102n)222(2211nnFSRIREFObbbVDKVvDACb1b2bnvOVREFDIb1b2b3vO(V)7/86/85/84/83/82/81/800000010100111001011101111LSB46.1D/A转换器4.偏移误差和增益误差5.积分非线性（INL）和差分非线性（DNL）实际的包络线与两端点间的直线的最大偏差称为积分非线性（INL）。在理想情况下，相邻线条之间的高度差为1LSB。偏离这个理想值的最大偏差称为差分非线性（DNL）。b1b2b3vO(V)VFSV0000001010011100101110111偏移误差b1b2b3vO(V)VFSV0000001010011100101110111增益误差56.1D/A转换器例：在所示的3比特DAC中，计算INL和DNL。k:000001010011100101110111INL:00-1/21/2-11/2-1/20DNL:00-1/21-3/23/2-1½若DNL-1LSB，则传递特性变为非单调的。b1b2b30000001010011100101110111vO(V)7/86/85/84/83/82/81/866.1D/A转换器6.建立时间：描述D/A转换快慢的一个主要参数，指从开始转换到模拟量输出到达最终值所需的时间，一般几纳秒～几百微秒。实际建立时间的长短不仅与D/A转换器的速度有关，而且与数字量变化的大小有关。数字量从全0变到全1（或从全1变到全0）时，建立时间最长，称为满量程变化的建立时间。7.尖峰：指输入的数字量发生变化时产生的瞬时误差。由于内部电路对输入比特变化的响应不一致造成。可以采用高速采样保持放大器(SHA)，全译码式(fullydecoded)DAC、分段式(segmented)DAC和插值式DAC等方法滤除或减小尖峰误差。76.1D/A转换器1.加权电阻DAC二、DAC电路原理RFvo-+2R4Rio8R2nRini3i2i1b1b2b3bnVREFRVikREFk2/OFOiRv)222()/(2211nnREFFObbbVRRv86.1D/A转换器2.T型电阻网络DAC-+2Rv1ik+1iki2i1VREFR2RR2R2RRin2RRin2Rv2vkvk+1vn2R2R2R2R2R2R每个已标记节点向右看的等效电阻均等于2R。从每个节点向下流的电流等于向右边流的电流。从左端流入该节点的电流是上面电流的两倍。kkii211kkvv21196.1D/A转换器3.电流模式T型电阻网络DACio与io’互补：-+2Rb1in-1i2i1VREF2RR2R2RRinb2bnbn-1vo2RRFioio'nREFnREFREFREFREFRViRVRViRVRVi2,,222,222211)222()/(2211nnREFFoFObbbVRRiRvRViiREFno/)21('0106.1D/A转换器4.典型D/A芯片应用——DAC781112bit，单通道，乘法DAC（MultiplyingDAC，MDAC）2.7~5.5V电源±15V参考电压50MHz串行接口10MHz乘法带宽4象限乘法116.1D/A转换器DAC7811内部结构与管脚图126.1D/A转换器R-2RDAC等效电路)222()/(2211nnREFFoFObbbVRRiRv4096/CODEVDVvREFIREFO136.1D/A转换器(a)数字可编程衰减器voiOiO’RFDnVREF-+vIiOiO’RFDnVREFvo-+vI(a)(b)(b)数字可编程放大器IODvvOIDvvIOvDv)/1(146.1D/A转换器DAC7811与MSP430F449接口电路AVCCDVCCRST/NMIP1.2P4.3P4.5DVSSAVSSMSP430F449GNDDAC7811VDDSDOSCLKVREFRFBSYNCSDINIOUT1IOUT2SCLKMOSIFS+5V+3.3V10µF1µF0.1µF0.1µF100KΩSW1-2.5VOPA277OPA277C10VOUT+2.5V156.1D/A转换器DAC7811的SPI接口166.1D/A转换器DAC7811的SPI接口（续）176.2显示器件1.LED（LightEmittingDiode，发光二极管）概述(1)发光二极管：用于各种电子产品的光源和状态指示。按照发光颜色可以分为红色、绿色、蓝色、橙色等；按照圆形发光二极管直径分为Ф3.0mm、Ф5.0mm、Ф10mm等；(2)数码管：用于各类仪表、家用电器等的数字显示。可分为“8”字形的七段数码管、“米”字形数码管等。(3)专用显示模块：专用显示模块指专用时钟显示板以及用于空调、热水器等专门领域数字和其它信息的显示模块。(4)LED点阵显示器：可构成大屏幕显示器，可用于显示文字、图像、动画、行情及电视、录像等。LED点阵显示屏按显示颜色可分为单基色（红色或绿色等）、双基色（红色、绿色）、三基色（红色、绿色、蓝色）；按像素间距可分为3mm、5mm、8mm、10mm等；按使用环境可分为室内屏、室外屏以及半户外屏。一、LED驱动与接口电路186.2显示器件2.LED数码管驱动与接口电路(1)LED驱动：LED工作电压约为1.5V左右，LED工作时需要一定的工作电流，才能正常发光，流过LED的电流大小决定了它的发光强度，为保护LED不被烧坏，通常需要加限流电阻。7406RLEDVCC7406构成的LED驱动电路196.2显示器件(2)LED数码管驱动与接口电路：abcdfgdpeaabbccddeeffggdpdp+5V12345678910(a)(b)(c)abgfcomcdedpcom206.2显示器件abcdefgdpabcdefgdpabcdefgdpCrCpBAQ0……Q774LS164清零时钟信号串行数据CPULED0LED1LED2VCCCrCpBAQ0……Q774LS164CrCpBAQ0……Q774LS164移位寄存器74LS164组成的静态显示接口电路216.2显示器件MC14495组成的静态显示接口电路74LS138ABCS1S2S3GNDVCC+5VabcdefgABCDLEMC14495abcdefgabcdefgABCDLEMC14495abcdefgABCDLEMC144958051………………Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7abcdefgabcdefg226.2显示器件MC14495和7406组成的动态显示接口电路abcdefgdpabcdefgABCDLEMC14495abcdefgdpabcdefgdpCPUI/O+5V7406……I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O236.2显示器件MAX7221组成的显示接口电路V+DIG0-DIG7ISETDINLOAD(CS)CLKGNDSEGA-GSEGDPGND8DIGITS8SEGMENTS1811213919+5V9.53K4MOSII/OSCKμPMAX7221246.2显示器件3.LED点阵显示器驱动与接口电路LED点阵显示器结构DC1DC2DC3DC4DC5DC6DC7DC8DR1DR2DR3DR4DR5DR6DR7DR8256.2显示器件单片机控制的LED点阵显示电路Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9Q10Q11Q12Q13Q14Q15A3A2A1A0LECSASHIFTCLOCKLATCHCLOCKOUTPUTENBALERESET单片机PCMAX232E数据存储器……VCC4.7K*1612345671011121314158916……123456710111213141581674HCT451474HC5954.7K*169VCCQAQBQCQDQEQFQGSQHOUTPUTENBALERESETASHIFTCLOCKLATCHCLOCKQHQFQGQEQDQCQBQA74HC595QHSQHVCC266.2显示器件典型的LED视频显示框图电源控制箱LED大屏视频处理器大屏控制器监视器播放机编辑机音响系统矩阵切换器控制信号多路音视频输入交流供电配电远程控制信号278.2LCD驱动与接口电路1.LCD(LiquidCrystalDisplay，液晶显示器)原理与分类反射型LCD结构示意图上偏振片玻璃电极封接剂下偏振片上电极基板下电极基板反射板液晶材料二、LCD驱动与接口电路286.2显示器件LCD显示器可分为：段式液晶显示器、字符型液晶显示器、图形点阵式液晶显示器、带汉字字库图形点阵式液晶显示器、专用型液晶显示器、彩色液晶显示器等。另外，按照采光分为：自然采光、背光源采光。296.2显示器件2.LCD显示模式LCD显示器的静态显示方式YXZLCDCOMV0V0V0V0-V0不显示显示0000VYVXVZVXZ306.2显示器件LCD显示器的动态显示方式0V/2000V/2V/2V/2V/2V/2L1L2L3L4L5R1R2R3R4R5VR4VL1VL2VL3VL4VL5316.2显示器件3.LCD显示器接口电路段位式LCD静态显示电路abcdefg7段译码器COMLCD驱动译码ABCDabcdefgYYXX326.2显示器件字符式LCD液晶显示器接口电路LCD显示器LCD驱动器+5V10KP0.0P0.7P2.0P2.1P2.7RDWEDB0DB7RSR/WVddVssV08031HD44780E336.2显示器件点阵式LCD液晶显示器接口电路128×128液晶显示屏列驱动器组行驱动器组T6963芯片8KRAMVDD/RSTVSSFGV0(Vadj)LED+LED-MPU8031P0.0-0.7P2.0P2.7RDWRDB0-DB7CEC/DWRRDFS+5V+5V-5V4.7K4.7µ346.3执行机构1.单相异步电动机概述•单相异步电动机是利用单相交流电源供电的一种小容量交流电动机，功率约在几瓦到几千瓦。•单相异步电动机具有结构简单,成本低廉,使用方便等特点，广泛应用于小型机床、农用机器、电动工具、家用电器和医疗器械等设备。•单相异步电动机与同容量的三相异步电动机相比，其体积较大、运行性能较差、效率较低。一、单相异步电动机356.3执行机构2.单相异步电动机原理•单相异步电动机有定子和转子两个基本组成部分，定子包括定子铁心、定子绕组和机座等部分。•定子绕组一般需要安放两相绕组，即主绕组（工作绕组）和副绕组（启动绕组）。•转子由转子铁心、转子绕组、转轴和风扇等部分组成。BAA’B’工作绕组和启动绕组空间位置366.3执行机构•工作绕组A和启动绕组B空间位置相隔90O度，电流从A、B端流入，A’、B’流出。•工作绕组A中的电流与启动绕组B中的电流相位相差90°，产生旋转磁场。当电流变化一个周期（360°），旋转磁场旋转一周（360°）。•旋转磁场使转子绕组产生感应电势，形成电流，从而产生电磁转矩。电磁转矩的方向和旋转磁场的方向一致。工作绕组和启动绕组中电流iiAiB090180270360?t376.3执行机构旋转磁场ωt=135ºωt=180ºωt=270ºBA’AB’ωt=0ωt=45ºBA’AB’ωt=90ºBA’AB’BA’AB’BA’AB’BA’AB’386.3执行机构3.单相异步电动机的控制•单相异步电动机的控制主要包括换向和调速。•若要对其进行反转控制，需改变两套绕组中其中一