PWM滤波数模转换电路设计

PWM滤波数模转换电路设计
PWM滤波数模转换电路设计

基于LM358芯片的PWM滤波数模转换电路设计

摘要:基于脉宽调制(PWM)波形的频谱理论分析,针对交流伺服电机实现速度闭环控制需要(±10)V模拟信号输入的要求,设计了一种基于PWM滤波的(±10)V模拟信号输出的电路。通过对PWM信号整形隔离,再经过一个三阶滤波器滤波,偏置电路以及放大电路实现了最终的目的。实践证明,该设计方案可以得到稳定、精确的模拟信号输出。设计方案简单易行,性价比高,具有一定的通用性。

关键词:电路设计;PWM滤波;数模转换

本研究在对PWM实现D/A转换理论进行分析的基础上,设计了一种输出为-10~+10V模拟信号的D/A转换电路,旨在为交流伺服电机提供更为稳定与精确的模拟信号。

1 PWM滤波的理论分析

PWM是一种周期一定而占空比可以调制的方波信号,图1中是一种在实际电路中经常遇到的典型PWM波形。该PWM的高低电平分别为V H和V L,理想的情况V L等于0,但实际一般不等于0。

图1 实际电路中典型的PWM波形

本文假设PWM为理想情况,PWM的幅值为A,脉冲宽度为x(t),则脉冲宽度调制波可以表示为:

式中:假设脉冲中心在kT s处,T0为未调制宽度,m为调制指数;T k为第k个矩形脉冲的宽度。可以看出,脉冲宽度调制信号由x(t)加上一个直流成分以及相位调制波构成。当T0

2 电路设计

根据前面分析可以设计出PWM滤波的信号处理方框图如图2,由单片机输出PWM波,通过整形隔离,然后通过有源滤波器及驱动放大得到模拟信号的输出。

图2 PWM滤波D /A转换器框图

针对控制芯片输出的是0~5V的PWM信号,而一般交流伺服电机速度闭环控制需要外部提供(±10)V的模拟信号,所以在控制芯片和交流伺服控制卡之间要加一级D/A转换电路,其功能就是把0~5 V的PWM信号变为(-10)~(+10) V的模拟信号。

电路中主要器件采用的是LM358,其内部包括2个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器,适合于电源电压范围很宽的单电源使用,也适用于双电源工作模式,它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。设计中采用的是LM358双电源供电模式,使整个电路得以实现正负电压的输出。电路总体上可以分为4个部分,分别为隔离电路、三阶滤波电路、偏置电路和放大电路。为了确定关键电阻和电容的值以及更好的分析电路,文中计算出各电路的传递函数,在计算传递函数的时候,先不考虑各调零电阻和调增益的电阻,并且认为线性集成元件为理想状态,分别如下。

2.1 隔离电路

隔离电路如图3所示。由高速光藕隔离芯片6N137实现,将实际控制芯片输出的PWM 信号转换为理想的0~5V的PWM信号,隔离的目的为了防止外围电路对单片机信号的干扰。

图3 隔离电路

2.2滤波电路

三阶滤波电路由一个二阶有源低通滤波器和一个阻容滤波器组成。如图4所示。

图4 滤波电路

主要器件是运放芯片LM358(图中U2A)和电阻R3、R6、R7、R8、R9以及电容C2、C3、C5。电路中的二阶有源低通滤波器采用的是二阶压控电压源电路,其原理是一个由线性集成元件(LM358)构成的同相比例放大器,其他无源元件都接在线性集成元件(LM358)的同相输入端,同相放大器输出电压反馈到无源网络。整个滤波电路的功能是将PWM信号的谐波过滤出去,并将理想的0~5 V PWM信号放大一倍,转换成0~10 V的模拟信号。

其传递函数如下:

式中:A f=1+R8/R7,a0=1

a1=R6C2+R3C2+R3C3(1-A f)+R9C5,

a2=R3R6C2C3+R6R9C2C5+R3R9C2C5+R3R9C3C5(1-A f)+R9C5,

a3=R3R6R9C2C3C5

本系统采用常用的二阶工程最佳参数作为设计系统的依据,选择阻尼系数ξ=1/√2,此时系统的幅频特性没有峰值出现,并且其截止频率就是它的固有频率f c=f0。实践证明,本系统在信号频率为21kHz左右时,滤波效果最佳。

在本系统中取增益A f=2。求解得到:R3=22 kΩ,R7=24 kΩ,R8=24 kΩ,R6=7.5 kΩ,R9=100Ω,C2=15 nF,C3=10 nF,C5=10 nF。

2.3 偏置电路

图5 偏置电路

偏置电路如图5所示,由运放芯片LM358(图中U2B)和电阻R11、R12、R14、R15组成,其原理是一个反相加法器,将0~10V模拟信号和基准电压源提供的-5V电压相加后,实现-5~+5V 模拟信号的输出

其传递函数如下:

所以取R15=R12=R11=10 kΩ。

2.4 放大电路

图6 放大电路

放大电路由U34和R16、R17、R18组成,其原理是一个反相比例放大器,把输入的-5~+5 V 的模拟信号放大为-10~+10 V的模拟信号。

放大电路中,要把在一级运放产生的系统相位滞后180°校正过来,并且放大2倍。所以仍采用反相比例放大器。在电路中U2、U3的关系为

所以取R16=10 kΩ,R17本来应该选择20 kΩ的电阻,但是由于在实际中反馈端还得加一个可变电阻,所以选择R17=15 kΩ。

在实际调试电路的过程中,应该循序渐进一步步的调试,首先把PWM的占空比调整到0,在理想状态下,第2部分电路和第3部分电路应该分别输出为0和-5V,但是由于运算放大器的零偏、温漂和非线性以及外界的一些因素,这两部分电路输出不可能恰好是0和-5V,所以在U2A的放大器的基础上增加一个调零电阻R19和一个调增益电阻R20,在U2B的反相加法器的基础上增加一个调零电阻R21。调节调零电阻R19,使第2部分电路输出为0V,然后调整R21使第3部分输出为-5V。增加PWM的占空比到100%分别调整增益电阻R20、R22使得第2部分电路和第4部分电路的输出均为10V。

3 结束语

设计了一种基于LM358芯片的PWM滤波实现数模转换的电路,该电路具有良好稳定性,实现了正负模拟信号的输出,为交流伺服电机速度闭环控制提供了可靠的外部模拟信号。节省了大量D/A转换器芯片,降低了电子设备的成本,减少了体积。该电路已应用于实际工程,并取得了良好的预期结果,且设计方案简单易行,性价比高,只要适当改变电路部分电阻、电容的值,就可实现对不同基频信号滤波的功能,且达到最佳效果,此外,该电路也为模拟式速度闭环控制器提供了一个很好的外部电路参考依据。

参考文献

[1]袁梅,田宏达,董韶鹏,等.基于PWM的电流输出数模转换电路[J].仪表技术与传感器,2011,7:91-93.

[2]边晓娜,刘静,赵立志.电容传感器的电路设计[J].仪表技术与传感器,2008(6):109-110.

解读高速数模转换器(DAC)的建立和保持时间

解读高速数/模转换器(DAC)的建立和保持时间Oct 10, 2007 摘要:本应用笔记定义了高速数/模转换器(DAC)的建立和保持时间,并给出了相应的图例。高速DAC的这两个参数通常定义为“正、负”值,了解它们与数据瞬态特性之间的关系是一个难点,为了解决这些难题,本文提供了一些图例。 介绍 为了达到高速数/模转换器(DAC)的最佳性能,需要严格满足数字信号的时序要求。随着时钟频率的提高,数字接口的建立和保持时间成为系统设计人员需要重点关注的参数。本应用笔记对建立和保持时间进行详尽说明,因为这些参数与Maxim的高性能数据转换方案密切相关。 定义建立和保持时间 建立时间(t S)是相对于DAC时钟跳变,数据必须达到有效的逻辑电平的时间。保持时间(t H)则定义了器件捕获/采样数据后允许数据发生变化的时间。图1给出了相对于时钟上升沿的建立和保持时间。特定器件的时钟信号有效边沿可能是上升/下降沿,或由用户选择,例如MAX5895 16位、500Msps、插值和调制双通道DAC,CMOS输入。 图1. 相对于时钟信号上升沿的建立和保持时间 采用CMOS技术设计的数字电路通常将电源摆幅的中间值作为切换点。因此,时间参考点定在信号边沿的中点。图1波形标明了器件在典型条件下的建立和保持时间。注意此时定义的这两个参数均为正值,但在建立或保持时间出现负值时将会令人迷惑不解。 MAX5891 600Msps、16位DAC为这一中间值状态提供了很好的学习实例。该器件的建立时间为-1.5ns,而保持时间为2.6ns。图2给出MAX5891的最小建立时间。注意,实际应用中,数据通常在采样时钟跳变后发生变化。图3给出了相同器件的最小保持时间。

数模模数转换实验报告

数模模数转换实验报告 一、实验目的 1、了解数模和模数转换电路的接口方法及相应程序设计方法。 2、了解数模和模数转换电路芯片的性能和工作时序。 二、实验条件 1、DOS操作系统平台 2、数模转换芯片DAC0832和模数转换器ADC0809芯片。 三、实验原理 1、数模转换: (1)微机处理的数据都是数字信号,而实际的执行电路很多都是模拟的。因此微机的处理结果又常常需要转换为模拟信号去驱动相应的执行单元,实现对被控对象的控制。这种把数字量转换为模拟量的设备称为数模转换器(DAC),简称D/A。 (2)实验中所用的数模转换芯片是DAC0832,它是由输入寄存器、DAC 寄存器和D/A 转换器组成的CMOS 器件。其特点是片内包含两个独立的8 位寄存器,因而具有二次缓冲功能,可以将被转换的数据预先存在DAC 寄存器中,同时又采集下一组数据,这就可以根据需要快速修改DAC0832 的输出。 2、模数转换: (1)在工程实时控制中,经常要把检测到的连续变化的模拟信号,如温度、压力、速度等转换为离散的数字量,才能输入计算机进行处理。实现模拟量到数字量转换的设备就是模数转换器(ADC),简称A/D。

(2)模数转换芯片的工作过程大体分为三个阶段:首先要启动模数转换过程。其次,由于转换过程需要时间,不能立即得到结果,所以需要等待一段时间。一般模数转换芯片会有一条专门的信号线表示转换是否结束。微机可以将这条信号线作为中断请求信号,用中断的方式得到转换结束的消息,也可以对这条信号线进行查询,还可以采用固定延时进行等待(因为这类芯片转换时间是固定的,事先可以知道)。最后,当判断转换已经结束的时候,微机就可以从模数转换芯片中读出转换结果。 (3)实验采用的是8 路8 位模数转换器ADC0809 芯片。ADC0809 采用逐次比较的方式进行A/D 转换,其主要原理为:将一待转换的模拟信号与一个推测信号进行比较,根据推测信号是大于还是小于输入信号来决定增大还是减少该推测信号,以便向模拟输入逼近。推测信号由D/A 转换器的输出获得,当推测信号与模拟信号相等时,向D/A 转换器输入的数字就是对应模拟信号的数字量。ADC0809 的转换时间为64 个时钟周期(时钟频率500K 时为128S)。分辨率为 8 位,转换精度为±LSB/2,单电源+5V 供电时输入模拟电压范围为04.98V。 四、实验内容 1、把DAC0832 的片选接偏移为10H 的地址,使用debug 命令来测试 DAC0832 的输出,通过设置不同的输出值,使用万用表测量Ua 和Ub 的模拟电压,检验DAC0832 的功能。选取典型(最低、最高和半量程等)的二进制值进行检验,记录测得的结果。实验结果记录如下:

滤波电容的选型与计算(详解)

电源滤波电容的选择与计算 电感的阻抗与频率成正比,电容的阻抗与频率成反比.所以,电感可以阻扼高频通过,电容可以阻扼低频通过.二者适当组合,就可过滤各种频率信号.如在整流电路中,将电容并在负载上或将电感串联在负载上,可滤去交流纹波.。电容滤波属电压滤波,是直接储存脉动电压来平滑输出电压,输出电压高,接近交流电压峰值;适用于小电流,电流越小滤波效果越好。电感滤波属电流滤波,是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流,输出电压低,低于交流电压有效值;适用于大电流,电流越大滤波效果越好。电容和电感的很多特性是恰恰相反的。一般情况下,电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号,但即使是低频信号,其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用,电解电容也分为高频电容和低频电容(这里的高频是相对而言)。 低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波,其工作频率与市电一致为50Hz;而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波,其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时,由于低频滤波电容高频特性不好,它在高频充放电时内阻较大,等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化,电容内压力升高,最终导致电容的鼓包和爆裂。 电源滤波电容的大小,平时做设计,前级用4.7u,用于滤低频,二级用0.1u,用于滤高频,4.7uF的电容作用是减小输出脉动和低频干扰,0.1uF的电容应该是减小由于负载电流瞬时变化引起的高频干扰。一般前面那个越大越好,两个电容值相差大概100倍左右。电源滤波,开关电源,要看你的ESR(电容的等效串联电阻)有多大,而高频电容的选择最好在其自谐振频率上。大电容是防止浪涌,机理就好比大水库防洪能力更强一样;小电容滤高频干扰,任何器件都可以等效成一个电阻、电感、电容的串并联电路,也就有了自谐振,只有在这个自谐振频率上,等效电阻最小,所以滤波最好! 电容的等效模型为一电感L,一电阻R和电容C的串联, 电感L为电容引线所至,电阻R代表电容的有功功率损耗,电容C. 因而可等效为串联LC回路求其谐振频率,串联谐振的条件为WL=1/WC,W=2*PI*f,从而得到此式子f=1/(2pi*LC).,串联LC回路中心频率处电抗最小表现为纯电阻,所以中心频 率处起到滤波效果.引线电感的大小因其粗细长短而不同,接地电容的电感一般是1MM为

数模混合设计实验报告

数模混合设计 实验报告 作者:竹叶听筝 时间:2012年12月05日课程题目:声光报警系统

摘要:声光报警器在实际的生活中可以见到许多,运用于生活的许多方面。声光报警电路可作为防盗装置,在有情况时它通过指示灯闪光和蜂鸣器鸣叫,同时报警。声光报警器可用在危险场所,通过声音和光信号向人们发出示警信息。 Abstract: sound and light alarm can be seen in real life many, used in many aspects of life. Sound and light alarm circuit can be used as anti-theft device, when it lights flash and buzzer tweet, alarm at the same time. Sound and light alarms can be used in hazardous locations, issued a warning to people through sound and light signals. 关键词:报警器声音光信号示警 1、设计原理 根据设定的基准报警电压。当输入电压超出报警值时发出声和光报警信号。当输入电压信号减小恢复到报警值以下时,要求有一定的回程余量才能撤销报警信号。也就是要实现电压信号的迟滞比较功能。LED灯闪烁,蜂鸣器报警。 2、方案比较 方案一:通过单片机控制进行AD采样计算,当采样电压超过,设定输入电压时,通过单片机控制LED闪烁,蜂鸣器报警,当输入电压小于设定Vh电压时,单片机撤销报警信号。此方案性能稳定,思路清晰,但性价比不高,涉及微处理器,以及软件编程,开发难度较大。 方案二:采用LM311滞回比较器,比较输入电压值,当大于设定电压时,比较器输出端为高电平,通过光电耦合器,进行传递信号,通过555定时器输出1HZ频率脉冲,是LED灯闪烁,同时蜂鸣器报警,当输入电压小于阈值电压时,LM311输入低电平,撤销报警信号。此方案采用纯硬件方法实现神声光报警,具有成本低,调试容易且通过光耦合器进行数字电路和模拟电路的隔离,同样也具有较高的稳定性。三、系统总体方案描述

滤波电容的计算方法

关于电压型变频器直流环节滤波电容的计算方法 作者:浙江大学王青松 关键词:整流电路,电压型变频器,纹波 摘要:电压型变频器直流环节并入电容对整流电路的输出进行滤波,理论上电容值越大,电压纹波越小,但是从空间和成本上考虑并不能如此。详细论述了三相输入和单相输入变频器滤波电容的计算方法,为电压型变频器不同功率的负载所需滤波电容的选择提供了理论依据。最后通过实验证明了该算法可行、可靠,不仅保证了产品的性能,更节约了成本。 0 引言 虽然利用整流电路可以将交流电变换成直流电,但是在三相电路中这种直流电压或电流含有频率为电源频率6倍的电压或电流纹波。此外,变频器逆变电路也将因输出和载波频率等原因而产生纹波电压或电流,并反过来影响直流电压或电流的品质。因此,为了保证逆变电路和控制电路能够得到高质量的直流电压或电流,必须对直流电压或电流进行滤波,以减少电压或电流的脉动。 直流环节是指插在直流电源和逆变电路之间的滤波电路,其结构的差异将对变换器的性能产生不同的影响:凡是采用电感式结构,其输入电流纹波较小,类似电流源性质;凡是采用电容式结构,其输入端电压纹波较小,类似电压源性质。 对电压型变频器米说,整流电路的输出为直流电压,直流中间电路则通过大电解电容对该电压进行滤波;而对于电流型变频器米说,整流电路的输出为直流电流,中间电路则通过大电感对该电流进行滤波。 l 三相变频器直流中间电路电解电容的计算 1.1 变频器及直流中间电路结构框图 变频器及直流中间电路结构图如图1所示。

1.2 三相输入及整流后的电压波形 三相输入线电压220V及整流后的电压波形如图2所示。 图2中,Ua、Ub、Uc是三相三线制的三相输入相电压;uc是电容电压,ur是整流之后未加电容时的电压。 1.3 分析过程 1.3.l 整流后电压的计算 对于三相三线制输入线电压为220V系列变频器(以下简称220V系列)来说U=220V;对于440V系列,U=440V。

微机原理及其应用报告数模转换器DAC0832双缓冲输出设计

本科生实验报告 实验名称:数模转换器DAC0832双缓冲输出设计 一、实验目的 1)了解DAC0832芯片引脚、内部结构及工作原理; 2)掌握应用单片机I/O 端口控制DAC0832实现数模转换的方法; 3)掌握DAC0832单缓冲和双缓冲控制技术及编程设计方法; 二、实验原理 DAC0832是8位分辨率的数模转换集成芯片,内部采用倒T 形网络,电流型 输出模式,电流输出稳定时间为1us ,采用单电源供电。 片内部由一个8位输入锁存器、一个8位DAC 寄存器和一个8位D/A 转换器构成,内部具有双缓冲结构,可以实现单缓冲、双缓冲数字输入。 双缓冲同步控制方式 : 针对多个模拟量需要同时输出的控制系统,可以采用双缓冲同步控制方式。D/A 转换数据的输入锁存和D/A 转换输出分两步完成。首先,CPU 分时向各路D/A 转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的输入锁存器中,然后,CPU 同时对所有D/A 转换器发出输入所存数据打入DAC 寄存器的控制信号,即可实现 VREF IOUT2 IOUT1 DGND VCC AGND RFB

多通道的同步模拟量数据输出。 应用双缓冲方式,可以在输出模拟信号的同时采集下一个数字量,有效地提高转换速度。另外,可以在多个D/A转换器同时工作时,利用双缓冲模式实现多路D/A的同步输出。 三、实验内容 通过单片机I/O端口控制两路DAC0832实现数模转换,控制方式采用双缓冲控制方式。 1.阅读理解双缓冲控制电路图,分析双缓冲模式下DAC0832与单片机接口电路的设计及两次DA转换实验在控制电路上的异同。 2.设计程序,实现双缓冲模式下DA转换的同步输出。 首先,CPU分时向各路D/A转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的输入锁存器中,然后,通过按键控制,同时对两个DAC0832锁存数据进行数模转换,同步产生三角波、正弦波模拟输出信号。 四、实验过程 1,实验原理图 2,实验源程序 #include sbit DAC1_WR1=P2^0; sbit DAC2_WR1=P2^1; sbit DAC_SW1=P2^2; sbit DAC_SW2=P2^3;

一些经典的滤波电路

有源滤波电路 滤波器的用途 滤波器是一种能使有用信号通过,滤除信号中无用频率,即抑制无用信号的电子装置。 例如,有一个较低频率的信号,其中包含一些较高频率成分的干扰。

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低通滤波器的主要技术指标 (1)通带增益A v p 通带增益是指滤波器在通频带内的电压放大倍数,性能良好的LPF通带内的幅频特性曲线是平坦的,阻带内的电压放大倍数基本为零。(2)通带截止频率f p 其定义与放大电路的上限截止频率相同。通带与阻带之间称为过渡带,过渡带越窄,说明滤波器的选择性越好。

一阶有源滤波器 电路特点是电路简单,阻 带衰减太慢,选择性较差。 1 01R R A A f VF + == ) (11)(s V SRC s V i P ?? +=∴SRC A s V s V s A VF +==11 )()()(0S A =02.传递函数 当 f = 0时,电容视为开路,通带内的增益为1.通带增益

3. 幅频响应 一阶LPF 的幅频特性曲线 ) (1)()()(0 0n i j A j V j V j A ωωωωω+= =n i S A s V s V s A ω+= =1)()()(0 02 0) (1) () ()(n i A j V j V j A ωωωωω+= =

简单二阶低通有源滤波器 为了使输出电压在高频段以更快的速率下降,以改善滤波效果,再加一节RC低通滤波环节,称为二阶有源滤波电路。它比一阶低通滤波器的滤波效果更好。 二阶LPF二阶LPF的幅频特性曲线

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设计实验2:多功能函数信号发生器 一、摘要 任意波形发生器是不断发展的数字信号处理技术和大规模集成电路工艺孕育出来的一种新型测量仪器,能够满足人们对各种复杂信号或特殊信号的需求,代表了信号源的发展方向。可编程门阵列(FPGA)具有高集成度、高速度、可重构等特性。使用FPGA来开发数字电路,可以大大缩短设计时间,减小印制电路板的面积,提高系统的可靠性和灵活性。 此次实验我们采用DE0-CV开发板,实现函数信号发生器,根据按键选择生产正弦波信号、方波信号、三角信号。频率范围为10KHz~300KHz,频率稳定度≤10-4,频率最小不进10kHz。提供DAC0832,LM358。 二、正文 1.方案论证 基于实验要求,我们选择了老师提供的数模转换芯片DAC0832,运算放大器LM358以及DE0-CV开发板来实现函数信号发生器。 DAC0832是基于先进CMOS/Si-Cr技术的八位乘法数模转换器,它被设计用来与8080,8048,8085,Z80和其他的主流的微处理器进行直接交互。一个沉积硅铬R-2R 电阻梯形网络将参考电流进行分流同时为这个电路提供一个非常完美的温度期望的跟踪特性(0.05%的全温度范围过温最大线性误差)。该电路使用互补金属氧化物半导体电

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昆明理工大学(MultiSim)实验报告 实验名称:模拟电路和数字电路 实验时间:2014 年9 月11 日 专业:指导教师: 姓名: 学号:成绩:教师签名: 一、实验目的: 了解ADC和DAC的作用,连接方法等。学会让信号实现可视化,把可视化的信号转换为模拟信号。 二、实验内容: 模数转换

数模转换 数模模数转换

电压检测 三、实验步骤: 1.连接电路 2.调试电路 3.调节滑动变阻器,观察信号不同的变化。 出师表 两汉:诸葛亮 先帝创业未半而中道崩殂,今天下三分,益州疲弊,此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内,忠志之士忘身于外者,盖追先帝之殊遇,欲报之于陛下也。诚宜开张圣听,以光先帝遗德,恢弘志士之气,不宜妄自菲薄,引喻失义,以塞忠谏之路也。 宫中府中,俱为一体;陟罚臧否,不宜异同。若有作奸犯科及为忠善者,宜付有司论其刑赏,以昭陛下平明之理;不宜偏私,使内外异法也。 侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等,此皆良实,志虑忠纯,是以先帝简拔以遗陛下:愚以为宫中之事,事无大小,悉以咨之,然后施行,必能裨补阙漏,有所广益。 将军向宠,性行淑均,晓畅军事,试用于昔日,先帝称之曰“能”,是以众议举宠为督:愚以为营中之事,悉以咨之,必能使行阵和睦,优劣得所。 亲贤臣,远小人,此先汉所以兴隆也;亲小人,远贤臣,此后汉所以倾颓也。先帝在时,每与臣论此事,未尝不叹息痛恨于桓、灵也。侍中、尚书、长史、参军,此悉贞良死节之臣,愿陛下亲之、信之,则汉室之隆,可计日而待也。 臣本布衣,躬耕于南阳,苟全性命于乱世,不求闻达于诸侯。先帝不以臣卑鄙,猥自枉屈,三顾臣于草庐之中,咨臣以当世之事,由是感激,遂许先帝以驱驰。后值倾覆,受任于败军之际,奉命于危难之间,尔来二十有一年矣。

简单滤波电路计算公式

介绍几个简单而有用的滤波电路---如何应用及计算公式 2009-09-16 17:24:32| 分类:老师傅盖电子 | 标签: |字号大 中 小订阅 基本型的音频RC滤波电路 最常用的滤波电路应该是很基本的RC滤波,不管是高通型或是低通型,公式都是一样的如下所示: Freq-6dB = 1 / 2πRC 但是在应用上,却很少去考虑这个公式是可以活用的。在整个电路上,当然会有很多的RC 组合,如果每个都套用这个公式,那最后的频率响应不就是衰减了几十dB去了。如果全部都让它所有音频通过,只留下一个RC滤波来控制频率响应,那么区除杂讯的效果就变差了。 举例说,如果有三组低通滤波电路,我们需要设计在 -6dB为20 KHz。每一组在20 KHz的频率点,只能有2dB的衰减量。那么公式就要修正为 Freq-2dB = (1 / 2πRC) * 1.6 也就是电阻或电容的数值,必须减少1.6倍。(6dB – 2dB = 4dB = 1.6) 高衰减度的音频陷波器 再来要介绍很有名的双T型滤波电路,能够针对特定的音频频率点产生很高的衰减度,用来做简易的音频失真仪更是好用,因为失真仪是很昂贵又很容易损坏的仪器。只要在交流微伏表的输入端,加装可切换的双T型滤波电路,就可以当音频失真仪使用。例如未经双T型滤波电路的电表读数为0 dBm, 但是经过双T型滤波电路后为 -40 dBm, 则失真率为 1 %。(因为相差40 dB为100倍) 陷波器的频率点为:Freq-trap = 1 / 2πRC 数值设定为:R1 = R2 = R, C1 = C2 = C, C3 = 2C, R3 = R/2 理论上如果RC数值搭配准确时,可达到60 dB的衰减度。但是如此Q值太高,会使滤波的有效频宽太窄,容易产生频率偏差。一般建议故意将数值偏差,使Q值降低到40-46 dB的衰减

串行数模转换器TLC5615引脚,特点,功能及应用电路

串行数模转换器TLC5615引脚,特点,功能及应用电路 1 TLC5615串行数模转换器简介 TLC5615为美国德州仪器公司1999年推出的产品,是具有串行接口的数模转换器,其输出为电压型,最大输出电压是基准电压值的两倍。带有上电复位功能,即把DAC寄存器复位至全零。TLC5615性能价格比高,目前在国内市场很方便购买。 1.1 TLC5615的特点 (1)10位CMOS电压输出; (2)5V单电源供电; (3)与CPU三线串行接口; (4)最大输出电压可达基准电压的二倍; (5)输出电压具有和基准电压相同极性; (6)建立时间12 5μs; (7)内部上电复位; (8)低功耗,最大仅1 75mW。 1.2 TLC5615引脚说明 TLC5615有小型和塑料DIP封装,DIP封装的TLC5615芯片引脚排列如图1所示。 图1TLC5615引脚排列图 引脚功能说明如下: ——脚1DIN:串行数据输入端; ——脚2SCLK:串行时钟输入端; ——脚3CS:芯片选用通端,低电平有效;

——脚4DOUT:用于级联时的串行数据输出端; ——脚5AGND:模拟地; ——脚6REFIN:基准电压输入端; 1.3 TLC5615的时序分析 TLC5615的时序如图2所示。 图2TLC5615的时序图 由时序图可以看出,当片选CS为低电平时,输入数据DIN由时钟SCLK同步输入或输出,而且最高有效位在前,低有效位在后。输入时SCLK的上升沿把串行输入数据DIN移入内部的16位移位寄存器,SCLK的下降沿输出串行数据DOUT,片选CS的上升沿把数据传送至DAC寄存器。 当片选CS为高电平时,串行输入数据DIN不能由时钟同步送入移位寄存器;输出数据DOUT 保持最近的数值不变而不进入高阻状态。由此要想串行输入数据和输出数据必须满足两个条件:第一时钟SCLK的有效跳变;第二片选CS为低电平。这里,为了使时钟的内部馈通最小,当片选CS为高电平时,输入时钟SCLK应当为低电平。 串行数模转换器TLC5615的使用有两种方式,即级联方式和非级联方式。如不使用级联方式,DIN只需输入12位数据。DIN输入的12位数据中,前10位为TLC5615输入的D/A 转换数据,且输入时高位在前,低位在后,后两位必须写入数值为零的低于LSB的位,因为TLC5615的DAC输入锁存器为12位宽。如果使用TL5615的级联功能,来自DOUT的数据需要输入16位时钟下降沿,因此完成一次数据输入需要16个时钟周期,输入的数据也应为16位。输入的数据中,前4位为高虚拟位,中间10位为D/A转换数据,最后2位为低于LSB的位即零。 2 TLC5615应用电路实例 图3给出了在开关电源中,TLC5615和AT89C51单片机的接口电路。在电路中,AT89C51单片机的P3.0-P3.2分别控制TLC5615的片选CS,串行时钟输入SCLK和串行数据输入DIN。电路的连接采用非级联方式。根据开关电源的设计要求,可变基准电压范围为0V~4V。因此,TLC5615的基准电压选为2.048V,其最大模拟输出电压为4.096V。可满足开关电源的要求。

单片机AD模数转换实验报告

一、实验目的和要求 1、掌握单片机与ADC0809的接口设计方法。 2、掌握Proteus软件与Keil软件的使用方法。 二、设计要求。 1、用Proteus软件画出电路原理图,在单片机的外部扩展片外三总线,并通过片外三总线与0809接口。 2、在0809的某一模拟量输入通道上接外部模拟量。 3、在单片机的外部扩展数码管显示器。 4、分别采用延时和查询的方法编写A/D转换程序。 5、启动A/D转换,将输入模拟量的转换结果在显示器上显示。 三、电路原理图。 图1、电路仿真图

四、实验程序流程框图和程序清单。 1、 查询法: ORG 0000H START: LJMP MAIN ORG 0100H MAIN: MOV SP, #2FH NT: MOV DPTR, #0FF78H MOVX @DPTR, A LOOP: JB P3.3, LOOP MOVX A, @DPTR MOV B, #51 DIV AB MOV R0, A MOV A, B MOV B, #5 DIV AB MOV R1, A MOV R2, B LCALL DIR SJMP NT DIR: MOV R7, #0 SJMP LOOP1 BH: MOV A, R1 MOV R2, A LOOP1: MOV DPTR, #WK MOV A, R7 MOVC A, @A+DPTR MOV P2, A MOV DPTR, #DK MOV A, R2 MOVC A, @A+DPTR MOV P1, A LCALL DELAY INC R7 CJNE R7, #2, BH MOV DPTR, #WK MOV A, R7 MOVC A, @A+DPTR MOV P2, A MOV DPTR, #DK MOV A, R0 MOVC A, @A+DPTR ANL A, #7FH MOV P1, A LCALL DELAY RET DELAY: MOV R5, #01H DL1: MOV R4, #8EH DL0: MOV R3, #02H DJNZ R3, $ DJNZ R4, DL0 DJNZ R5, DL1 RET WK: DB 10H DB 20H DB 40H DK: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H display 送百分位字符代码送位选信号延时1ms 送十分位字符代码送位选信号延时1ms 送个位及小数点字符代码 送位选信号延时1ms 熄灭第四位数码管 延时1ms 返回

数模及模数转换电路设计问答

ADC/DAC设计经典问答 (上) 1. 什么是小信号带宽(SSBW)? 小信号带宽(Small Signal Bandwidth (SSBW))是指在指定的幅值输入信号及特定的频率下,它的输出幅值比低频时的输出幅值下降指定值时,该特定频率为小信号带宽。 2. 什么是共模电压(VCM)? 共模电压(Common Mode Voltage (VCM ))是差动输入的两个引脚上相同的直流输入电压。 3. 什么是MSB(最高有效位)? MSB(最高有效位(Most Significant Bit)),是具有最大的值或权重的位。它的值是满量程的一半。 4. 什么是采样(孔径)延时? 采样(孔径)延时(Sampling (Aperture) Delay)是时钟输入的后边缘到采样开关打开所需的时间。采样/保持电路有效地停止输入信号捕获,并进入“保持”模式,确定时钟延时后的采样。 5. 什么是满量程(FS)输入范围? 满量程输入范围(Full Scale Input Range),是指模数转换器上数字化的输入电压的输入范围,既不低于这个范围也不超过这个范围。比如V REF + = 3.5V 和VREF - = 1.5V, FS = (VREF + )-(VREF - ) = 2.0V。 6. 什么是时钟占空比? 时钟占空比(Clock Duty Cycle)是时钟波形高电平时间和一个时钟周期总时间的比值。 7. 什么是位的有效数(ENOB ,或有效位)? 位的有效数(ENOB ,或有效位)(Effective Number of Bits (ENOB, 或Effective Bits))是信噪比和失真的比率,或SINAD的另一种表达方法。ENOB定义为(SINAD -1.76)/ 6.02,这个位数(ENOB)表示转换器是与理想的模数转换器等效。 8. 什么是增益误差? 增益误差是在第一个代码和最后一个代码发生转换时,实际输人电压与理想输人电压之差。即,这个差值是:满量程- 2 LSB。 9. 许多模数转换器在数据手册中提供的应用,在Va, Vd 和Vref引脚上出现了三个电容。这三个电容器都是必须的吗?

经验整流电路简单的计算公式

整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高,反向漏电流小,高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造。这种器件的结面积较大,能通过较大电流(可达上千安),但工作频率不高,一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频整流电路。 整流电路分类: 单向、三相与多项整流电路; 还可分为半波、全波、桥式整流电路; 又可分为可控与不可控;当全部或部分整流元件为可控硅(晶闸管)时称可控整流电路 (一)不可控整流电路 1、单向二极管半波整流电路 半波整说是以"牺牲"一半交流为代价而换取整流效果的,电流利用率很低;因此常用在高电压、小电流的场合,而在一般无线电装置中很少采用。 输出直流电压U=0.45U2 流过二极管平均电流I=U/RL=0.45U2/RL 二极管截止承受的最大反向电压是Um反=1.4U2 2、单向二极管全波整流电路 因此称为全波整流,全波整流不仅利用了正半周,而且还巧妙地利用了负半周,从而大大地提高了整流效率(Usc=0.9e2,比半波整流时大一倍) 另外,这种电路中,每只整流二极管承受的最大反向电压,是变压器次级电压最大值的两倍,因此需用能承受较高电压的二极管。 输出直流电压U=0.9U2

流过二极管平均电流只是负载平均电流的一半,即流过负载的电流I=0.9U2/RL流过二极管电流I=0.45U2/RL 二极管截止时承受2.8U2的反向电压 因此选择二极管参数的依据与半波整流电路相比有所不同,由于交流正负两个半周均有电流流过负载,因此变压器的利用率比半波整流高。 二极管全波整流的另一种形式即桥式整流电路,是目前小功率整 流电路最常用的整流电路。 3、二极管全波整流的结论都适用于桥式整流电路,不同点仅是每个二 极管承受的反向电压比全波整流小了一半。 桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值,比全波整洗电路小一半! U=0.9U2 流过负载电流I=0.9U2/RL 流过二极管电流I=0.45U2/RL 二极管截止承受反向电压U=1.4U2 另外,在高电压或大电流的情况下,如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件,可以把二极管串联或并联起来使用。 图5-7 示出了二极管并联的情况:两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半,三只二极管并联,每只分担电路总电流的三分之一。总之,有几只二极管并联,"流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是,在实际并联运用时",由于各二极管特性不完全一致,不能均分所通过的电流,会使有的管子困负担过重而烧毁。因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器,使各并联二极管流过的电流接近一致。这种均流电阻R 一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。电流越大,R应选得越小。

数模转换器和模数转换器实验报告

实验报告 课程名称微机原理与接口技术 实验项目实验五 数/模转换器和模/数转换器实验实验仪器 TPC-USB通用微机接口实验系统 系别计算机系 专业网络工程 班级/学号 学生 _ 实验日期 成绩_______________________ 指导教师王欣

实验五数/模转换器和模/数转换器实验 一、实验目的 1. 了解数/模转换器的基本原理,掌握DAC0832芯片的使用方法。 2. 了解模/数转换器的基本原理,掌握ADC0809的使用方法。 二.实验设备 1.PC微机系统一套 2.TPC-USB通用微机接口实验系统一套 三.实验要求 1.实验前要作好充分准备,包括程序框图、源程序清单、调试步骤、测试方法、对运行结果的分析等。 2.熟悉与实验有关的系统软件(如编辑程序、汇编程序、连接程序和调试程序等)使用方法。在程序调试过程中,有意识地了解并掌握TPC-USB通用微机接口实验系统的软硬件环境及使用,掌握程序的调试及运行的方法技巧。 3.实验前仔细阅读理解教材相关章节的相关容,实验时必须携带教材及实验讲义。 四.实验容及步骤 (一)数/模转换器实验 1.实验电路原理如图1,DAC0832采用单缓冲方式,具有单双极性输入端(图中的Ua、Ub),编程产生以下锯齿波(从Ua和Ub输出,用示波器观察) 图1 实验连接参考电路图之一 编程提示: 1. 8位D/A转换器DAC0832的口地址为290H,输入数据与输出电压的关系为:

(UREF表示参考电压,N表示数数据),这里的参考电压为PC机的+5V电源。 2. 产生锯齿波只须将输出到DAC0832的数据由0循环递增。 3. 参考流程图(见图2): 图2 实验参考流程图之一 (二)模/数转换器 1. 实验电路原理图如图3。将实验(一)的DAC的输出Ua,送入ADC0809通道1(IN1)。 图3 实验连接参考电路图之二 2. 编程采集IN1输入的电压,在屏幕上显示出转换后的数据(用16进制数)。编程提示: 1. ADC0809的IN0口地址为298H,IN1口地址为299H。 2. IN0单极性输入电压与转换后数字的关系为:

数模混合IC设计流程

数模混合IC设计流程 1.数模混合IC设计 近十年来,随着深亚微米及纳米技术的发展,促使芯片设计与制造由分离IC、ASIC 向SoC转变,现在SoC芯片也由数字SoC全面转向混合SoC,成为真正意义上的系统级芯片。如今人们可以在一块芯片上集成数亿只晶体管和多种类型的电路结构。此时芯片的制造工艺已经超越了传统制造理论的界限,对电路的物理实现具有不可忽略的影响。因此,片上系统所依赖的半导体物理实现方式,面临着多样化和复杂化的趋势,设计周期也越来越长。目前越来越多的设计正向混合信号发展。最近,IBS Corp做过的一个研究预测,到2006年,所有的集成电路设计中,有73%将为混合信号设计。目前混合信号技术正是EDA业内最为热门的话题。设计师在最近才开始注意到混合信号设计并严肃对待,在他们意识到这一领域成为热点之前,EDA公司已经先行多年。EDA业内领头的三大供应商Mentor Graphics、Synopsys和Cadence在几年前即开始合并或研发模拟和混合信号工具和技术。其中Mentor Graphics是第一个意识到这一点,并投入力量发展混合信号技术的EDA供应商。 我们先分析数模混合IC设计的 流程,简单概括如图: 首先要对整个IC芯片进行理论 上的设计。对于模拟部分,可以直接 在原理图的输入工具中进行线路设 计;而对于数字部分,主要通过各种 硬件描述语言来进行设计,比如通用 的VHDL及Verilog,数字部分的设 计也可以直接输入到原理图工具中。 当完成原理图的设计时,必须对设计 及时的进行验证。如果原理设计没有 问题,就说明设计是可行的,但这还 停留在理论的阶段,接下来必须将它 转换为实际的产品。这时需要用版图 工具将电路设计实现出来,对于模拟 电路部分,可以使用定制版图工具; 对于数字电路部分,也可以采用P&R (自动布局布线)工具实现。在完成 整个电路各个模块的版图后,再将它 们拼装成最终的版图。这时的版图并 不能最终代表前面所验证过的设计, 必须对它进行验证。首先版图要符合 流片工艺的要求,这时要对版图做DRC(Design Rule Check)检查;而版图的逻辑关系是不是代表原理图中所设计的,同样要进行LVS(Layout Versus Schematic)检查;最后,由于在实现版图的过程中引入了许多寄生效应,这些寄生的电阻电容有可能对我们的设计产生致

数模转换方法和电路与设计方案

本技术公开了一种数模转换方法和电路,所述方法包括如下步骤:对通过输入接口的串行数据进行解码,获得并行解码数据;基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给数模DA转换芯片;对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出。本技术方法实现了在现有传统红外光谱测试设备基础上对数字化输出进行转换,变为传统的输出形式,从而实现利用现有设备来进行测试,取得了积极的技术效果。 权利要求书 1.一种数模转换方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤: 对通过输入接口的串行数据进行解码,获得并行解码数据; 基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给数模DA转换芯片; 对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出。 2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述并行解码数据,包括:标准并行数据和时钟信号。 3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给DA转换芯片,包括: 在帧率低于给定阈值的情况下,基于FPGA程序将所有所述标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片; 在帧率高于给定阈值的情况下,基于FPGA程序选取指定位数的标准并行数据进行转换后输出给DA转换芯片。 4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,所述基于FPGA程序将所述并行解码数据进行转换后输出给DA转换芯片,还包括: 将FPGA降频至所述DA转换芯片可转换的时钟范围,并将帧起始信号、行起始信号和所述时钟信号经过隔离后进行信号输出。 5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述对所述DA转换芯片输出的数据信号调整后进行模拟输出,包括: 通过运放电路对所述DA转换芯片输出的数据信号进行输出范围调节和驱动增强后进行模拟输出。 6.一种数模转换电路,其特征在于,所述电路包括: 图像解码电路,用于对通过输入接口的串行数据进行解码,获得并行解码数据;

单片机AD模数转换实验报告

单片机AD模数转换实验报告

一、实验目的和要求 1、掌握单片机与ADC0809的接口设计方法。 2、掌握Proteus软件与Keil软件的使用方法。 二、设计要求。 1、用Proteus软件画出电路原理图,在单片机的外部扩展片外三总线,并通过片外三总线与0809接口。 2、在0809的某一模拟量输入通道上接外部模拟量。 3、在单片机的外部扩展数码管显示器。 4、分别采用延时和查询的方法编写A/D 转换程序。 5、启动A/D转换,将输入模拟量的转换

结果在显示器上显示。 三、电路原理图。 图1、电路仿真图 四、实验程序流程框图和程序清单。 1、查询法: ORG 0000H START: LJMP MAIN ORG 0100H

MAIN: MOV SP, #2FH NT: MOV DPTR, #0FF78H MOVX @DPTR, A LOOP: JB P3.3, LOOP MOVX A, @DPTR MOV B, #51 DIV AB MOV R0, A MOV A, B MOV B, #5 DIV AB MOV R1, A MOV R2, B LCALL DIR SJMP NT DIR: MOV R7, #0 SJMP LOOP1 BH: MOV A, R1 MOV R2, A LOOP1: MOV DPTR, #WK MOV A, R7 MOVC A, @A+DPTR MOV P2, A MOV DPTR, #DK MOV A, R2 MOVC A, @A+DPTR MOV P1, A LCALL DELAY INC R7 CJNE R7, #2, BH MOV DPTR, #WK MOV A, R7 MOVC A, @A+DPTR MOV P2, A MOV DPTR, #DK MOV A, R0 MOVC A, @A+DPTR ANL A, #7FH MOV P1, A LCALL DELAY RET DELAY: M OV R5, #01H DL1: MOV R4, #8EH DL0: MOV R3, #02H DJNZ R3, $ DJNZ R4, DL0 DJNZ R5, DL1 RET WK: DB 10H DB 20H DB 40H DK: DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H END display 送百分位字符代码送位选信号延时1ms 送十分位字符代码送位选信号延时1ms 送个位及小数点字符代码送位选信号延时1ms 熄灭第四位数码管延时1ms 返回

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