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文檔簡介
電子系統(tǒng)設計復習第一章1、電子系統(tǒng)的定義: 電子系統(tǒng)是指由電子元器件或部件組成的能夠產(chǎn)生、傳輸或處理電信號及信息的客觀實體。2、電子系統(tǒng)結(jié)構層次:系統(tǒng)級、子系統(tǒng)級、部件級、元件級
3、電子系統(tǒng)設計的基本原則(1)、滿足系統(tǒng)功能和性能指標要求。(2)、電路簡單。經(jīng)濟性和可靠性好。可利用集成化技術實現(xiàn)。(3)、電磁兼容性(EMC)好。 EMC(ElectroMagneticCompatibility)是"電磁兼容性"。意指設備所產(chǎn)生的電磁能量既不對其它設備產(chǎn)生干擾,也不受其他設備的電磁能量干擾的能力。(4)、可靠性高。與系統(tǒng)實際用途及使用環(huán)境有關。(5)、系統(tǒng)集成度高。 集成度高的系統(tǒng)具有電磁兼容性好、可靠性高、制造工藝簡單、質(zhì)量容易控制、性價比高等優(yōu)點。(6)、調(diào)試簡單方便。(7)、生產(chǎn)工藝簡單。(8)、操作簡便。(9)、性價比高。第二章、傳感器1、傳感器的定義和組成 傳感器:指能感受被測非電量(如物理量、化學量、生物量等)并能按一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成便于處理與傳輸?shù)碾娏浚ㄒ灿猩贁?shù)為其它物理量)的器件或裝置。 傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件組成,近代傳感器還包含有測量電路和輔助電源。敏感元件轉(zhuǎn)換元件測量電路輔助電源非電量電量2、傳感器的分類(1)、按被測物理量分 溫度傳感器、濕度傳感器、光傳感器、壓力傳感器、位移量傳感器、流量傳感器、液位傳感器、力傳感器、加速度傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器等。(2)、按傳感器工作原理分電學式傳感器:有電阻式、電容式、電感式、磁電式及電渦流式等。磁學式傳感器:利用鐵磁物質(zhì)的一些物理效應制成,主要用于位移、轉(zhuǎn)矩等參數(shù)測量。光電式傳感器:利用光電器件的光電效應和光學原理制成,主要用于光強、光通量、位移、濃度等參數(shù)的測量。
此處還有電勢傳感器、電荷傳感器、半導體傳感器、諧振式傳感器、電化學式傳感器、生物傳感器。3、傳感器的參數(shù)(1)靜態(tài)參數(shù)。精確度:表示測量結(jié)果與被測量的真值之間的一致程度。兩者之差為絕對誤差,絕對誤差與被測量真值之比為相對誤差。精確度常用等級表示:如0.5級、1.0級表示精確度分別為0.5%和1%。靈敏度與穩(wěn)定度:靈敏度表示傳感器的輸出變化量△Y與引起此變化的輸入變化量△X之比。穩(wěn)定度指在規(guī)定條件下,傳感器保持其特性恒定不變的能力,通常是對時間而言。分辨率:指傳感器的指示裝置對相鄰兩個值有效辨別的能力,即最小檢測量。滯后:由于外加輸入量的方向(正行程和反行程)不同,傳感器對同樣的輸入值給出不同的輸出值,不同輸出值之差的絕對值為回程誤差(回差或時滯誤差)零值誤差:表示當輸入為零時,傳感器輸出偏離零位的值。(2)動態(tài)參數(shù)。 時間常數(shù)、上升時間、穩(wěn)定時間、過沖量、頻帶寬度等。6、光敏電阻器的主要參數(shù) 1)亮電阻(kΩ):指光敏電阻器受到光照射時的電阻值 (一般為1~100K)
。
2)暗電阻(MΩ):指光敏電阻器在無光照射(黑暗環(huán)境)時的電阻值(一般為1~100M)
。
3)最高工作電壓(V):指光敏電阻器在額定功率下所允許承受的最高電壓
4)亮電流:指光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下受到光照射時所通過的電流。
5)暗電流(mA):指在無光照射時,光敏電阻器在規(guī)定的外加電壓下通過的電流。
6)時間常數(shù)(s):指光敏電阻器從光照躍變開始到穩(wěn)定亮電流的63%時所需的時間。
7)電阻溫度系數(shù):指光敏電阻器在環(huán)境溫度改變1℃時,其電阻值的相對變化。
8)靈敏度:指光敏電阻器在有光照射和無光照射時電阻值的相對變化。7、光敏二極管 原理:PN結(jié)施加反向電壓時,在光線照射下反向電阻由大變小。 當無光線照射時,反向電流很小,即暗電流很?。划斢泄饩€照射時,在光線的激發(fā)下,光敏二極管內(nèi)產(chǎn)生大量的“光生載流子”,反向電流增大,即光電流增大。 對光線反應有選擇性,在特定的光譜范圍內(nèi)才產(chǎn)生光電反應。在特定范圍內(nèi),對某一波長的光波又有最佳響應,這一波長為峰值波長。不同材料與工藝的光敏二極管,峰值波長不相同。8、光敏三極管 光敏三極管具有兩個PN結(jié),其基本原理與光敏二極管相同。由于它把光照后產(chǎn)生的電信號又進行了放大,因此具有更高的靈敏度。正常工作時需加一定的反向電壓,這樣才能得到較大的光電流與暗電流之比。 分為鍺管與硅管兩種,鍺管的靈敏度比硅管高但暗電流較大。 應用時光線盡量與元件芯片垂直,以取得最高靈敏度。9、光耦合器 光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。 光電耦合器在傳輸信號的同時能有效地抑制尖脈沖和各種噪聲干擾,使通道上的信號噪聲比大為提高,主要有以下幾方面的原因:(a)光電耦合器的輸入阻抗很小,只有幾百歐姆,而干擾源的阻抗較大。據(jù)分壓原理,即使干擾電壓的幅度較大,但饋送到光電耦合器輸入端的噪聲電壓會很小,只能形成很微弱的電流,由于沒有足夠的能量而不能使二極管發(fā)光,從而被抑制掉了。(b)光電耦合器的輸入回路與輸出回路之間沒有電氣聯(lián)系,也沒有共地;之間的分布電容極小,而絕緣電阻又很大,因此回路一邊的各種干擾噪聲都很難通過光電耦合器饋送到另一邊去,避免了共阻抗耦合的干擾信號的產(chǎn)生。(c)光電耦合器可起到很好的安全保障作用,即使當外部設備出現(xiàn)故障,甚至輸入信號線短接時,也不會損壞儀表。因為光耦合器件的輸入回路和輸出回路之間可以承受幾千伏的高壓。(d)光電耦合器的響應速度極快,其響應延遲時間只有10μs左右,適于對響應速度要求很高的場合。
3)并行比較型/串并行比較型(如TLC5510)并行比較型AD采用多個比較器,僅作一次比較而實行轉(zhuǎn)換,又稱閃爍轉(zhuǎn)換器。由于轉(zhuǎn)換速率極高,n位的轉(zhuǎn)換需要2n-1個比較器,因此電路規(guī)模也極大,價格也高,只適用于視頻AD轉(zhuǎn)換器等速度特別高的領域。串并行比較型AD結(jié)構上介于并行型和逐次比較型之間,最典型的是由2個n/2位的并行型AD轉(zhuǎn)換器配合DA轉(zhuǎn)換器組成,用兩次比較實行轉(zhuǎn)換。還有分成三步或多步實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換的叫做分級型AD,而從轉(zhuǎn)換時序角度又可稱為流水線(Pipelined)型AD,現(xiàn)代的分級型AD中還加入了對多次轉(zhuǎn)換結(jié)果作數(shù)字運算而修正特性等功能。這類AD速度比逐次比較型高,電路規(guī)模比并行型小。2、A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術指標1)分辯率(Resolution)指數(shù)字量變化一個最小量時模擬信號的變化量。分辨率又稱精度,通常以數(shù)字量的位數(shù)來表示。2)轉(zhuǎn)換速率(ConversionRate)是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的AD轉(zhuǎn)換所需的時間的倒數(shù)。積分型AD的轉(zhuǎn)換時間是毫秒級屬低速AD,逐次比較型AD是微秒級屬中速AD,全并行/串并行型AD可達到納秒級。采樣時間則是另外一個概念,是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成,采樣速率(SampleRate)必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。3)量化誤差(QuantizingError)由于AD的有限分辨率而引起的誤差,即有限分辨率AD的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辯率AD(理想AD)的轉(zhuǎn)移特性曲線(直線)之間的最大偏差。通常是1個或半個最小數(shù)字量的模擬變化量,表示為1LSB、1/2LSB。4)偏移誤差(OffsetError)輸入信號為零時輸出信號不為零的值,可外接電位器調(diào)至最小。5)滿刻度誤差(FullScaleError)滿度輸出時對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。6)線性度(Linearity)實際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移,不包括以上三種誤差。3、ADC0809與MCS-51的接口 ADC0809內(nèi)部結(jié)構圖與外觀ADC0809與8031的接口電路(查詢與中斷方式)中斷方式連接(查詢方式可?。〥/QCKQD觸發(fā)器構成2分頻電路:MCS-51外部RAM數(shù)據(jù)讀?。▽懀┲噶顣r序ALE:地址鎖存控制信號PSEN:外部程序存儲器讀選通信號RD(WD):外部RAM讀(寫)選通信號P2:高8位地址輸出端口P0:低8位地址輸出,數(shù)據(jù)輸入端口1個狀態(tài)即1個時鐘周期外部ROM取指令外部RAM讀(寫)送出16位地址(DPTR中)通過P0口進行外部RAM讀(寫)操作MOVX@DPTR,A寫指令
MOVXA,@DPTR讀指令ADC0809與MCS-51的接口程序設計:A)查詢方式
MOV DPTR,#0FEF8H P2.0=‘0’,IN0通道 MOV A,#00H MOVX @DPTR,A 啟動轉(zhuǎn)換 MOV R2,#20HDLY: DJNZ R2,DLY 延時(約10us)WAIT:JB P3.3,WAIT 查詢EOC MOVX A,@DPTR 讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV 30H,A 保存在30H單元B)延時等待方式
ADC0809時鐘為500KHz,轉(zhuǎn)換時間約為128us
MOV DPTR,#0FEF8H P2.0=‘0’,IN0通道 MOV A,#00H MOVX @DPTR,A 啟動轉(zhuǎn)換 MOV R2,#48HDLY: DJNZ R2,DLY 延時(約140us) MOVX A,@DPTR 讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV 30H,A 保存在30H單元C)中斷方式主程序:MAIN:SETB IT1 設INT1為邊沿觸發(fā) SETB EX1 允許INT1中斷
SETB EA 打開總中斷
MOV DPTR,#0FEF8H MOV A,#00H MOVX @DPTR,A 啟動A/D轉(zhuǎn)換
…….
5、D/A轉(zhuǎn)換器概述
數(shù)模轉(zhuǎn)換是將輸入數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出的器件,使輸出的模擬電量與輸入的數(shù)字量成正比。實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換功能的電路叫數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。6、D/A轉(zhuǎn)換器的技術指標 1)、分辨率
2)、轉(zhuǎn)換精度 絕對精度 相對精度
3)、轉(zhuǎn)換時間(轉(zhuǎn)換速率)
4)、線性誤差
5)、尖峰誤差
6)、信噪比
7)、穩(wěn)定性7、DAC0832 8位單片D/A轉(zhuǎn)換器,具有雙輸入數(shù)據(jù)鎖存器單電源:+5V~+15VVref:-10V~+10V
低功耗:20mW;分辨率:8位輸出方式:電流第一節(jié)D/A轉(zhuǎn)換器三、DAC0832
內(nèi)部原理框圖EDA設計內(nèi)容:七段譯碼器的設計計數(shù)器的設計數(shù)字鐘的設計交通燈的設計LIBRARYIEEE;USEIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITYDECODE7IS PORT( NUM :IN STD_LOGIC_VECTOR(3DOWNTO0); LOUT :OUT STD_LOGIC_VECTOR(6DOWNTO0));ENDDECODE7;ARCHITECTUREaOFDECODE7IS BEGIN PROCESS(NUM) BEGIN CASENUMIS WHEN"0000"=>LOUT<="0111111"; WHEN"0001"=>LOUT<="0000110"; WHEN"0010"=>LOUT<="1011011"; WHEN"0011"=>LOUT<="1001111"; WHEN"0100"=>LOUT<="1100110"; WHEN"0101"=>LOUT<="1101101"; WHEN"0110"=>LOUT<="1111101"; WHEN"0111"=>LOUT<="0000111"; WHEN"1000"=>LOUT<="1111111"; WHEN"1001"=>LOUT<="1101111"; WHENOTHERS=>LOUT<="0000000"; ENDCASE; ENDPROCESS;ENDa;三、七段譯碼器的設計四、計數(shù)器的設計十進制計數(shù)器的VHDL描述LIBRARY
IEEE;USE
IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE
IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYCNT10ISPORT(CLK,RST,EN:INSTD_LOGIC; CQ:OUT
STD_LOGIC_VECTOR(3
DOWNTO
0); COUT:OUT
STD_LOGIC);ENDCNT10;十進制計數(shù)器的VHDL描述ARCHITECTUREBHVOFCNT10ISSIGNAL
CQI:STD_LOGIC_VECTOR(3
DOWNTO
0);BEGIN PROCESS(CLK)BEGINIF
RST=‘1’
THEN
CQI<=“0000”;ELSIFCLK’EVENTANDCLK=‘1’THEN IF
EN=‘1’
THEN
IF
CQI<“1001”
THEN
CQI<=CQI+1; ELSE
CQI<=“0000”;
END
IF;
END
IF;ENDIF;ENDPROCESS;COUT<=CQI(3)AND
CQI(0);CQ<=CQI;
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