单片机内部模拟比较器的应用
摘要：文章介绍了一种利用单片机内部模拟比较器来构成A／D转换器的方法，给出了它的具体电路设计，分析了电路原理、转换过程及误差原因。并提出了转换过程中的误差消除的实用办法。最后给出了整个工作过程的软件编程。
关键词：单片机；比较器；A／D转换器；定时计数器；恒流源
一般来说，内部带A／D转换器的单片机价格都比较昂贵，而且一般只有8到10位的分辨率，这在高分辨率要求的场合显然不适用；而普通的单片机则根本没有A／D转换器。随着现代电子技术的发展，出现了一些体积小、内含模拟比较器的单片机，如ATMAL的AT89C2051、ZILOG的Z86E04、MICROCHIP的PIC16C620等，这些单片机在使用时连接比较器的端口一般只作普通I／O使用，而对其内置的模拟比较器的应用却很少。下面以AT89C2051为例，谈谈利用单片机内置模拟比较器来构成A／D转换器的新方法。
1 硬件转换电路
AT89C2051是MCS51单片机系列中的一种，它虽然只有20个引脚，却集成了51系列单片机的标准内核，其中包括2k程序存储器、128字节数据存储器、2个16位定时计数器、一个标准全双工UART和一个精确的模拟比较器，而这个模拟比较器是以前产品所没有的。图1是利用AT89C2051的模拟比较器来构成双积分式A／D转换器的电路原理图。其中：内置模拟比较器的结构如图中虚线包围部分所示，比较器的正、反相输入端分别与P1．0、P1．1连接，这是两个漏极开路无上拉电阻的输出和输入端口，当向P1．0、P1．1写“1”时，M1、M2截止，相当于P1．0、P1．1对数字部分悬空，这时比较器的输入不受单片机端口输出的影响；由于P1．0、P1．1具有很强的灌电流能力，当写入“0”时，P1．0、P1．1能吸入20mA的灌电流，而且
M1、M2的饱和电压很低，利用这一特点可为积分电容彻底放电。比较器输出端在单片机内部与P3．6连接，读P3．6就可得到比较器的输出结果。因此，利用AT89C2051这个内置的比较器，再加上少量的外围器件就可组成双积分式A／D转换器。图1中，I0为恒流源，其电流约为0．5～2mA，C f是积分电容，C f与I0的选择取决于A／D转换的位数，Vref为参考电压，一般取模拟输入电压最大值的一半，U2是一个模拟开关，其中通道0接参考电压，通道1至7接模拟输入，即该A／D转换器有7个输入通道。
2 转换过程
当恒流源对电容器积分时，积分电容上的电压与时间成线性比例关系，这样利用单片机内部的定时计数器就可分别测量参考电压及模拟输入电压的积分时间，再通过CPU的运算来得到转换的结果。单片机的端口P1．2至P1．4可用来输出模拟开关通道选择地址，定时计数器T0可设定为方式1，16位定时状态，用来测定积分时间。该转换过程可分5个步骤：第一步为积分电容的放电，主要是向P1．1写“0”，利用其吸入灌电流大的特点为C f 放电，同时定时计数器T0清零。
第二步是参考电压积分，即模拟开关选择通道0，相当于Vref接至比较器的正输入端，并向P1．1写“1”，同时启动定时计数器，这样，I0开始对C f积分；程序循环读P3．6状态，以检测比较器的输出结果，当积分电容上的积分电压稍大于（由于比较器有极高的增益，故可近似地看作等于）参考电压时，比较器的输出反转，P3．6发生由高至低的跳变。程序检测到这个跳变后，停止定时计数器，保存此时的定时计数器结果T ref，此时可由恒流源对电容积分的关系式得出：Vref＝（I0 T ref）／C f
第三步为积分电容放电，也就是重复第一步对C f放电和定时计数器T0清零。
第四步为输入电压积分，此时模拟开关可选择通道1～7中的一个，相当于模拟输入电压Vx接至比较器的正输入端，重复第二步对输入电压积分，则可得到积分时间Tx，因此，V x＝（I0T x）／C f
以上4步积分电容C f上的积分电压波形如图2所示。
第五步是通过CPU的运算来求得A／D转换的结果，由第二步结果除以第四步结果，可以得到：
Vref／Vx＝Tref／Tx
变换后得：
Vx＝（VrefTx）／Tref
上式即A／D转换的结果。
从上式可以看出：A／D转换结果Vx只与Vref、Tx、Tref有关而与I0、C f无关。这一点非常重要。因为它意味着在转换过程中抑制了恒流源和积分电容温漂所造成的误差，从而保证了该A／D转换器工作的稳定性，这也正是积分式A／D转换器的优点。理论上，该A／D转换器的精度只取决于参考电压的稳定性和单片机定时计数器的精确度，而这两点都相对比较容易保证。当然，这是指在恒流源为理想恒流源的情况，实际上恒流源的特性决定了该A／D转换器的非线性误差，因此，在要求较高的场合，应选用线性好的恒流源集成电路，如LM334等，而在要求不高的情况下则可用图3所示的由分立元件组成的恒流源电路来实现A／D转换。这时积分电容可选择温度系数较小的涤纶电容等。
需要注意的是，由于单片机采用端口查询的方式来检测比较器的输出结果，MCS51系列单片机端口查询命令需要占用2个机器周期，而定时计数器则需要在每个机器周期上加1。因
此，在使用时有可能在比较器的输出反转时，程序不能立刻停止定时计数器，而是要等到下一个机器周期运行到CLRTR0语句时才停止。这样，定时计数器的值总为偶数，这一问题如果不在程序中进行处理就会造成误差。解决的方法是增加I0、C f的积分时间，即把积分时间加大一倍，再把定时计数器的读数即Tref和Tx除以2，这样就能把定时计数器多加了1的误差去掉而得到正确的结果。也就是说，如果要得到12位的分辨率，那么就需要有13位的定时计数器的读数。这种算法虽然牺牲了定时计数器的1位分辨率，加长了转换周期，但是确保了测量结果的准确性。对于有模拟比较器输出跳变中断的单片机如Z86E08等，上述过程处理起来会更简单，可用程序在比较器输出反转时来设定中断，并在中断子程序的开始时停止定时计数器，其读数减去从比较器中断到执行中断子程序之间的机器周期数即为实际积分时间。
由于AT89C2051的定时计数器为16位，所以该A／D转换器的分辨率实际上可以达到15位。调整I0和C f的值就能改变A／D转换器的分辨率，I0和C f的取值与分辨率和单片机时钟频率之间的关系，应满足下式：
12×2N＋1／（f0 V max）≤C f／I O≤12×216／（f0V max）
式中V max 为最大模拟输入电压，N为分辨率位数，f0为单片机的时钟频率。根据上式，在设计时应保证足够长的积分时间以保证分辩率的要求。同时还应保证积分时间不能超过单片机的最大定时值，以免引起定时计数器的溢出。
3 软件编程
整个工作过程的主要程序如下（该程序采用MCS51汇编语言编写）。除法子程序和20μs延时子程序分别为：
（1）初始化主程序：
4 结束语
上述所述，采用内部带模拟比较器的单片机加上少量的外国元件，并在程序上稍作处理，就能够构成一种新的A/D转换器，该方法可节约因扩展A/D而占用的大量I/O，而且这种A/D转换器能达到很高的分辩率和精度，并且有抗干扰能力强、分辩率可由程序调整的特点，从而增加了单片机的应用范围和使用灵活性，同时就应用系统的设计也显得简洁和不效。
参考文献
1.AT89 系列单片机。爱迪尔电子有限公司
2.Discrete Z8 Microcontrollers Databook.Zilong,Inc
常用运放电路及其各类比较器电路
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彭发喜，制作 同相放大电路： 运算放大器的同相输入端加输入信号，反向输入端加来自输出的负反馈信号，则为同相放大器。 图是同相放大器电路图。 因为e1=e2，所以输入电流极小，输入阻抗极高。 如果运算放大器的输入偏置电流，则 e1=e2 放大倍数： 原理图：
反相比例运算放大电路图: 1号图： 2号图： 反相输入放大电路如图1所示，信号电压通过电阻R1加至运放的反相输入端，输出电压vo通过反馈电阻Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路。R ￠为平衡电阻应满足R ￠= R1//Rf。 利用虚短和虚断的概念进行分析，vI=0，vN=0，iI=0，则 即
∴ 该电路实现反相比例运算。 反相放大电路有如下特点 1．运放两个输入端电压相等并等于0，故没有共模输入信号，这样对运放的共模抑制比没有特殊要求。 2．vN= vP，而vP=0，反相端N没有真正接地，故称虚地点。 3．电路在深度负反馈条件下，电路的输入电阻为R1，输出电阻近似为零。 运算放大器减法电路原理： 图为运放减法电路 由e1输入的信号，放大倍数为R3/R1，并与输出端e0相位相反，所以 由e2输入的信号，放大倍数为 与输出端e0相位相，所以
当R1=R2=R3=R4时e0=e2-e1 加法运算放大器电路： 加法运算放大器电路包含有反相加法电路和同相加法电路. 同相加法电路:由LF155组成。 三个输入信号同时加到运放同相端，其输入输出电压关系式：
电压比较器L M3 93
电压比较器LM393 【教材分析】 “电压比较器”这部分内容是上海市劳动技术教材（科教版）高二年级第二章控制技术里面电子控制系统部分的内容。理解掌握电压比较器电路的工作原理对于后续“光电自动循迹小车”控制原理部分的学习非常重要。 LM393数字电路作为一个新的知识点，如果结合“光电自动循迹小车”电路图讲解，由于还涉及到输入输出部分的分析，很多学生理解起来有困难。只有将电压比较器在电路中的功能及应用讲清讲透彻，在这个基础条件上再让学生学习制作“光电自动循迹小车”能起到事半功倍的效果。 本节课从电压比较器接法分析和实验验证入手，一步步引导学生深入探讨，然后结合生活实例让学生动手设计制作“光控照明电路”，在实践中加深 学生对于电压比较器的理解掌握。 【学情分析】 由于高二已进行文理分班，考虑到本班级是文科班，在课堂教学内容安排 上我尽量降低难度，在理论知识讲解上要透彻，在实践操作指导上要细致，能让大多数学生都能体验技术设计的过程，感受技术活动的乐趣。 在前阶段的学习中学生已经认识了基本的电子元器件如电阻、发光二极 管、传感器等，用电子实验板搭建过几个简单电路，也了解了一些数字集成电路的知识。通过生活实例讲解电压比较器作用后，让学生通过实验板搭建实验验证，在此过程中学生既能理解电压比较器功能，又能了解LM393的电路接 法。在此基础上结合生活实际启发学生设计制作“光控照明电路”，引导学生拓宽思路，开拓视野，有助于培养学生分析问题解决问题的能力，有助于学生
综合设计能力的提高。 【教学目标】 1、知识与技能 （1）初步学会识读集成电路LM393的内部结构和引脚图。 （2）理解电压比较器在电路中的作用和接入电路的方法。 （3）学会用集成电路LM393设计制作简单的电子作品。 2、过程与方法 （1）共同探讨电压比较器接入电路的方法，选择合适电子元器件在电子实验板上搭建验证电路，探究电压比较器电路的工作原理。 （2）联系生活实际，通过分析、设计、制作、调试“光控照明电路”，进一步了解电压比较器在实际电路中的作用，提高分析问题、解决问题的能力。 3、情感态度与价值观 （1）通过电压比较器电路分析、在电子实验板上组装与实验调试，达到“理论一实践一理论”相结合，激发学习兴趣，增强创新意识，合作意识。 （2）通过“光控照明电路”的设计和制作，感悟数字技术对改善生活的作用，激发学习科学技术、应用科学技术的热情。 【教学重点与难点】 1、重点：电压比较器电路的工作原理 2、难点：电压比较器接入电路的方法 【教学器材】 教具：多媒体课件、多媒体实物投影
实验四多路复用器与比较器的设计与仿真 一、实验内容 1．参照芯片74LS153的电路结构，用VHDL语言设计四选一多路复用器； 2．从Maxplus中取7485器件（比较器）进行仿真与分析；用VHDL语言设计4位比较器，接着进行仿真与分析，电路逻辑结构参照芯片74x85。 二、电路功能介绍 1．74153：4选1多路复用器（4 to 1 Multiplexer），又叫4选1数据选择器用途：可以对多个输入信号进行选择。电视机里的频道转换开关就是一个多路开关。 逻辑框图
逻辑功能表 逻辑图
2．7485：4位大小比较器（4-Bit Magnitude Comparator） 逻辑框图 逻辑功能表 一、4选1多路复用器 1.VHDL语言实现： library IEEE; use IEEE.std_logic_1164.all; entity mux4 is port( a,b,c,d:in STD_LOGIC; sel:in STD_LOGIC_VECTOR(1 downto 0); q:out STD_LOGIC);
end mux4; architecture mux4_arch of mux4 is begin process(a,b,c,d,sel) begin case sel is when "00"=>q<=a; when "01"=>q<=b; when "10"=>q<=c; when "11"=>q<=d; when others=>null; end case; end process; end mux4_arch; 2.波形图： 3.逻辑图： 4.用途：可以对多个输入信号进行选择。电视机里的频道转换开关就是一个多路开关。 5. 逻辑框图
数值比较器电路的仿真分析及应用 程勇 陈素 陈淑平 （机电信息工程系 实训中心 450008） 摘要：数值比较器是数字电路中经常用到的典型电路，传统的教学模式中，对数值比较器的学习及应用设计，离不开在实验室中的电路调试，学习方式较为枯燥抽象，又耗时费力，学习效果也不尽理想。现代电子设计中，由于仿真软件的出现，变抽象的知识为直观的展示，既可以通过仿真学习数值比较器的工作原理，又可以通过仿真进行数值比较器的应用设计，学习及应用效果事半功倍。 关键词：数值比较器、仿真分析、应用 在各种数字系统尤其是在数字电子计算机中，经常需要对两个二进制数进行大小判别，然后根据判别结果转向执行某种操作。用来完成两个二进制数的大小比较的逻辑电路称为数值比较器，简称比较器。在数字电路中，数值比较器的输入是要进行比较的两个二进制数，输出是比较的结果。 一．电路设计分析 首先讨论1位数值比较器。1位数值比较器是多位比较器的基础。当A 和B 都是1位二进制数时，它们的取值和比较结果可由1位数值比较器的真值表表示，如表1所示。 表1 1位数值比较器的真值表 由真值表可得如下逻辑表达式 A B A B A B F AB F AB F AB AB A B ><====+=⊕ 由逻辑表达式可以画出如图1所示的逻辑图。
图1 1位数值比较器逻辑图 二．比较器电路的仿真分析 （一）元件选取及电路组成 打开仿真软件Multisim 10，根据图1所示的1位数值比较器逻辑图，可以在仿真软件Multisim 10中构建仿真电路，如 图3所示。 1．元件选取 （1）指示灯的选取 1位数值比较器逻辑运算完后，输出结果处 接一指示灯作为指示，灯亮表示运算结果成立， 灯灭表示运算结果不成立。单击元件栏的Place Indicator→PROBE，选取PROBE_RED指示灯。 为了观察清晰明白，将指示灯PROBE连击打开其图2 指示灯的Label设置 设置对话框，在其Label中的标号由默认的X1改为“A等于B”、“A大于B”、“A 小于B”等。如图2所示。 （2）其他元器件可参照以下说明取用。 电源VCC：Place Source→POWER_SOURCES→VCC 接地：Place Source→POWER_SOURCES→GROUND，选取电路中的接地。 或非门U1A的选取：Place TTL→74LS→74LS02D 与门U3A、U5A的选取：Place TTL→74LS→74LS08D 非门U2 A、U4A的选取：Place TTL→74LS→74LS04N 2．电路组成 参照图3放置元件并进行连接，构成1位数值比较器的仿真测试电路。 （二）仿真分析
河南理工大学 《单片机应用与仿真训练》设计报告 题目:基于单片机的电子琴设计 姓名：吴章艳方世巍 学号：310808010403 310808010409 专业班级：电气08—04班 指导老师：刘巍 所在学院：电气工程与自动化学院 2011年7月1日 摘要
本设计是利用AT89S52单片机来对电子琴的主体部分进行设计，主要运用了AT89S52单片机的定时、中断功能。定时器可以发出不同频率的脉冲，不同频率的脉冲经喇叭驱动电路放大后，就会发出不同音调。以STC89C52单片机为核心控制元件，与键盘、扬声器等部件组成核心模块设计电子琴。 定时器按设计的定时参数产生中断，这一次中断发出脉冲低电平，下一次取反发出脉冲高电平，由于定时参数不同，就发出不同频率的脉冲。本制作中巧妙地利用了单片机的定时器，让定时器中断一次就改变喇叭的状态一次，即形成矩形方波频率信号，每个频率信号对应不同的音阶，再分别由对应的按键控制，当相应的按键按下后便可产生相应的音调。首先设计电子琴的硬件电路和软件部分，设计中应用中断系统和定时/计数原理控制演奏器发声，对音乐发生所必须确定的音符和节拍分别用程序语言实现，然后利用电路仿真软件Proteus进行仿真，完善电子琴的软硬件设计，最后进行软硬件的调试运行，最终实现了电子琴的基本功能。 电子琴能够为教师在进行现代音乐、电子音乐、电脑音乐的教学时，提供更为快捷、简便、有效的教学手段。该设计为未来进一步实现高性能电子琴产品奠定一定的基础，这对提高音乐教学质量具有重要意义。 关键词：AT89S52单片机、按键、扬声器、电子琴 目录
1 概述 (3) 1.1电子琴设计背景 (3) 1.2 设计目的及内容 (3) 2 系统总体方案及硬件设计 (4) 2.1系统总体结构图 (4) 2.2 系统硬件设计 (4) 2.2.1元件简介 (4) 2.2.2 AT89S52模块电路 (8) 2.2.3 键盘扫描模块电路 (9) 2.2.4 数码管显示模块电路 (10) 2.2.5 声音输出部分模块 (11) 3 软件设计 (12) 3.1音乐相关知识 (12) 3.2如何用单片机实现音乐的节拍 (12) 3.3如何用单片机产生音频脉冲 (13) 3.4系统总体功能流程图 (14) 4 Proteus软件仿真 (16) 5 课程设计体会 (17) 参考文献 (18) 附录电子琴程序清单 (19) 1 概述
新疆大学 课程设计报告 所属院系：电气工程学院 专业：电气工程 课程名称：电子技术B课程设计 设计题目：一位数据比较器电路的设计 班级：电气班 学生姓名： 学生学号： 指导老师: 完成日期：2014.01.13 —2014.01.20
一位数据比较器的电路设计 1．设计目的 （1）了解EDA技术的发展及应用 （2）掌握VHDL语言的基础知识，熟悉在数字电路系统设计中VHDL程序设计（3）学习MAX+PLUSⅡ软件的应用方法 （4）应用EDA技术的设计方法完成4位右移移位寄存器的设计（采用原理图和文本法两种方法实现），并在MAX+PLUSⅡ上仿真 2.关于MAX+PlusⅡ的使用与仿真 2.1 MAX+plus2软件简介 MAX+plusII是Altera公司提供的一个集成化开发系统，该系统界面友好，学习 容易，使用简单，功能齐全，是一款流行的EDA开发平台。 MAX+PLUSII把这些设计转自动换成最终所需的格式。其设计速度非常快。对于一般几千门的电路设计，使用MAX+PLUSII，从设计输入到器件编程完毕，用户拿到设计好的逻辑电路，大约只需几小时。设计处理一般在数分钟内完成。特别是在原理图输入等方面，Maxplus2被公认为是最易使用，人机界面最友善的PLD开发软件，特别适合初学者使用。 EDA （Electronic Design Automation） EDA技术就是依靠功能强大的电子计算机，在EDA 工具软件平台上，对以硬件描述语言HDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、仿真，直至下载到可编程逻辑器件CPLD/FPGA或专用集成电路ASIC芯片中，实现既定的电子电路设计功能。 2.2MAX+plus2 使用方法简要说明 MAX+plus2硬件平台的微机最好配置512MB内存、4,3GMB硬盘，可以在Windows XP等操作系统支持下工作。在进行了MAX+plus2的系统安装和系统启动后，对于所要设计和仿真的系统需要进行如下基本步骤： (1)VHDL语言工程文件的建立和编辑； 文件的建立：新建文件(file/new/text editor file)、输入文本(text editor)、保存文件(file/save)；文件的修改：打开需修改文件 (file/open/*.vhd)、修改(text editor)、保存 (file/save)； (2)电路图的建立和编辑
电压比较器工作原理及应用实例 时间：2011-11-24来源：作者：方佩敏 来源：https://www.doczj.com/doc/f011865250.html, 本文主要介绍电压比较器基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用的电压比较器。 电压比较器(以下简称比较器)是一种常用的集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术，也可用于V/F变换电路、A/D变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。 什么是电压比较器 简单地说，电压比较器是对两个模拟电压比较其大小(也有两个数字电压比较的，这里不介绍)，并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1(a)是比较器，它有两个输入端：同相输入端(“+”端)及反相输入端(“-”端)，有一个输出端Vout(输出电平信号)。另外有电源V+及地(这是个单电源比较器)，同相端输入电压VA，反相端输入VB。VA和VB的变化如图1(b)所示。在时间0～t1时，VA>VB；在t1～t2时，VB>VA；在t2～t3时，VA>VB。在这种情况下，Vout 的输出如图1(c)所示：VA>VB时，Vout输出高电平(饱和输出)；VB>VA时，Vout 输出低电平。根据输出电平的高低便可知道哪个电压大。 如果把VA输入到反相端，VB输入到同相端，VA及VB的电压变化仍然如图1(b)所示，则Vout输出如图1(d)所示。与图1(c)比较，其输出电平倒了一下。输出电平变化与VA、VB的输入端有关。 图2(a)是双电源(正负电源)供电的比较器。如果它的VA、VB输入电压如图
1(b)那样，它的输出特性如图2(b)所示。VB>VA时，Vout输出饱和负电压。 如果输入电压VA与某一个固定不变的电压VB相比较，如图3(a)所示。此VB称为参考电压、基准电压或阈值电压。如果这参考电压是0V(地电平)，如图3(b)所示，它一般用作过零检测。 比较器的工作原理 比较器是由运算放大器发展而来的，比较器电路可以看作是运算放大器的一种应用电路。由于比较器电路应用较为广泛，所以开发出了专门的比较器集成电路。 图4(a)由运算放大器组成的差分放大器电路，输入电压VA经分压器R2、R3分压后接在同相端，VB通过输入电阻R1接在反相端，RF为反馈电阻，若不考虑输入失调电压，则其输出电压Vout与VA、VB及4个电阻的关系式为： Vout=(1+RF/R1)·R3/(R2+R3)VA-(RF/R1)VB。若R1=R2，R3=RF，则 Vout=RF/R1(VA-VB)，RF/R1为放大器的增益。当R1=R2=0(相当于R1、R2短路)，R3=RF=∞(相当于R3、RF开路)时，Vout=∞。增益成为无穷大，其电路图就形成图4(b)的样子，差分放大器处于开环状态，它就是比较器电路。实际上，运放处于开环状态时，其增益并非无穷大，而Vout输出是饱和电压，它小于正负电源电压，也不可能是无穷大。
目录 1.课程设计的目的与作用 (2) 1.1课程设计目的 (2) 1.2课程设计作用 (2) 2.设计任务及所用multisim软件环境介绍 (3) 2.1课程设计的任务与要求 (3) 2.1.1课程设计的任务 (3) 2.1.2课程设计的要求 (3) 2.2multisim软件环境介绍 (4) 3.电路模型的建立 (5) 4.理论分析及计算 (6) 4.1双限比较器电路的设计分析及计 算 (6) 4.2滞回比较器电路的设计分析及计 算 (7) 5.仿真结果分 析 (8) 5.1双限比较器电路的multisim仿真结果分析 (8) 5.2滞回比较器电路的multisim结果仿真分析 (8) 6.设计总结 (9) 7.参考文献 (10)
1课程设计的目的与作用 1.1课程设计的目的 模拟电路课程设计是模拟电子技术课程重要的实践性教学环节，是对学生学习模拟电子技术的综合性训练，这种训练是通过学生独立进行某一个或两个课题的设计、安装和调试来完成的。 通过模拟电路课设要求学生： 1、根据给定的技术指标，从稳定可靠、使用方便、高性能价格比出发来选择方案，运用所学过的各种电子器件和电子线路知识，设计出相应的功能电路。 2、通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。 3、了解常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。 4、学会电子电路的安装与调试技能，掌握电子电路的测试方法。 5、进一步数以电子仪器的使用方法。 6、学会撰写课程设计总结报告。 7、培养学生严肃认真的工作作风和严谨的科学态度 1.2课程设计的作用 学生运用所学的知识,动脑又动手,在教师指导下,结合某一专题独立地开展 电子电路的设计与实验,培养学生分析、解决实际电路问题的能力。该课程的任务是使学生掌握模拟电子技术方面的基本概念、基本原理和基本分析方法，重点培养学生分析问题和解决问题的能力，初步具备电子技术工程人员的素质，并为学习后继课程打好基础。
四电压比较器LM339的8个典型应用例子 LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。 LM339集成块采用C-14型封装，图1为外型及管脚排列图。由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 单限比较器电路 图2a给出了一个基本单限比较器。输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur。当输入电压Uin>Ur时，输出为高电平UOH。图2b为其传输特性。
《单片机应用技术》整体教学设计 （2015～2016学年第2学期） 课程名称：单片机应用技术 所属系部：信息与智能工程系 制定人：郭志勇巩雪洁 合作人：自成留忠 制定时间：2016.1.16 电子信息职业技术学院
一、课程基本信息 一、课程定位 本课程主要是以智能控制、智能电子产品、智能机器人工程项目为主线，采 用企业真实工作任务，通过“项目驱动”教学模式，对国外广泛应用的MCS-51系列单片机的AT89S52单片机工作原理、应用系统的剖析，使学生获得有关单片机硬件、软件的基本概念、基本知识和单片机应用系统的设计编程入门知识以及用C 语言进行程序设计、运行、调试等基本技能，培养学生分析问题和解决问题的能力。 1. 岗位分析： 本课程主要培养具有智能电子产品和智能控制设计、分析、调试和制作能力的技术技能型人才，可以从事智能电子产品和智能控制设计开发、生产、销售与服务等相关工作，如图1所示。
图1 课程与岗位 2. 课程分析： 本课程是计算机控制技术、物联网应用技术等相关专业的职业能力必修课程，是计算机控制技术专业核心课程。在计算机控制技术专业课程体系中，基于单片机应用技术的课程结构如图2所示。 图2 基于单片机应用技术的课程结构 位于最底层的是本课程的先修课程，也是专业基础课程；本课程是专业核心课程；位于最上层的是本课程的后续课程，既专业课程。基于单片机应用技术的课程结构实现了无缝对接，同时也是我们学校其它相关专业的骨干课程，如嵌入式技术、电子信息工程技术、机电一体化、电气自动化、数控技术等专业都开设本课程。 二、课程目标设计 总体目标： 学通过本课程的学习，学生能熟练使用Proteus仿真软件、C语言编程，能完成简单的智能电子产品和智能控制设计开发；能根据智能电子产品和智能控制设计要求进行元器件焊接组装、软硬件调试；培养学生具有一定的创新思维能力，科学的工作方法和良好的职业道德意识，为提高学生职业技能奠定良好基础。 能力目标：
电压比较器
实验十集成运放基本应用之三——电压比较电路 姓名：班级：学号：实验时间： 一、实验目的 1、掌握比较器的电路构成及特点 2、学会测试比较器的方法 二、实验原理 1、图1所示为一最简单的电压比较器，UR为参考电压，输入电压Ui加在反相输入端。图1（b）为（a）图比较器的传输特性。 (a) 图1 电压比较器 (b) 当Ui
(a) 图2 过零比较器 (b) (2)、图3为滞回比较器。 过零比较器在实际工作时，如果Ui恰好在过零值附近，则由于零点漂移的存在，Uo将不断由一个极限值转换到另一个极限值，这在控制系统中，对执行机构将是很不利的。为此就需要输出特性具有滞回现象。如图3所示： (a) (b) 图3 滞回比较器 从输出端引入一个电阻分压支路到同相输入端，若Uo 改变状态，U∑ 点也随着改变点位，使过零点离开原来位置。当Uo 为正（记作U D ）U∑=[ R2/（ R2+ R f ）]* U D ，则当UD> U∑后,Uo 再度回升到UD，于是出现图（b）中所示的滞回特性。- U∑ 与U∑ 的差别称为回差。改变R2 的数值可以改变回差的大小。 三、实验设备与器件 1、±12V直流电源 2、直流电压表 3、函数信号发生器 4、交流毫伏表 5、双踪示波器 6、运算放大器μA741×2 7、稳压管2CW231×1 8、二极管4148×2 9、电阻器等
FPGA FPGA AD_CLK PIN_125 B[3] PIN_48 DA_OUT[9] PIN_120 B[4] PIN_52 DA_OUT [8] PIN_119 B[5] PIN_55 DA_OUT [7] PIN_118 B[6] PIN_58 DA_OUT [6] PIN_115 B[7] PIN_60 DA_OUT [5] PIN_114 B[8] PIN_64 DA_OUT [4] PIN_113 B[9] PIN_67 DA_OUT [3] PIN_112 B[10] PIN_70 DA_OUT [2] PIN_104 B[11] PIN_72 DA_OUT [1] PIN_103 B[12] PIN_74 DA_OUT [0] PIN_101 B[13] PIN_76 DA_PD PIN_100 B[14] PIN_80 DAC DA_CLK PIN_121 B[15] PIN_86 A[0] PIN_40 B[16] PIN_92 A[1] PIN_42 B[17] PIN_94 FPGA I/O A[2] PIN_44 FPGA I/O B[18] PIN_97 FPGA I/O A[0] LED 2.4 FPGA SPI C8051F020 FPGA EP2C5T144C8 SPI 2.4.1 C8051F020 EP2C5T144C8 I/O F PGA_D0(PIN_9) F PGA_D1(PIN_8)F PGA_D2(PIN_7)F PGA_D3(PIN_4)F PGA_D4(PIN_3)P30P31P32P33P34 2.4.1 FPGA SPI 2.5 10bit ADC 40Msps 10bit DAC 165Msps 2.5.1 TL3016 TI 2.5.1.1 5V ±5V LA TCH ENABLE 7.6 ns
令狐采学创作 电子技术课程设计报告 令狐采学 题目：4位数值比较器设计 学生姓名： 学生学号： 年级： 专业： 班级： 指导教师： 机械与电气工程学院制 2016年11月 4位数值比较器设计 机械与电气工程学院：自动化专业 1.课程设计的任务与要求 1.1 课程设计的任务 采用Multisim 12.0软件实现4位数值比较器的设计与仿真。 1.2 课程设计的要求 （1）设计一个4位数值比较器的电路，对两个4位二进制进行比较。 （2）采用74Ls85集成数值比较器。
（3）要有仿真效果及现象或数据分析。 2.四位数值比较器设计方案制定 2.1 四位数值比较器工作的原理 对两个4位二进制数A3A2A1A0与B3B2B1B0进行比较。从A的最高位A3和B的最高位B3进行比较，如果他们不相等，则该位的比较结果可以作为两数的比较结果。若最高位A3=B3，则再比较次高位A2=B2，余此类推。如果两数相等，那么，必须将进行到最低位才能得到结果。可以知道：FA>B=FA3>B3+FA3=B3FA2>B2+FA3=B3FA2=B2FA1>B1 +FA3=B3FA2=B2FA1=B2FA0>B0+FA3=B3FA2=B2FA1=B1 FA0=B0IA>B （2-1） FA 电压比较器（以下简称比较器）就是一种常用得集成电路。它可用于报警器电路、自动控制电路、测量技术,也可用于V/F 变换电路、 A ／D 变换电路、高速采样电路、电源电压监测电路、振荡器及压控振荡器电路、过零检测电路等。本文主要介绍其基本概念、工作原理及典型工作电路，并介绍一些常用得电压比较器。 什么就是电压比较器 简单地说，电压比较器就是对两个模拟电压比较其大小（也有两个数字电压比较得，这里不介绍）,并判断出其中哪一个电压高，如图1所示。图1（a）就是比较器，它有两个输入端：同相输入端（“ + ” 端）及反相输入端（“一”端）,有一个输出端Vou t （输出电平信号）。另外有电源V+ 及地（这就是个单电源比较器），同相端输入电压VA,反相端输入VB。V A与VB得变化如图1（b ）所示。在时间0~ t 1时,V A > V B ;在上1?t 2时,V B > VA ;在上2~t3时,V A> VB。在这种情况下，Vo u t得输出如图1 （c）所示：V A>VB 时，Vou t输出高电平（饱与输出）；V B >V A时，V o u t输出低电平。根据输出电平得高低便可知道哪个电压大. 如果把V A 输入到反相端，V E 输入到同相端，VA 及V B 得电压变化仍然如图1(b)所示则Vout 输出如图1(d )所示.与图 1 (c )比较,其输出电平倒了一下。输出电平变化与 VA 、VE 得输入 端有关。 图2⑻就是双电源(正负电源)供电得比较器?如果它得 VA 、VB 输入电压如图1 (b )那样，它得输出特性如图2(b)所示。VB > V A 时,Vou t 输出饱与负电压。 国1 ■KT \ I V 咚庄 1. 功能及应用：主要用来判断输入信号电位之间的相对大小，它至少有两个输入端及一个输出端，通常用一个输入端接被比较信号U i，另一个则接基准电压V R定门限电压(或称阀值)的U T。输出通常仅且仅有二种可能即高、低二电平的矩形波，应用于模－数转换，波形产生及变换，及越限警等。 2. 运放的工作状态：开环和正反馈应用：运放在线性运用时，由于开环增益一般在105以上，所以其对应的输入的线性范围很小，U i数量级，为了拓宽其线性范围就必须引入负反馈，降低其开环增益。而比较器则希望其输入的线性范围越小越好(即比较灵敏度越高)采用开环或使开环增益更高的正反馈应用。在这儿有必要重复展现运放开环电压传输特性。见图8.2.1，请注意横、纵坐标标度的不同 (1) 从途中可化称 (2) 若U i发出变化，使Uo从负波饱和值突变到正饱和值，只在经过极窄的线性区 时，才遵循在线性工作时才特有的“虚短”，其它时刻“虚短”不复存在。 (3) 若横坐标采用与纵坐标相同的标尺，则线性部分特性与纵轴合拢。 (4) 若用正反馈使Aod↑，则可缩短状态的转换时间。 3. 分类： (1) 单限比较器 (2) 迟滞比较器(Schmitt) (3) 双限比较器(窗口比较器) 二. 单限比较器 1. U i与U R分别接运放两输入端的开环串接比较器，见图8. 2.2 ΔU i>U R Uo=+Uom ΔU i 专业课程设计 ————基于单片机的简易计算器设计与仿真 学院：电气工程学院 班级：10自动化1班 学号：P101813378 姓名：陈辉、马维谦 指导老师：吴韬 基于单片机的简易计算器设计与仿真 摘要 近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断深入，同时带动传统控制检测技术日益更新。在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往作为一个核心部件来使用，但仅单片机方面的知识是不够的，还应根据具体硬件结构、软硬件结合，来加以完善。 计算机在人们的日常生活中是比较常见的电子产品之一。可是它还在发展之中，以后必将出现功能更加强大的计算机，基于这样的理念，本次设计是用AT89C52 单片机、LCD显示器、控制按键为元件来设计的计算器。利用此设计熟悉单片机微控制器及C语言编程，对其片资源及各个I/O端口的功能和基本用途的了解。掌握Microsoft Visual C++ 6.0应用程序开发环境，常用的LCD显示器的使用方法和一般键盘的使用方法。 关键字：AT89S51 LCD 控制按键 目录 第一章绪论.................................................................................. ４ 1.1 课题简介 .......................................................................... ４ 1.2 设计目的 .......................................................................... ４ 1.3 设计任务 .......................................................................... ４ 2.1 单片机发展现状 .............................................................. ５ 2.2 计算器系统现状 .............................................................. ６2.3 MCS-51系列单片机简介 ...................................................... ７ 2.4 矩阵按键 ...................................................................... １１ 2.5 计算器设计总体思想 .................................................. １１第三章硬件系统设计 ............................................................. １２ 3.1 键盘接口电路 .............................................................. １２ 3.2 LCD显示模块 ............................................................... １３ 3.3 运算模块 ...................................................................... １４ 4.1 汇编语言和C语言的特点及选择 ................................... １４4.2 键扫程序设计 ................................................................... １４ 4.3 算术运算程序设计 ...................................................... １５ 4.4 显示程序设计 .............................................................. １６第五章系统调试与存在的问题 ............................................. １７ 5.1 硬件调试............................................................................ １７5.2 软件调试............................................................................ １７参考文献.................................................................................... １９ 电压比较器电路。 电压比较器是比较两个电压和开关输出或高或低的状态，取决于电压较高的电路。一个基于运放电压比较器上显示。图1显示了一个电压比较器的反相模式图显示了在非反相模式下的电压比较。 电压比较器 非反相比较 在非反相比较器的参考电压施加到反相输入电压进行比较适用于非反相输入。每当进行比较的电压(Vin)以上的参考电压进入运放的输出摆幅积极饱和度(V+)，和副反之亦然。实际上发生了什么是VIN和Vref(VIN-VREF)之间的差异，将是一个积极的价值和由运放放大到无穷大。由于没有反馈电阻Rf，运放是在开环模式，所以电压增益(AV)将接近无穷。+所以最大的可能值，即输出电压摆幅，V。请记住公式AV=1+(Rf/R1)。当VIN低于VREF，反向发生。 反相比较 在相比较的情况下，参考电压施加到非反相输入和电压进行比较适用于反相输入。每当输入电压(Vin)高于VREF，运放的输出摆幅负饱和。倒在这里，两个电压(VIN-VREF)之间的差异和由运放放大到无穷大。记住公式AV=-Rf/R1。在反相模式下的电压增益的计算公式是AV=-Rf/R1.Since没有反馈电阻，增益将接近无穷，输出电压将尽可能即负，V-。 实际电压比较器电路 一种实用的非基于UA741运放的反相比较器如下所示。这里使用R1和R2组成的分压器网络设置参考电压。该方程是VREF=(五+/(R1+R2)的)×R2的。代入这个方程电路图值，VREF=6V。当VIN高于6V，输出摆幅?+12V直流，反之亦然。从A+/-12V 直流双电源供电电路。 电压比较器的使用741 一些其他的运放，你可能会感兴趣的相关电路 1求和放大器：总结放大器可以用来找到一个信号给定数量的代数和。 2。集成使用运放：对于一个集成的电路，输出信号将输入信号的积分。例如，一个集成的正弦波使余弦波，方波一体化为三角波等。 3。反相放大器：在一个反相放大器，输出信号将输入信号的倒版，是由某些因素放大。 4，仪表放大器：这是一个类型的差分放大器输入额外的缓冲阶段。输入阻抗高，易于匹配结果。仪表放大器具有更好的稳定性，高共模抑制比(CMRR)，低失调电压和高增益。 lm339应用电路图：LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：失调电压小，典型值为2mV；电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为±1V-±18V；对比较信号源的内阻限制较宽；共模范围很大，为0~（Ucc-1.5V）Vo；差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；输出端电位可灵活方便地选用。 LM339集成块采用C-14型封装，图1为外型及管脚排列图。由于LM339使用灵活，应用广泛，所以世界上各大IC生产厂、公司竟相推出自己的四比较器，如IR2339、ANI339、SF339等，它们的参数基本一致，可互换使用。 LM339类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参考电压（也称为门限电平，它可选择LM339输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM339用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外，各比较器的输出端允许连接在一起使用。 单限比较器电路 图3为某仪器中过热检测保护电路。它用单电源供电，1/4LM339的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于R1于R2。UR=R2/（R1+R2）*UCC。同相端的电压就等于热敏元件Rt的电压降。当机内温度为设定值以下时，“+”端电压大于“-”端电压，Uo为高电位。当温度上升为设定值以上时，“-”端电压大于“+”端，比较器 首页| 行业黑名单| 委托交易| 帮助| En 滞回电压比较器 作者：ｗｅｉｇａｏｌｅ栏目：新手园地 滞回电压比较器 更新时间：2007年05月10日 输出引一个电阻分压支路到同相输入端，组成如图11-4-4(a)所示电路。 2007-02/20070210101630701.gif onload="return imgzoom(this,550)" onerror="javascript:errpic )" border=0 onclick="javascript:window.open(this.src);" style="cursor: pointer" useMap=#Map>电路图(b) 传输特性 11-4-4 滞回电压比较器 作原理 ui从零逐渐增大，且ui ≤UTH1时，u0=U+om，UTH1称为上限触发电平，或称为上限阈值。UTH 用叠加原理求出 2007-02/20070210101630460.gif onload="return imgzoom(this,550)" onerror="javascript:errpic )" border=0 onclick="javascript:window.open(this.src);" style="cursor: pointer" useMap=#Map> 输入电压ui ≥UTH1时，u0=U-om。此时触发电平变为UTH2，称为下限触发电平，或下限阈值。 2007-02/20070210101630578.gif onload="return imgzoom(this,550)" onerror="javascript:errpic )" border=0 onclick="javascript:window.open(this.src);" style="cursor: pointer" useMap=#Map> ui 逐渐减小，且ui=UTH2以前，u0始终等于U-om。当输入电压变化到ui ≤UTH2以后，u0=U+o 此出现了如图11-4-4(b)所示的滞回特性曲线。 义二阈值之差△U=UTH1-UTH2为回差电压。 2007-02/20070210101630713.gif onload="return imgzoom(this,550)" onerror="javascript:errpic )" border=0 onclick="javascript:window.open(this.src);" style="cursor: pointer" useMap=#Map> >>参与讨：ｗｅｉｇａｏｌｅ于2007-5-15 9:03:13 发布： 建立比较器的外部滞回电压 以来, 模拟比较器的使用一直处在它的―同伴‖——运算放大器的阴影之中。运算放大器是广泛 的电子器件, 设计人员发表了大量针对运算放大器的应用笔记, 而关于比较器的应用笔记较 正是由于缺少比较器的应用资料, 很多用户希望MAXIM应用部能够在如何建立比较器滞回电 面提供帮助。本文针对这一需求, 介绍在一些常用的比较器电路中建立滞回电压的方法, 并且 了提高噪声抑制能力和系统稳定性有关措施。 比较器滞回的讨论需要从―滞回‖的定义开始, 与许多其它技术术语一样, ―滞回‖源于希腊语, 是―延迟‖或―滞后‖, 或阻碍前一状态的变化。工程中, 常用滞回描述非对称操作, 比如, 从A到 从B到A是互不相同。在磁现象、非可塑性形变以及比较器电路中都存在滞回。比较器工作原理及应用
运算放大器组成的比较器
基于单片机的简易计算器设计与仿真
电压比较器电路图
LM339比较器应用电路
各种比较器电路及波形产生器
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