新階梯波發(fā)生器電路

1、電子工藝實(shí)習(xí)時(shí)間安排：任務(wù)安排：實(shí)驗(yàn)講義：基本要求：焊接練習(xí)準(zhǔn)備工具：鑷子，剝線鉗、一小塊濕布焊接基本技巧：階梯波發(fā)生器的電路設(shè)計(jì)第一節(jié) 由555構(gòu)成多諧振蕩器電路分析n 555集成定時(shí)器是模擬功能和數(shù)字邏輯功能相結(jié)合的一種雙極型中規(guī)模集成器件。外加電阻、電容可以組成性能穩(wěn)定而精確的多諧振蕩器、單穩(wěn)電路、施密特觸發(fā)器等，應(yīng)用十分廣泛。圖 用555構(gòu)成多諧振蕩電路圖圖 多諧振蕩器工作波形圖555內(nèi)部原理框圖 n它是由上、下兩個(gè)電壓比較器、三個(gè)5k電阻、一個(gè)RS觸發(fā)器、一個(gè)放電三極管 T以及功率輸出級(jí)組成。n比較器 C1的同相輸入端接到由三個(gè)5 k電阻組成的分壓網(wǎng)絡(luò)的2/3Vcc處（也稱控制電壓端

2、），反相輸入端為閥值電壓輸入端。比較器C2的反相輸入端接到分壓電阻網(wǎng)絡(luò)的1/3Vcc處，同相輸入端為觸發(fā)電壓輸入端，用來(lái)啟動(dòng)電路。兩個(gè)比較器的輸出端控制RS觸發(fā)器。RS觸發(fā)器設(shè)置有復(fù)位端，當(dāng)復(fù)位端處干低電平時(shí)，輸出為低電平。控制電壓端是比較器C1的基準(zhǔn)電壓端，通過(guò)外接元件或電壓源可改變控制端的電壓值，即可改變比較器C1、C2的參考電壓。不用時(shí)可將它與地之間接一個(gè)O01F的電容，以防止干擾電壓引入。555的電源電壓范圍是+4.5+18V，輸出電流可達(dá)100200mA，能直接驅(qū)動(dòng)小型電機(jī)、繼電器和低阻抗揚(yáng)聲器。 555集成電路引腳排列圖多諧振蕩器的電路圖和波形圖電源接通后，Vcc通過(guò)電阻R1、R2

3、向電容C充電。當(dāng)電容上電vC=2/3Vcc時(shí)，閥值輸入端受到觸發(fā)，比較器C1翻轉(zhuǎn)，輸出電壓Vo=0，同時(shí)放電管T導(dǎo)通，電容C通過(guò)R2放電；當(dāng)電容上電壓Vc=1/3Vcc，比較器C2工作，輸出電壓Vo變?yōu)楦唠娖?。C放電終止、又重新開(kāi)始充電，周而復(fù)始，形成振蕩。其振蕩周期與充放電的時(shí)間有關(guān) n充電時(shí)間：CRRVVVVCRRtCCCCCCCCPH)( 7 . 03132ln)(2121放電時(shí)間 CRVVVVCRtCCCCCCCCPL227 . 03132lnn振蕩周期：T=tPH+tPL0.7(R1+2R2)Cn振蕩頻率：f=1/T=CRRttPLPH)2(44. 1121n由上分析可知：n a）電

4、路的振蕩周期T、占空系數(shù)D，僅與外接元件R1、R2和C有關(guān)，不受電源電壓變化的影響。n b）改變R1、R2，即可改變占空系數(shù)，其值可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。n c） 改變C的值，可單獨(dú)改變周期，而不影響占空系數(shù)。n 另外，復(fù)位端也可輸入1個(gè)控制信號(hào)。復(fù)位端為低電平時(shí)，電路停振。第二節(jié) 計(jì)數(shù)器及多路模擬選通開(kāi)關(guān)n計(jì)數(shù)器74HC161介紹n引腳圖引出端功能符號(hào)引出端功能符號(hào)nD0D3 并行數(shù)據(jù)輸入端；nQ0Q3 數(shù)據(jù)輸出端；n 異步清除輸入端（低電平有效）；n 同步并行置入控制端（低電平有效）；nCP 時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）；nCTT,CTP 計(jì)數(shù)控制端；nCO 進(jìn)位輸出端。邏輯功能表邏輯功能表CRL

5、D輸 入輸 出CTPCTTCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q3LLLLLHLd0d1d2d3d0d1d2d3HHHH計(jì) 數(shù)HHL保 持HHL保 持計(jì)數(shù)器應(yīng)用電路（模12）U174HC161D_6VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U2A74HC00N_6VVDD5VVSS0VV11kHz 5 V 1VDDVSS4XSC1ABCDGT5632仿真波形方法二（模13）U174HC161D_6VQA14QB13QC12QD11RCO15A3B4C5D6ENP7ENT10LOAD9CLR1CLK2U2A74HC00N_6VVDD5VV

6、SS0VV11kHz 5 V 1VSSXSC1ABCDGT5632VDD4仿真圖（模13）多路模擬開(kāi)關(guān)CD4053nCMOS多路模擬開(kāi)關(guān)電路是由地址譯碼器和多路雙向模擬開(kāi)關(guān)組成，可以通過(guò)外部地址輸入，經(jīng)電路內(nèi)部的地址譯碼器譯碼后，接通與地址碼相對(duì)應(yīng)的其中的一個(gè)開(kāi)關(guān)。它允許從n線到1線的傳送或1線到n線的信號(hào)分離，以及允許信號(hào)的并串轉(zhuǎn)換。CC4053是三組二路模擬開(kāi)關(guān)。CD4053引腳圖CD4053電路框圖第三節(jié) 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器一、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的工作原理二、DAC的主要技術(shù)指標(biāo)三、集成D/A轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用一、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的工作原理 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的裝置。其轉(zhuǎn)換方式有并行轉(zhuǎn)換和串

7、行轉(zhuǎn)換兩種。目前常使用的是并行轉(zhuǎn)換方式。并行轉(zhuǎn)換是要把轉(zhuǎn)換的各位數(shù)字代碼同時(shí)送到轉(zhuǎn)換器相應(yīng)的輸入端，轉(zhuǎn)換時(shí)間只取決于轉(zhuǎn)換器中電流或電壓建立的時(shí)間以及求和時(shí)間，所以轉(zhuǎn)換速度快，用得最多。 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的輸入輸出可用下式表示： KDA 公式式中：A模擬輸出電壓（或電流）； K基準(zhǔn)電壓（或電流）： D輸入的數(shù)字量，若D是二進(jìn)制整數(shù)，可用下式表示001122112222DDDDDnnnn公式 式中，Di為1或0的系數(shù)，n為整數(shù)。為了把數(shù)字量D轉(zhuǎn)換成模擬量A，必須將二進(jìn)制數(shù)中每一個(gè)為1的代碼按其權(quán)相加，所得總和就是與數(shù)字量成正比的模擬量，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換。為實(shí)現(xiàn)上述轉(zhuǎn)換功能，基本的數(shù)/模轉(zhuǎn)換器一般

8、包括5部分：精密的基準(zhǔn)電壓（或電流）、暫時(shí)存放數(shù)字量的輸入寄存器、模擬二進(jìn)制系數(shù)Di的電壓（或電流）開(kāi)關(guān)、產(chǎn)生二進(jìn)制權(quán)電壓或權(quán)電流的電阻譯碼電路、提供電壓或電流相加輸出的運(yùn)算放大器。D/A轉(zhuǎn)換器框圖UR輸入D寄存器電阻譯碼電路模擬開(kāi)關(guān)運(yùn)算放大電路模擬信號(hào)A參考電壓源參考電壓源圖14-2 D/A轉(zhuǎn)換器框圖1.權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器 圖14-3所示為4位權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器原理圖，它由輸入寄存器、模擬開(kāi)關(guān)S3S0、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、基準(zhǔn)電壓源UR和運(yùn)算放大器A等五部分組成。4位權(quán)電阻DACIII1I2S0S1S2S3D3D2D1D0URAI3I0圖14-3 4位權(quán)電阻DACRFUO輸入寄存器Q3Q2Q1Q0R

9、02R12R22R32權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器組成（1）輸入寄存器。 （2）電阻模擬開(kāi)關(guān)。 （3）權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)。 （4）基準(zhǔn)電源UR。 （5）運(yùn)算放大器A。 工作原理 若有一個(gè)二進(jìn)制數(shù)碼表示的4位數(shù)字量D=D3D2D1D0。用4位二進(jìn)制代碼D3、D2、D1、D0分別控制電子開(kāi)關(guān)S3、S2、S1、S0。當(dāng)Sn接UR時(shí)該支路中的電阻便得到電流，否則該支路電流為0，各支路的總電流流到RF上便建立起輸出電壓。取RF=R/2，則0011223333021120301230123222222222842DDDDRUDDDDRUDRUDRUDRUDRUIIIIIRRRRRR001122334222222DDDDUR

10、IRIURFO 對(duì)一個(gè)n為權(quán)電阻DAC則存在如下關(guān)系： 即將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成了與之對(duì)應(yīng)的模擬輸出量。0011221122222DDDDUUnnnnnRO 例如，若UR=10V，則對(duì)于4位二進(jìn)制數(shù)D=D3D2D1D0=1001，轉(zhuǎn)換成的模擬輸出電壓為 由于這里電阻的數(shù)值是按照二進(jìn)制不同的位權(quán)值進(jìn)行匹配的，所以叫做權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)。)(625. 09210120202122401234VUURO2.倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器 這種電路只有R和2R兩種電阻接成倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)。4位倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器如圖14-4所示。 在電路的任一端口A、B、C、D，其左邊部分電路的等效電阻為R。因此，從參考電

11、壓端輸入的電流為。圖14-4IR2RRRRIAURA圖14-4 倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)DACRFUOS3D32RI3S2D22RI2S1D12RI1S0D02RI0BCDIO1(LSB)(MSB) 根據(jù)電流分流公式即可得出各2R支路的電流分別為： 由此可得出電阻網(wǎng)絡(luò)的輸出電流：001122334122222DDDDIIRO00112233422222DDDDRUR001122334122222DDDDRRUIRUFROFO運(yùn)算放大器輸出的模擬電壓UO為如果輸入的是n位二進(jìn)制數(shù)，則001122334122222DDDDRRUIRUFROFO00112211422222DDDDRRUUnnnnFRO 當(dāng)取

12、RF=R時(shí)，則上式為 即輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量成正比關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了數(shù)/模轉(zhuǎn)換。 倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器是D/A轉(zhuǎn)換器中速度最快的一種，使用最為廣泛。 00112211422222DDDDUUnnnnRO二、DAC的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率2.轉(zhuǎn)換誤差 3.轉(zhuǎn)換速度 1.分辨率 分辨率是指對(duì)輸出最小電壓的分辨能力。它用輸入數(shù)碼只有最低有效位為1時(shí)的輸出電壓與輸入數(shù)碼全為1時(shí)輸出滿量程電壓之比來(lái)表示，即121n分辨率2.轉(zhuǎn)換誤差 又稱轉(zhuǎn)換精度，表示DAC輸出電壓的實(shí)際值與理想值之差。常用最低有效位（LSB）的倍數(shù)表示，例如某DAC的轉(zhuǎn)換誤差是LSB，就是輸出模擬電壓的絕對(duì)誤差等于輸入二進(jìn)制數(shù)為最低位

13、為1時(shí)輸出電壓的一半。因此，轉(zhuǎn)換誤差與位數(shù)有關(guān)，位數(shù)越多，LSB愈小，精度則愈高。3.轉(zhuǎn)換速度 轉(zhuǎn)換速度是指從輸入數(shù)字信號(hào)起，到輸出電流或電壓達(dá)到穩(wěn)態(tài)值所需要的時(shí)間。因此，也稱作輸出建立時(shí)間。一般位數(shù)越多，轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)。也就是說(shuō)精度與速度是相互矛盾的。第四節(jié) 運(yùn)算放大器LM324nLM324是四運(yùn)放集成電路,它采用14腳雙列直插塑料封裝,外形如圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器, 除電源共用外,四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示,它有5個(gè)引出腳,其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端,“V+”、“V-”為正、負(fù)電源端,“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中,Vi-

14、（-）為反相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反;Vi+（+）為同相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。 引腳圖同相放大電路U3ALM324N321141U3BLM324N561147R110kR210kR410k789V212 V 1100V30.2 Vrms 1kHz 0 0XSC2ABExt Trig+_+_12100T R I G2O U T3R ST4C V O L T5T H R6D I SC7V C C8G N D1U 2N E 5 5 5 ND S1L E D 0V in31V o u t2G N DU 11 1 1 7 5 .0C 21 0 4

15、C 11 0 u F12JP 1P o w e r12JP 2U o u tS1R 43 0 0+ 9 V+ 5 VC 41 0 4C 31 0 4R 21 0 kR 11 0 kP CSR1P E9C E T1 0C E P7C L K2T C1 5P 03Q 01 4P 14Q 11 3P 25Q 21 2P 36Q 31 1V C C1 6G N D8U 6SN 7 4 h c 1 6 1 A N+ 5 VP CY 02Y 11Z 13Z4V C C1 6Z 05E N6X 11 3V E E7G N D8X 01 2C9B1 0A1 1Y1 5X1 4U 4C D 4 0 5 3 B C NY 02Y 11Z 13Z4V C C1 6Z 05E N6X 11 3V E E7G N D8X 01 2C9B1 0A1 1Y1 5X1 4U 5C D