電子線路分析與應(yīng)用-梁玉國(guó)王平課件學(xué)習(xí)情境八：數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)

情境一：數(shù)字電壓表的制作

明確任務(wù)：熟悉數(shù)字電壓表的組成掌握A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器的原理熟悉數(shù)字電壓表電路的設(shè)計(jì)及硬件的調(diào)試

資訊基礎(chǔ)知識(shí)一、數(shù)字電壓表的組成數(shù)字電壓表主要由模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)控制電路、顯示電路等三部分組成。數(shù)字電壓表的結(jié)構(gòu)組成框圖如圖10.3所示。圖10.3數(shù)字電壓表組成框圖

二、AD轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換是將模擬電量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，使輸出的數(shù)字量與輸入的模擬電量成正比。實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換功能的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（AD）。1.轉(zhuǎn)換原理

圖10.4AD轉(zhuǎn)換器工作原理圖

（1）取樣定理認(rèn)識(shí)二極管

（2）.量化和編碼圖10.7劃分量化電平的兩種方法

2.取樣—保持電路（1）.電路組成及工作原理N溝道MOS管T作為取樣開關(guān)用。圖10.8取樣—保持電路的基本形式

（2）.改進(jìn)電路及其工作原理圖10.9單片集成取樣—保持電路LE198的電路原理圖及符號(hào)

3技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率。

圖10.10模擬量與數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

（2）轉(zhuǎn)換精度。指在輸出端產(chǎn)生給定的數(shù)字量，實(shí)際輸入的模擬值與理論輸入的模擬值之間的偏差。反應(yīng)ADC的實(shí)際輸出接近理想輸出的精確程度。由于在一定范圍內(nèi)的模擬值產(chǎn)生相同的數(shù)字量，故取該范圍內(nèi)的中間模擬值計(jì)算。（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換率。轉(zhuǎn)換時(shí)間指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，從啟動(dòng)信號(hào)開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定數(shù)字量的時(shí)間。轉(zhuǎn)換率與轉(zhuǎn)換時(shí)間互為倒數(shù)關(guān)系。

4.分類（1）按照工作原理分為計(jì)數(shù)式ADC、雙積分式ADC、逐次逼近式ADC以及并行式ADC。（2）按模擬量輸入方式分為單極性ADC與雙極性ADC。（3）按數(shù)字量輸出方式分為并行ADC與串行ADC。（4）按分辨率分為4位、6位、8位、10位、12位、14位、16位、、、。（5）按轉(zhuǎn)換速度分為低速、中速、高速、超高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間分別為≥1s、≤1ms、≤1us、≤1ns）。（6）按轉(zhuǎn)換精度分為低精度、中精度、高精度、超高精度。（7）按輸出是否帶三態(tài)緩沖分為帶可控三態(tài)緩沖ADC（如：ADC0809）與不帶可控三態(tài)緩沖ADC（如：AD570、ADC1210）。

5.幾種常見類型的AD轉(zhuǎn)換器（1）并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器

（2）逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器圖10.124位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器的邏輯電路

三、DA轉(zhuǎn)換器1.轉(zhuǎn)換原理圖10.13D/A轉(zhuǎn)換器的輸入、輸出關(guān)系框圖圖10.143位D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換特性

圖10.15倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器

2.技術(shù)指標(biāo)（1）

轉(zhuǎn)換精度。D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度通常用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來(lái)描述。（2）分辨率。D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能被分離的等級(jí)數(shù)。（3）轉(zhuǎn)換誤差（4）建立時(shí)間（tset）（5）轉(zhuǎn)換速率（SR）（6）溫度系數(shù)

3.其他類型的DA轉(zhuǎn)換器（1）

權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器圖10.16權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器的原理電路

（2）．采用具有電流負(fù)反饋的BJT恒流源電路的權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器圖10.17權(quán)電流D/A轉(zhuǎn)換器的實(shí)際電路

（3）權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例圖10.18權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器DAC0808的電路結(jié)構(gòu)框圖

圖10.25DAC0808D/A轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用

任務(wù)分析——數(shù)字電壓表的制作一、電路原理與元器件作用1.工作任務(wù)電路整體結(jié)構(gòu)圖圖10.26數(shù)字電壓表原理圖

二、電路元器件參數(shù)及其功能序號(hào)名稱型號(hào)及參數(shù)功能1模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換2數(shù)碼顯示器BS12.7R-1數(shù)字顯示3電容0.33pf組成振蕩器4晶振12M組成振蕩器5R14.7k調(diào)節(jié)電壓6單片機(jī)AT89S51核心控制器計(jì)劃：分小組進(jìn)行任務(wù)討論，給出解決方案，自己確定是否可行。

要求要有自己獨(dú)創(chuàng)性的思路，避免千篇一律。

子情境四：主軸轉(zhuǎn)速異常故障診斷與維修決策：分組討論，寫出針對(duì)故障的分析報(bào)告，對(duì)各小組學(xué)習(xí)分析結(jié)果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)及指導(dǎo)，確定是否合理可行，應(yīng)如何改進(jìn)。

子情境四：主軸轉(zhuǎn)速異常故障診斷與維修評(píng)價(jià)與作業(yè)

評(píng)價(jià)：（1）根據(jù)學(xué)生報(bào)告情況進(jìn)行分析，從好與不足兩方面實(shí)事求是的進(jìn)行評(píng)價(jià)；（2）進(jìn)行差異評(píng)價(jià)和鼓勵(lì)評(píng)價(jià)；（3）進(jìn)行學(xué)習(xí)態(tài)度和主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，多鼓勵(lì)；（4）提醒學(xué)生將筆記報(bào)告存檔管理，以備后用。圖10.26是一個(gè)數(shù)控直流電流源的整體設(shè)計(jì)原理框圖，分析模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器的作用，并對(duì)模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行選型。圖1