《數(shù)字電子技術(shù)與應(yīng)用項(xiàng)目教程》課件 寧慧英 任務(wù)5 -7認(rèn)識(shí)脈沖信號(hào)的產(chǎn)生于變換電路、多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作、認(rèn)識(shí)A-D與D-A轉(zhuǎn)換技術(shù)

任務(wù)5秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作

——認(rèn)識(shí)脈沖信號(hào)的產(chǎn)生與變換電路教學(xué)目錄5.1多諧振蕩器5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器124.3施密特觸發(fā)器35.4555定時(shí)器的應(yīng)用45.5任務(wù)的實(shí)現(xiàn)5概述

一、脈沖信號(hào)所謂脈沖信號(hào)，就是在瞬間突然變化、作用時(shí)間極短的電壓或電流。它可能是周期性的，也可能是非周期性或單次的脈沖。概述

二、脈沖信號(hào)的主要參數(shù)脈沖上升時(shí)間（前沿）脈沖幅度脈沖下降時(shí)間（后沿）脈沖寬度脈沖周期占空比概述

三、脈沖波形的產(chǎn)生（1）利用振蕩器電路直接產(chǎn)生所需要的矩形脈沖，這種方式不需要外加觸發(fā)信號(hào)，只需要電路的電源，這種電路稱為多諧振蕩電路。（2）通過(guò)各種整形電路，把已有的周期性變化波形變換為符合要求的矩形脈沖，電路自身不能產(chǎn)生脈沖信號(hào)。常用的電路有單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和施密特觸發(fā)器。5.1多諧振蕩器5.1.1門(mén)電路構(gòu)成的多諧振蕩器1.對(duì)稱式多諧振蕩器D1和D2是兩個(gè)反相器。C1和C2是兩個(gè)耦合電容，C1=C2=C，RF1和RF2是兩個(gè)反饋電阻，且RF1=RF2=RF，反相器D3做整形緩沖電路。若D門(mén)的閾值電壓UTH=VDD/2，則振蕩周期T≈1.4RFC

5.1多諧振蕩器5.1.1門(mén)電路構(gòu)成的多諧振蕩器2.帶RC的環(huán)形多諧振蕩器R為限流電阻，一般取100Ω，電位器RP≤1kΩ。電路利用電容C的充、放電來(lái)控制P點(diǎn)的電位VP，從而控制非門(mén)的開(kāi)啟，形成多諧振蕩。5.1多諧振蕩器5.1.1門(mén)電路構(gòu)成的多諧振蕩器2.帶RC的環(huán)形多諧振蕩器帶RC的環(huán)形多諧振蕩器工作波形如圖所示。T≈2.2RPC5.1多諧振蕩器5.1.2石英晶體多諧振蕩器石英晶體的頻率穩(wěn)定性非常高，誤差只有10-6～10-11，因此在頻率穩(wěn)定性要求較高的場(chǎng)合多采用石英晶體振蕩器。5.1多諧振蕩器5.1.2石英晶體多諧振蕩器圖a所示電路中f0通常為幾兆赫到幾十兆赫。圖b~d是另外幾種常用的石英晶體振蕩器，其中圖b中的f0=100kHz；c、d中的f0=32768Hz=215Hz，常用作數(shù)字電子鐘中的時(shí)標(biāo)信號(hào)。5.1多諧振蕩器5.1.3555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器1.555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

555定時(shí)器為數(shù)字—模擬混合集成電路?？僧a(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個(gè)5KΩ的電阻分壓器，故稱555。在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用。8腳雙列直插型8腳T0-99型14腳雙列直插型

12各公司生產(chǎn)的555定時(shí)器的邏輯功能與外引線排列都完全相同。

雙極型產(chǎn)品CMOS產(chǎn)品單555型號(hào)的最后幾位數(shù)碼5557555雙555型號(hào)的最后幾位數(shù)碼5567556優(yōu)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)能力較大低功耗、高輸入阻抗電源電壓工作范圍5~16V3~18V負(fù)載電流可達(dá)200mA可達(dá)4mA5.1多諧振蕩器5.1.3555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器1.555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理5.1多諧振蕩器5.1.3555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器1.555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理電阻分壓器電壓比較器基本RS觸發(fā)器輸出緩沖反相器集電極開(kāi)路輸出三極管控制電壓閾值輸入觸發(fā)輸入DISVC1放電端VC25.1多諧振蕩器5.1.3555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器VC1VC2CO外接電壓UCO時(shí)低電平有效的復(fù)位輸入端正常工作時(shí)，處于高電平輸出為0時(shí)，T導(dǎo)通，輸出為1時(shí)，T截止。用于提高電路的負(fù)載能力。U＋＞U－時(shí)，

輸出高電平，反之則輸出低電平。1.555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理當(dāng)TH＞2/3VCC，

TR＞1/3VCC時(shí)，R=0、S=1，T導(dǎo)通，V0=0VC1VC2當(dāng)TH＜2/3VCC，

TR＜1/3VCC時(shí)，R=1、S=0，T截止，V0=1當(dāng)TH＜2/3VCC，

TR＞1/3VCC時(shí)，R=1、S=1，V0保持由上可得如下口訣：大于、大于、出0；小于、小于、出1；小于、大于、保持1.555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

16555定時(shí)器的功能表TH接至反相輸入端，當(dāng)TH＞2/3UCC時(shí)，UC1輸出低電平，使觸發(fā)器置0，故稱為高觸發(fā)端；TR接至同相輸入端，當(dāng)TR＜UR2時(shí)，UC2輸出低電平，使觸發(fā)器置1，故稱為低觸發(fā)端。1.555定時(shí)器的結(jié)構(gòu)和工作原理接通電源，VCC經(jīng)R1、R2對(duì)電容C充電，當(dāng)uc=2/3VCC時(shí)，uo翻轉(zhuǎn)為低電平。同時(shí)，T飽和導(dǎo)通，C經(jīng)R2對(duì)DIS端放電。電路進(jìn)入第一暫穩(wěn)態(tài)。在電容C放電過(guò)程中，uc隨之下降。當(dāng)下降到1/3VCC時(shí)，輸出uo由低電平翻轉(zhuǎn)到高電平，放電管T截止，電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)。電路進(jìn)入第二暫穩(wěn)態(tài)后，T處于截止?fàn)顟B(tài)。VCC又經(jīng)R1、R2對(duì)C充電。當(dāng)uc充到2/3VCC時(shí)，輸出由高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，電路返回到第一暫穩(wěn)態(tài)。此后電路交替進(jìn)行充、放電，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而輸出周期性的矩形脈沖。2.555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器結(jié)構(gòu)和工作原理電容C充電τ充=(R1+R2)C電容C放電τ放=R2C振蕩周期為：T≈0.7(R1+2R2)C占空比為：

2.555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器結(jié)構(gòu)和工作原理3.占空比的多諧振蕩器充電回路變?yōu)閂CC→R1→VD1→C→地。

放電回路變?yōu)镃→VD2→R2→DIS→地。將充放電回路分開(kāi)，并接入調(diào)節(jié)元件，如圖所示，就構(gòu)成一個(gè)占空比可調(diào)的矩形脈沖發(fā)生器。調(diào)節(jié)范圍為10%～90%。5.1多諧振蕩器5.1.3555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器【例5-1】圖示是簡(jiǎn)易溫控報(bào)警電路，試分析電路的工作原理。555定時(shí)器構(gòu)成了一個(gè)多諧振蕩器。常溫下ICEO隨溫度升高而快速增大。當(dāng)溫度低于設(shè)定溫度值時(shí)，ICEO較小，復(fù)位端(4腳)為低電平，振蕩電路不工作，揚(yáng)聲器不發(fā)聲。當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度值時(shí)，ICEO較大，復(fù)位端(4腳)的電位為高電平，振蕩電路開(kāi)始工作，揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲音。5.1多諧振蕩器5.1.3555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器【例5-2】圖示電路是用555定時(shí)器構(gòu)成的電子雙音門(mén)鈴電路，試分析其工作原理。

5.1多諧振蕩器5.1.3555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器解：在圖示電路中，555定時(shí)器構(gòu)成了一個(gè)多諧振蕩器。

當(dāng)按鈕SB按下時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，+VCC經(jīng)VD2向C3充電，P點(diǎn)電位迅速充至+VCC，復(fù)位解除；由于VD1將R3旁路，+VCC經(jīng)VD1、R1、R2向C充電，充電時(shí)間常數(shù)為(R1+R2)C，放電時(shí)間常數(shù)為R2C，多諧振蕩器產(chǎn)生高頻振蕩，揚(yáng)聲器發(fā)出高音。

當(dāng)按鈕SB松開(kāi)時(shí)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，由于電容C3儲(chǔ)存的電荷經(jīng)R4放電要維持一段時(shí)間，在P點(diǎn)電位降至復(fù)位電平之前，電路將繼續(xù)維持振蕩。但此時(shí)+VCC經(jīng)R3、R1、R2向C充電，充電時(shí)間常數(shù)增加為(R3+R1+R2)C，放電時(shí)間常數(shù)仍為R2C，多諧振蕩器產(chǎn)生低頻振蕩，揚(yáng)聲器發(fā)出低音。

當(dāng)電容C3持續(xù)放電，使P點(diǎn)電位降至555的復(fù)位電平以下時(shí)，多諧振蕩器停止振蕩，揚(yáng)聲器停止發(fā)聲。

調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，可以改變高、低音發(fā)聲頻率以及低音維持時(shí)間。5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)：(1)它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)工作狀態(tài)，在沒(méi)有受到外界觸發(fā)脈沖作用的情況下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器保持在穩(wěn)態(tài)；(2)在外界觸發(fā)脈沖作用下，能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間以后，再自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)；(3)暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)，與觸發(fā)脈沖的寬度和幅度無(wú)關(guān)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在數(shù)字系統(tǒng)中應(yīng)用很廣泛，通常用于脈沖信號(hào)的展寬、延時(shí)及整形。5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5.2.1CMOS門(mén)構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.當(dāng)ui為高電平(無(wú)觸發(fā)信號(hào))時(shí)，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)，uo1=0，uo2=1。2.當(dāng)在輸入端加負(fù)觸發(fā)脈沖時(shí)，電路迅速進(jìn)入暫穩(wěn)狀態(tài)，uo1=1，uo2=0。3.電路在暫穩(wěn)態(tài)期間，uo1對(duì)電容充電，使uC

按指數(shù)規(guī)律上升，uR按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)uR下降到D2門(mén)的閾值電壓時(shí)，電路自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。4.暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，電容C上已充有一定的電壓，因此，電路返回穩(wěn)態(tài)后需經(jīng)C的放電過(guò)程，電容上的電壓才能恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的數(shù)值，這一過(guò)程即為恢復(fù)過(guò)程?；蚍情T(mén)構(gòu)成，低電平觸發(fā)5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5.2.1CMOS門(mén)構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5.2.1CMOS門(mén)構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器也可以由或非門(mén)構(gòu)成，高電平觸發(fā)。5.2.2555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

27工作原理：穩(wěn)態(tài)為0低觸發(fā)有效置1T截止，C充電自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)0提高基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定性的濾波電容輸出脈沖的寬度tw≈1.1RC。當(dāng)觸發(fā)脈沖uI為高電平時(shí)，VCC通過(guò)R對(duì)C充電，當(dāng)TH=uC≥2/3VCC時(shí)，高觸發(fā)端TH有效置0；此時(shí)，放電管導(dǎo)通，C放電，TH=uC=0。穩(wěn)態(tài)為0狀態(tài)。此時(shí)放電管T截止，VCC通過(guò)R對(duì)C充電。當(dāng)TH=uC≥2/3VCC時(shí)，使高觸發(fā)端TH有效，置0狀態(tài)，電路自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，此時(shí)放電管T導(dǎo)通。電路返回穩(wěn)態(tài)后，C通過(guò)導(dǎo)通的放電管T放電，使電路迅速恢復(fù)到初始狀態(tài)。T導(dǎo)通，C放電5.2.2555定時(shí)器構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器【例5-3】圖示電路為555定時(shí)器構(gòu)成的觸摸定時(shí)控制開(kāi)關(guān)，試分析其工作原理。解：圖示電路中555定時(shí)器接成了一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，當(dāng)用手觸摸金屬片時(shí)，由于人體的感應(yīng)電壓，相當(dāng)于在觸發(fā)輸入端(2腳)加入了一個(gè)負(fù)脈沖，電路被觸發(fā)，轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)狀態(tài)，輸出高電平，燈泡被點(diǎn)亮。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間(tw)后，電路自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，輸出低電平，燈泡熄滅。燈泡點(diǎn)亮的時(shí)間為

調(diào)節(jié)R、C的取值，可控制燈泡點(diǎn)亮的時(shí)間。5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5.2.3集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不可重復(fù)觸發(fā)型可重復(fù)觸發(fā)型不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器一旦被觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)以后，再加入觸發(fā)脈沖不影響電路的工作過(guò)程，必須在暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束以后，才能接收下一個(gè)觸發(fā)脈沖而轉(zhuǎn)入暫穩(wěn)態(tài)?？芍貜?fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在電路被觸發(fā)而進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)期間，如果再次加入觸發(fā)脈沖，電路將重新被觸發(fā)，輸出脈沖再繼續(xù)維持一個(gè)寬度。不可重復(fù)觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器741215.2.3集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5.2.3集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121邏輯功能表5.2.3集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的外部元件連接使用外接電阻Rext/Cext

（下降沿有效）使用內(nèi)接電阻Rin

（上升沿有效）5.2.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1.脈沖整形2.脈沖定時(shí)脈沖定時(shí)5.2.4單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用5.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器3.脈沖延時(shí)5.3.1門(mén)電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器5.3施密特觸發(fā)器

施密特觸發(fā)器可以把輸入緩慢變化的不規(guī)則波形整形成為適合數(shù)字電路所需要的矩形脈沖。它有兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，這兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換和狀態(tài)的維持都依賴于外加觸發(fā)信號(hào)。uo=1，電路處于第一穩(wěn)態(tài)。uo=0，電路處于第二穩(wěn)態(tài)。在ui上升過(guò)程中，只要ui>UT+，觸發(fā)器由第一穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到第二穩(wěn)態(tài)。在ui下降過(guò)程中，只要ui<UT-，觸發(fā)器由第二穩(wěn)態(tài)返回到第一穩(wěn)態(tài)。UT+稱為正向閾值電壓。UT-稱為反向閾值電壓?；夭?.3.2555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器5.3施密特觸發(fā)器0≤ui<1/3Vcc時(shí)，uo=uOH。1/3Vcc≤ui<2/3Vcc時(shí)，保持，uo=uOH。2/3Vcc≤ui時(shí)，uo=uOL。1/3Vcc≤ui<2/3Vcc時(shí)，保持，uo=uOL。0≤ui<1/3Vcc時(shí)，uo=uOH。如果在UIC加上控制電壓，則可以改變UT+和UT－5.3.2555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器5.3施密特觸發(fā)器電路的回差電壓為：5.3.3集成施密特觸發(fā)器5.3施密特觸發(fā)器5.3.4施密特觸發(fā)器的應(yīng)用5.3施密特觸發(fā)器1.波形變換利用施密特觸發(fā)器能很方便地將連續(xù)變化的正弦波或三角波變換成矩形波。5.3.4施密特觸發(fā)器的應(yīng)用5.3施密特觸發(fā)器2.脈沖整形5.3.4施密特觸發(fā)器的應(yīng)用5.3施密特觸發(fā)器3.脈沖幅度鑒別5.3.4施密特觸發(fā)器的應(yīng)用5.3施密特觸發(fā)器圖a示電路為冰箱中的溫度控制系統(tǒng)。設(shè)傳感器的輸出變化為1V/℃，傳感器的輸出波形如圖b所示，將冰箱的溫度控制在4~6℃之間。試分析電路的工作原理，并說(shuō)明采用施密特觸發(fā)器作為溫度比較器的好處。由于傳感器的輸出為1V/℃，若將冰箱的溫度控制在4℃~6℃之間，則施密特觸發(fā)器的UT+=6V，UT-=4V。故當(dāng)u1＜4V時(shí)，施密特觸發(fā)器輸出高電平，即u2=1，冰箱壓縮機(jī)不工作；5.3.4施密特觸發(fā)器的應(yīng)用5.3施密特觸發(fā)器當(dāng)4V≤u1＜6V時(shí)，施密特觸發(fā)器保持原來(lái)的狀態(tài)，輸出仍為高電平，即u2=1，冰箱壓縮機(jī)不工作；當(dāng)u2

≥6V時(shí)，施密特觸發(fā)器輸出低電平，即u2=0，冰箱壓縮機(jī)工作，使溫度迅速降低。施密特觸發(fā)器輸出波形如圖所示，在u2低電平期間，冰箱壓縮機(jī)工作。采用施密特觸發(fā)器后，冰箱壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)間間隔長(zhǎng)，可以避免壓縮機(jī)過(guò)于頻繁工作，延長(zhǎng)壓縮機(jī)的使用壽命，同時(shí)減少噪聲。5.4555定時(shí)器的應(yīng)用訓(xùn)練1.訓(xùn)練目的2.設(shè)備與器件1)熟悉555型集成時(shí)基電路結(jié)構(gòu)、工作原理及其特點(diǎn)。2)掌握555型集成時(shí)基電路的基本應(yīng)用。5V直流電源，邏輯電平顯示器，邏輯電平開(kāi)關(guān)，雙蹤示波器，連續(xù)脈沖器，單次脈沖器，555定時(shí)器×2，74LS161×1，74LS138×1，電位器、電阻、電容若干。3.訓(xùn)練要求用555定時(shí)器和74LS161、74LS138設(shè)計(jì)完成一個(gè)8路循環(huán)燈電路。5.4555定時(shí)器的應(yīng)用訓(xùn)練4.訓(xùn)練內(nèi)容圖中的555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器電路，產(chǎn)生的矩形脈沖作為74LS161的計(jì)數(shù)脈沖，其三路輸出作為74LS138的輸入，隨著計(jì)數(shù)的進(jìn)行，74LS138譯碼，

循環(huán)輸出低電平，則8路發(fā)光二極管將循環(huán)被點(diǎn)亮。5.5秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作5.5.1秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)秒脈沖發(fā)生器是由振蕩器和分頻器構(gòu)成的。振蕩器是數(shù)字鐘的核心，它的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高，但這樣會(huì)使分頻器的級(jí)數(shù)增加，所以，在確定振蕩器頻率時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮兩方面的因素，然后在選定石英晶體型號(hào)。5.5秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作5.5.1秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)如果精度要求不高，也可以采用由集成邏輯門(mén)與RC組成的時(shí)鐘源振蕩器或由集成555定時(shí)器與RC組成的多諧振蕩器。這里設(shè)振蕩頻率fo

=103Hz，則經(jīng)過(guò)3級(jí)十分頻電路即可得到1Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖。555定時(shí)器構(gòu)成的秒脈沖發(fā)生器如圖所示。5.5秒脈沖發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作5.5.2秒脈沖發(fā)生器的安裝與調(diào)試任務(wù)6多功能數(shù)字鐘的設(shè)計(jì)與制作教學(xué)目錄6.1整體電路的設(shè)計(jì)6.2電路的裝調(diào)126.1整體電路的設(shè)計(jì)

任務(wù)要求：設(shè)計(jì)一個(gè)多功能數(shù)字鐘，該數(shù)字鐘具有準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，以數(shù)字形式顯示時(shí)、分、秒的時(shí)間和校時(shí)功能，同時(shí)能仿廣播電臺(tái)正點(diǎn)報(bào)時(shí)。在計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)電路還可以進(jìn)行校時(shí)和校分，為了使電路簡(jiǎn)單所設(shè)計(jì)的電路可以不具備校秒的功能。具體要求如下：1)具有時(shí)、分、秒記數(shù)顯示功能，以24小時(shí)循環(huán)計(jì)時(shí)。2)要求數(shù)字鐘具有清零、調(diào)節(jié)小時(shí)、分鐘功能。3)具有整點(diǎn)報(bào)時(shí)，整點(diǎn)報(bào)時(shí)聲響為仿廣播電臺(tái)報(bào)時(shí)：四低一高，最后一響為整點(diǎn)。1.數(shù)字鐘的邏輯關(guān)系數(shù)字鐘電路一般由時(shí)鐘源(秒脈沖發(fā)生器)、計(jì)數(shù)器、譯碼顯示電路、校時(shí)和整點(diǎn)報(bào)時(shí)等幾部分組成，各部分的邏輯關(guān)系如圖所示。6.1整體電路的設(shè)計(jì)2.數(shù)字鐘的系統(tǒng)框圖6.1整體電路的設(shè)計(jì)秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位

小時(shí)計(jì)數(shù)器按照24進(jìn)制規(guī)律計(jì)數(shù)

秒計(jì)數(shù)器計(jì)滿60后向分計(jì)數(shù)器進(jìn)位

計(jì)時(shí)出現(xiàn)誤差時(shí)可以用校時(shí)電路進(jìn)行校時(shí)、校分、校秒

計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)譯碼器送顯示器

1.振蕩電路的裝調(diào)6.2電路的裝調(diào)

振蕩器是數(shù)字鐘的核心。振蕩器的穩(wěn)定度及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，通常選用石英晶體構(gòu)成振蕩器電路。一般來(lái)說(shuō)，振蕩器的頻率越高，計(jì)時(shí)精度越高。

電子手表集成電路(如5C702)中的晶體振蕩器電路，常取晶振的頻率為32768Hz，因其內(nèi)部有15級(jí)2分頻集成電路，所以輸出端正好可得到1Hz的標(biāo)準(zhǔn)脈沖如果精度要求不高也可以采用由集成邏輯門(mén)與RC組成的時(shí)鐘源振蕩器或由集成電路定時(shí)器555與RC組成的多諧振蕩器。這里設(shè)振蕩頻率fo=103Hz。

1.振蕩電路的裝調(diào)6.2電路的裝調(diào)1.振蕩電路的裝調(diào)6.2電路的裝調(diào)2.分頻電路的裝調(diào)6.2電路的裝調(diào)分頻器的功能主要有兩個(gè)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖信號(hào)提供功能擴(kuò)展電路所需要的信號(hào)，如仿電臺(tái)報(bào)時(shí)用的1kHz的高音頻信號(hào)和500Hz的低音頻信號(hào)等選用3片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器可以完成上述功能。第1片的Q0端輸出頻率為500Hz，第2片的Q3端輸出為10Hz，第3片的Q3端輸出為1Hz。2.分頻電路的裝調(diào)6.2電路的裝調(diào)2.分頻電路的裝調(diào)6.2電路的裝調(diào)2.分頻電路的裝調(diào)6.2電路的裝調(diào)3.計(jì)時(shí)與譯碼顯示電路的裝調(diào)6.2電路的裝調(diào)6.2電路的裝調(diào)由數(shù)字鐘系統(tǒng)組成框圖按照信號(hào)的流向分級(jí)安裝，逐級(jí)級(jí)聯(lián)，這里的每一級(jí)是指組成數(shù)字鐘的各功能電路級(jí)聯(lián)時(shí)如果出現(xiàn)時(shí)序配合不同步，或尖峰脈沖干擾，引起邏輯混亂，可以增加多級(jí)邏輯門(mén)來(lái)延時(shí)如果顯示字符變化很快，模糊不清，可能是由于電源電流的跳變引起的，可在集成電路器件的電源端VCC加退耦濾波電容。通常用幾十微法的大電容與0.01

F的小電容相并聯(lián)6.2電路的裝調(diào)任務(wù)7三位半直流數(shù)字電壓表的設(shè)計(jì)與制作——認(rèn)識(shí)A-D與D-A轉(zhuǎn)換電路教學(xué)目錄7.1D-A轉(zhuǎn)換技術(shù)7.2A-D轉(zhuǎn)換技術(shù)127.3ADC0809和DAC0832使用37.4任務(wù)的實(shí)現(xiàn)47.1D-A轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.1.1D-A轉(zhuǎn)換器

D-A轉(zhuǎn)換的作用是將數(shù)字信號(hào)量轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)量。完成D-A轉(zhuǎn)換的電路叫D-A轉(zhuǎn)換器。D-A轉(zhuǎn)換器的種類很多，有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D-A轉(zhuǎn)換器、T形和倒T形網(wǎng)絡(luò)D-A轉(zhuǎn)換器、權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)D-A轉(zhuǎn)換器等。圖7-1所示電路由權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)電子模擬開(kāi)關(guān)和放大器兩部分組成。圖7-14位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D-A轉(zhuǎn)換器7.1D-A轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.1.1D-A轉(zhuǎn)換器圖7-14位權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D-A轉(zhuǎn)換器7.1D-A轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.1.2D-A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率分辨率是說(shuō)明D-A轉(zhuǎn)換器輸出最小電壓的能力。它是指D-A轉(zhuǎn)換器模擬輸出所產(chǎn)生的最小輸出電壓ULSB（對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)字量?jī)H最低位為1）與最大輸出電壓UFSR（對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)字量各有效位全為1）之比，即例如，對(duì)于8位DAC，其分辨率為對(duì)于10位DAC，其分辨率為如果輸出模擬電壓為10V，則8位和10位DAC能分辨的最小電壓分別為0.04V和0.00978V。所以，D-A轉(zhuǎn)換器位數(shù)越多，分辨輸出最小電壓的能力越強(qiáng)。7.1D-A轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.1.2D-A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)2.轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度是指D-A轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的模擬電壓值與理論輸出模擬電壓值之間的最大誤差，常以百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。例如某D-A轉(zhuǎn)換器的輸出模擬電壓滿刻度值為10V，轉(zhuǎn)換精度為2%，則其輸出電壓的最大誤差為10V×2%=200mV。轉(zhuǎn)換精度是一個(gè)綜合指標(biāo)，不僅與器件參數(shù)精度有關(guān)，而且還與環(huán)境溫度、運(yùn)算放大器的溫漂以及D-A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)，一般情況下要求D-A轉(zhuǎn)換器的誤差小于ULSB/2。3.轉(zhuǎn)換時(shí)間指D-A轉(zhuǎn)換器從輸入數(shù)字信號(hào)開(kāi)始到輸出模擬電壓或電流達(dá)到穩(wěn)定值時(shí)所用的時(shí)間，即轉(zhuǎn)換器的輸入變化為滿度值(輸入由全1變?yōu)槿?，或由全0變?yōu)槿?)時(shí)，其輸出達(dá)到穩(wěn)定值所需要的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間越小，D-A轉(zhuǎn)換器的工作速度就越快。7.1D-A轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.1.3集成D-A轉(zhuǎn)換器器件介紹1.DAC0832電路結(jié)構(gòu)和引腳功能集成D-A轉(zhuǎn)換器器件種類較多，下面以DAC0832為例簡(jiǎn)單介紹。圖7-2DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖7.1D-A轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.1.3集成D-A轉(zhuǎn)換器器件介紹1.DAC0832電路結(jié)構(gòu)和引腳功能D0~D7：數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平。ILE：輸入允許信號(hào)端，高電平有效。：片選信號(hào)輸入線，低電平有效。

：數(shù)據(jù)輸入選通信號(hào)端(或稱寫(xiě)輸入信號(hào)端)，低電平有效。：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)端。：為DAC寄存器寫(xiě)選通信號(hào)端。IO1：模擬電流輸出端。IO2：模擬電流輸出端，其值與IO1之和為一常數(shù)。7.1D-A轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.1.3集成D-A轉(zhuǎn)換器器件介紹1.DAC0832電路結(jié)構(gòu)和引腳功能RF：為外接運(yùn)算放大器提供的反饋電阻引出端，改變RF端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度。VCC：電源接線端（5~15V）。VREF：基準(zhǔn)電壓接線端

（-10~10V）ADND：模擬電路接地端。DDND：數(shù)字電路接地端，通常與模擬電路接地端在基準(zhǔn)電源處相連。DAC0832的D-A轉(zhuǎn)換結(jié)果采用電流形式（IO1、IO2）輸出。若需要相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，可通過(guò)一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。7.1D-A轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.1.3集成D-A轉(zhuǎn)換器器件介紹2.DAC0832工作特點(diǎn)和使用方法因?yàn)橛袃杉?jí)鎖存器，DAC0832可以工作在雙緩沖器方式，即在輸出模擬信號(hào)的同時(shí)采集下一個(gè)數(shù)字量。此外，兩級(jí)鎖存器還可以在多個(gè)D-A轉(zhuǎn)換器同時(shí)工作時(shí)，利用第二級(jí)鎖存信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)轉(zhuǎn)換器同步輸出。由于DAC0832中不包含運(yùn)算放大器，所以需要外接運(yùn)算放大器，才能構(gòu)成完整的D-A轉(zhuǎn)換器。7.2A-D轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.2.1A-D轉(zhuǎn)換原理A-D轉(zhuǎn)換的作用是將模擬信號(hào)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)量。完成A-D轉(zhuǎn)換的電路稱為A-D轉(zhuǎn)換器，或?qū)憺锳DC。圖7-5A-D轉(zhuǎn)換一般過(guò)程7.2A-D轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.2.1A-D轉(zhuǎn)換原理1.采樣和保持采樣就是對(duì)連續(xù)變化的模擬信號(hào)作等間隔的抽取樣值，也就是對(duì)連續(xù)變化的模擬信號(hào)作周期性的測(cè)量。根據(jù)采樣定理，理論上只要滿足fs≥2fimax（式中fs是采樣頻率，fimax是信號(hào)中所包含最高次諧波分量的頻率），就能將

不失真地還原成

。由于電路元件不可能達(dá)到理想要求，通常取fs＞5fimax，才能保證還原后信號(hào)不失真。7.2A-D轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.2.1A-D轉(zhuǎn)換原理2.量化和編碼將采樣后的樣值電平歸化到與之接近的離散電平上，這個(gè)過(guò)程稱為量化。將量化的數(shù)值用二進(jìn)制代碼表示，稱為編碼。7.2A-D轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.2.2A-D轉(zhuǎn)換器A-D轉(zhuǎn)換器有直接A-D轉(zhuǎn)換器和間接A-D轉(zhuǎn)換器兩大類。

直接A-D轉(zhuǎn)換器是通過(guò)一套基準(zhǔn)電壓與取樣-保持電壓進(jìn)行比較，從而直接將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其特點(diǎn)是工作速度高，轉(zhuǎn)換精度容易保證，調(diào)準(zhǔn)也比較方便。直接A-D轉(zhuǎn)換器有計(jì)數(shù)型、逐次比較型、并行比較型等。

間接A-D轉(zhuǎn)換器是將取樣后的模擬信號(hào)先轉(zhuǎn)換成中間變量時(shí)間t或頻率f，然后再將t或f轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其特點(diǎn)是工作速度較低，但轉(zhuǎn)換精度可以做得較高，且抗干擾性強(qiáng)。間接A-D轉(zhuǎn)換器有單次積分型、雙積分型等。7.2A-D轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.2.2A-D轉(zhuǎn)換器圖7-8逐次比較型A-D轉(zhuǎn)換器原理框圖逐次比較型A-D轉(zhuǎn)換器又稱為逐次逼近型ADC或逐次漸近型ADC，它是通過(guò)對(duì)模擬量不斷地逐次比較、鑒別，直到最末一位為止，它類似于用天平稱量物重的過(guò)程。7.2A-D轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.2.3A-D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率分辨率用來(lái)反映A-D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入模擬信號(hào)的分辨能力。從理論上講，一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)輸出的A-D轉(zhuǎn)換器應(yīng)能區(qū)分輸入模擬電壓的2n個(gè)不同量級(jí)，即該分辨率下能夠區(qū)分的最小輸入模擬信號(hào)為

，其中ui是輸入的滿量程模擬電壓，n為A-D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。顯然，位數(shù)越多，A-D轉(zhuǎn)換器可以分辨的最小模擬電壓值就越小，分辨率越高。例如，A-D轉(zhuǎn)換器的輸出為12位二進(jìn)制數(shù)，最大輸入模擬信號(hào)為10V，則其分辨率為

，能夠區(qū)分的最小輸入模擬信號(hào)為

。7.2A-D轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.2.3A-D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)2.轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間是指從接到轉(zhuǎn)換控制信號(hào)開(kāi)始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出信號(hào)所需要的時(shí)間。通常用完成一次A-D轉(zhuǎn)換操作所需時(shí)間來(lái)表示轉(zhuǎn)換速度。轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，說(shuō)明轉(zhuǎn)換速度越快。雙積分型A-D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最慢，需幾百毫秒；逐次比較型A-D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度較快，需幾十微秒；并行比較型A-D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最快，僅需幾十納秒。3.轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差表示A-D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上輸出的數(shù)字量之間的差別，常用最低有效位的倍數(shù)表示。例如，轉(zhuǎn)換誤差≤

，就表明實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個(gè)字。7.2D-A轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.1.4集成D-A轉(zhuǎn)換器器件介紹1.ADC0809電路結(jié)構(gòu)和引腳功能7.2D-A轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.1.4集成D-A轉(zhuǎn)換器器件介紹1.ADC0809電路結(jié)構(gòu)和引腳功能IN0～I(xiàn)N7：8路模擬輸入信號(hào)送入端。ADDA、ADDB、ADDC：模擬通道選擇地址信號(hào)。D7～D0：A-D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出。VREF(+)、VREF(-)：正、負(fù)參考電壓輸入端，用于提供片內(nèi)DAC電阻網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電壓。單極性輸入時(shí)，VREF(+)=5V，VREF(-)=0V；雙極性輸入時(shí)，VREF(+)、VREF(-)分別接正、負(fù)極性的參考電壓。ALE：地址鎖存允許信號(hào)端，高電平有效。START：A-D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)端，正脈沖有效。如正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)又接到新的啟動(dòng)脈沖，則原來(lái)的轉(zhuǎn)換進(jìn)程被中止，重新從頭開(kāi)始轉(zhuǎn)換。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)端，高電平有效。OE：輸出允許信號(hào)端，高電平有效。7.2D-A轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.1.4集成D-A轉(zhuǎn)換器器件介紹1.ADC0809電路結(jié)構(gòu)和引腳功能7.2D-A轉(zhuǎn)換技術(shù)

7.1.4集成D-A轉(zhuǎn)換器器件介紹2.ADC0809工作太多和使用說(shuō)明ADC0809的工作過(guò)程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入通道地址鎖存器中，此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)A-D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A-D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A-D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)OE輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。模擬輸入通道的選擇可以相對(duì)于轉(zhuǎn)換開(kāi)始操作獨(dú)立地進(jìn)行，當(dāng)然，不能在轉(zhuǎn)換過(guò)程中進(jìn)行。然而通常是把通道選擇和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換結(jié)合起來(lái)完成，因?yàn)锳DC0809的時(shí)間特性允許這樣做。1.訓(xùn)練目的2.設(shè)備與器件1)了解D-A和A-D轉(zhuǎn)換器的基本工作原理和基本結(jié)構(gòu)。2)掌握大規(guī)模集成D-A和A-D轉(zhuǎn)換器的功能及其典型應(yīng)用。5V、15V直流電源，雙蹤示波器，連續(xù)脈沖器，單次脈沖器，邏輯電平開(kāi)關(guān)，邏輯電平顯示器，直流數(shù)字電壓表，DAC0832，ADC0809，μA741，電位器、電阻、電容若干。3.訓(xùn)練原理(1)DAC0832的應(yīng)用電路DAC0832輸出的是電流，要轉(zhuǎn)換為電壓，還必須經(jīng)過(guò)一個(gè)外接的運(yùn)算放大器，最簡(jiǎn)單的連接電路如圖7-11所示。7.3ADC0809和DAC0832的使用練習(xí)7.3ADC0809和DAC0832的使用練習(xí)圖7-11DAC0832應(yīng)用電路電路接成直通方式，

接地；

接地；

接地；

接地；ALE、VCC、VREF接5V電源；運(yùn)放電源接±15V。7.3ADC0809和DAC0832的使用練習(xí)(2)ADC0809的應(yīng)用電路ADC0809的應(yīng)用電路如圖7-12所示。8路輸入模擬信號(hào)1～4.5V，由5V電源經(jīng)電阻R分壓組成。圖7-12ADC0809應(yīng)用電路4.