第八章数字技术中常用的应用电路

电工电子技术212019/12/18第八章数字技术中常用的应用电路8.1脉冲信号的产生与整形电路8.2模数与数模转换器电工电子技术222019/12/18555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。555定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。常用的555定时器有：TTL定时器：555(单),556(双）电压：5~15V，输出电流可达200mACMOS定时器：7555(单）,7556(双）电压：3~18V，输出电流仅1mA8.1.4555集成定时器及其应用电工电子技术232019/12/181.555定时器(1)分压器：由三个5K电阻构成(2)比较器：由运放A1和A2构成(3)R-S触发器(4)放电开关管T电工电子教学中心陈国联OUTRRSSDRQQ+UCCCVTHTLDIS5k5k5kT84356271∞A2∞A1电工电子技术242019/12/18UROUTRRSSDRQQ+UCCCVTHTLDIS5k5k5kT84356271∞∞A1A2CC23UCC13URUR12U功能表DISOUTTLTH输出输入DR导通00××截止11CC13UCC23U导通01CC23UCC13U不变不变1CC23UCC13U不定不定1CC13UCC23U10101011001001555定时器功能电工电子技术252019/12/182.由555定时器构成史密特触发器（双稳态触发器）0.01μF26384175CCU+UCCuIuOAuOBuIt0uOAt0uOBCC23UCC13UURURR12UOBHCC:uUOAHCC:uU电工电子技术262019/12/18t3uOt0uCt03.由555定时器构成单稳态触发器uIt0uO0.01μF26384175+UCCuIRC+uC+UCCt1t2CC23UCC13UUCCRC要求：32tt电工电子技术272019/12/18tP1CCC1C()()[()()]ttutuutue31C3CC1C()()[()()]ttutuutuePC3CC1C()()()()tutueutuC1CPC3C()()ln()()utututuCC1PCC3()()ln()()uuttuutCCPCCCClnln31.123UtRCRCRCUUt3uOt0uCt0uIt0+UCCt1t2CC23UCC13UUCCRC电工电子技术282019/12/18C1R10.01μFD20kΩIut0IutPuIt0带有微分电路的单稳态触发器+UCCt1t2+UCC+UCC+0.7V36P1155520100.01101mstRC26384175uO+UCCuIRC0.01μF电工电子技术292019/12/18t3t2t1uOt0t0uC4.由555定时器构成多谐振荡器CC23UCC13UUCC22RC112()RRCt4uO0.01μF26384175+UCCR1CuCR2电工电子技术2102019/12/18tPHCC2PCC3()()ln()()uuttuutCCCCPH12CCCC13()ln23UUtRRCUUtPLPH12()ln2tRRCCCPL2CC203ln103UtRCUPH120.7()tRRCPL20.7tRC周期：PHPL120.7(2)TttRRC占空比：PH121212120.7()0.7(2)2tRRCRRDTRRCRRt3t2t1uOt0t0uCCC23UCC13UUCC22RC112()RRCt4电工电子技术2112019/12/18uO26384175+UCCR1CR2R3D2D10.01μF周期保持不变占空比可调的多谐振荡器RARBPHA0.7tRCPLB0.7tRCAB0.7()TRRC1230.7()TRRRCPHA123TRDTRRR电工电子技术2122019/12/185.555定时器应用举例例8.1：如图为一防盗报警电路，试说明其工作原理①由555构成何种电路？②铜丝不断时，输出为何种状态？③铜丝被碰断后，输出为何种波形？0.01F26384155.1k100k6V50F70.1F51kSB细铜丝电工电子技术2132019/12/18例8.2：如图为一门铃电路，试说明其工作原理。0.01F26384155.1k100k6V50F70.1FSB电工电子技术2142019/12/18例8.3:如图为路灯自动控制电路，RB为光敏电阻，无光照时其阻值大于2M，有光照时其阻值小于10k，试说明其工作原理。0.01F2638415+UCCRB10F5.1k10k100kKAusKA电工电子技术2152019/12/18例8.4:间歇振荡电路0.01μFuO20.01μF26384175+UCC10kΩ5kΩ+UCC5μFuO10.01μF26384175100k50kΩo1u0.7(100250)5700msTo2u0.7(1025)0.11.4msTuo1uo2电工电子技术2162019/12/18传感器(模拟信号)模数转换计算机数字系统（数字信号）模拟控制(模拟信号)数模转换▲将数字信号转换成模拟信号的电路称数模转换器，(Digital-AnalogConverter,DAC)▲将模拟信号转换成数字信号的电路称模数转换器，(Analog-DigitalConverter,ADC)8.2模数和数模转换器电工电子技术2172019/12/18DACdn1dn2d1d02n12n22120uO120O120B120()(222)nnnnnnudddUdddUU称为量化电压uOmax=(2n1)U∆120O120(222)nnnnidddIOFOuRi电压型DAC框图电流型DAC框图8.2.1数模转换器(DAC)DAC的基本原理DACdn1dn2d1d02n12n22120iOuORF∞电工电子技术2182019/12/18R2RRR2R2R2R2RDCBA1.R-2R梯形网络D/A转换器UAURD2D1D3D0UO++∞D3URD2URD1URD0UR01S301S201S101S0电工电子技术2192019/12/18R2RRR2R2R2R2RDCBAD3UR(1)AU2R2R2RAD3UR(1)AU(1)R32AUUD电工电子技术2202019/12/18R2RRR2R2R2R2RDCBAD2UR(2)AU2R2R2RBD2UR(2)AUA2RR(2)R24AUUD2R(2)AUA2R2R12DU电工电子技术2212019/12/18R2RR2R2R2RCBAD1UR(3)AUR2RRR2R2R2R2RDCBAD1UR(3)AU2RR2R2R2RBA1R12DU2R(3)AUA2R2R14DU(3)R28AUUD电工电子技术2222019/12/18R2R2R2RBA0R14DU2R(4)AUA2R0R18DU(4)R016AUUDR2RRR2R2R2R2RDCBAD0UR(4)AUR2RR2R2R2RCBA(4)AU0R12DU电工电子技术2232019/12/18(1)(2)(3)(4)OAAAAAUUUUUURRRR321024816UUUUDDDD3210R3210(2222)16UDDDD1210RO1210(2222)2nnnnnUUDDDD(4)R016AUUD(2)R24AUUD(3)R28AUUD(1)R32AUUD电工电子技术2242019/12/1823456781615141312111091NCGNDUEEIOd0d1d2d3COMPUREF()UCCd7d6d5d4UREF(+)DAC0808DAC0808的典型应用电路7620FREFO76108R(2222)2RUuDDDDRd0+5VIOd0d1d2d3COMPd7d6d5d4UREF(+)d1d2d3d4d5d6d7UCCUEEUREFRR5kUREF()5kRF5kuOGND0.1F15V∞7620REF76108(2222)2UDDDD2.集成D/A转换器电工电子技术2252019/12/18(1)分辨率分辨率用最小输出电压与最大输出电压的比值来表示。最小输出电压是指输入数字量只有最低有效位为1时的输出电压；最大输出电压是指输入数字量各位全为1时的输出电压。FSR121nUU分辩率例如10位DAC的分辨率为：分辨率也常用输入二进制数的有效位数表示。3.DAC的主要技术参数1010.00121电工电子技术2262019/12/18当输入数字量从全0变为全1时，DAC输出的模拟量达到稳定值的规定误差(½U)带内所需的时间称为转换时间或称为建立时间。目前包括基准电压源和运放的集成DAC的转换时间可达到1.5s。(2)转换时间UFSDnuO0001110UFSR+½UUFSR½U转换时间电工电子技术2272019/12/18(3)转换误差在理想情况下，输入数字量全为0时，输出模拟电压应为0V，输入数字量全为1时，输出模拟电压应为满量程（FullScaleRange）输出电压UFSRDnuO000111UFSR0①偏移误差输入数字量全为0时，DAC实际输出电压与理想值之差称为偏移误差。理想转换特性实际转换特性偏移误差偏移误差是由DAC中运算放大器的失调电压引起的。电工电子技术2282019/12/18②增益误差在输入数字量全为1(满量程)时，D/A转换器实际值与理想值之差称为增益误差。增益误差由参考电压UREF、网络电阻R及及电流电压变换电阻RF引起。DnuO000111UFSR0理想转换特值实际转换特性增益误差电工电子技术2292019/12/18DnuO000111UFSR0在满量程范围内，D/A转换器实际值偏离理想转换特性的最大值称为非线性误差。——理想转换特性——实际转化特性非线性误差非线性误差由模拟开关及运算放大器的非线性引起。③非线性误差电工电子技术2302019/12/18ADCdn1dn2d1d02n12n22120uIInuDUU称为ADC的量化电压，它也是ADC的最小分辨电压。是取整运算符1Imax2nuU8.2.2模数转换器(ADC)ADC的基本原理电工电子技术2312019/12/18T2T3T4T采样频率：S12fT采样定理：SImax2ff采样就是在一个微小时间内对模拟信号进行取样，采样结束后，需把采样后的信号保持一段时间以便于ADC有充分的时间进行A/D转换。uIuOtO5T6T7T8T1.采样—保持电路CuOuI控制信号S∞电工电子技术2322019/12/18Imax81V28nuU舍尾取整法输入模拟电压数字输出量012345670010000110101011001111108单位量化电压：最大量化误差为UuI：0~8V，转换为3位二进制数量化：将采样信号表示成单位量化电压整数倍的过程。编码：将量化后的结果用二进代码表示的过程。2.量化与编码电工电子技术2332019/12/18Imax131227.51V2121nuU四舍五入法单位量化电压：输入模拟电压数字输出量0.51.50010000110101011001111102.53.54.55.56.57.5uI：0~7.5V，转换为3位二进制数最大量化误差为12U电工电子技术2342019/12/183.逐