任务十可燃性气体报警器的分析与制作-重庆科创职业学院.

返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7可燃性气体报警器的分析与制作任务十任务提出任务目标相关知识任务分析任务制作返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7任务提出下图为一个可燃性气体报警器电路，试分析其工作原理并制作该电路返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7任务目标通过对可燃性气体报警器电路的分析与制作，理解和掌握集成555定时器的工作原理及其应用方法，能按工艺要求独立进行电路装配、测试和调试，并能独立排除装配、调试过程中出现的简单故障。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7相关知识1、基本知识(1)集成555定时器介绍555定时器又称时基电路，是一种用途很广泛的单片集成电路。若在其外部配上少许阻容元件，便能构成各种不同用途的脉冲电路。同时，由于它的性能优良，使用灵活方便，在工业自动控制、家用电器和电子玩具等许多领域得到广泛的应用。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7555定时器有双极型和CMOS型，双极型型号为555(单)和556(双)；CMOS型型号是7555(单)和7556(双)。双极型电源范围窄；而CMOS型则功耗低、适用电源范围宽、定时元件的选择范围大、输出电流小。但二者的逻辑功能与外部引脚排列完全相同。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7截止11不变不变1导通01导通0XX0VQTRTHR输出输入CCV32CCV32CCV31CCV32CCV31CCV31当在控制端CO外加控制电压时，可改变比较器A1、A2的参考电位。当不需要CO时，CO端一般经0.01μF电容器接地，以防干扰的侵入。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7(2)555定时器典型应用构成施密特触发器返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7构成单稳态触发器返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7构成多谐振荡器CRRTf)2(7.01121返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7占空比可调的矩形脉冲发生器%100211RRRq返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/72、知识拓展传感器模拟信号ADC模拟控制DAC数字信号数字计算机数字控制一般自动化设备和仪器的内部组成框图如下：能将模拟量转换为数字量的电路称为模数转换器，简称A/D转换器或ADC；能将数字量转换为模拟量的电路称为数模转换器，简称D/A转换器或DAC。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7多路开关数字控制计算机DACADC功率放大…功率放大执行机构…执行机构加热炉…加热炉温度传感器…温度传感器信号放大…信号放大多路开关模－数转换器数－模转换器典型的自动控温锅炉实例：返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7(1)数/模转换器(DAC)D/A转换器的基本原理将输入的每一位二进制代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟量的转换。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7…d0d1dn-1DACuO或iO模拟输出N位二进制代码)2222(00112211oddddKunnnnu返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7权电阻D/A转换器RF(R/2)求和运放uOAS0S1S2S3VREF23R22R21R20Rd0d1d2d3求和电路权电阻网络电子开关组成参考电压d0～d3为数字输入量，d为1时，开关S接VREF；d为0时，S接地。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7工作原理I0I1I2I333dRVIREF222dRVIREF114dRVIREF008dRVIREF输出电压u0正比于输入数字量I∑RF(R/2)求和运放uOAS0S1S2S3VREF23R22R21R20Rd0d1d2d3返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/70011223340123022222ddddVIIIIRiRuREFFFD/A转换器主要技术指标*分辨率分辨率是指输出电压最小变化量（ULSE）与最大输出电压（UMAX）即满量程输出电压之比。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7如三位输入的D/A，分辨率即为1/7≈0.143。左图即是其输出电压，是阶梯的，每一个最小变化量ULSE＝1V（称为一个阶梯）。如果是10位输入的，分辨率约为1/210＝0.00098。所以分辨率一般直接用位数来表示，如8位、10位等，位数越高，分辨率越高。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7*精度精度是指实际输出电压与理论输出电压之间的偏离程度，通常用最大误差与满量程输出电压之比的百分数表示。例如某DAC的满量程输出电压是10V，如果误差1％，则输出电压最大误差为±0.1V（100mV），百分数越小精度越高。一个系统中，分辨率和精度往往应当一致，以避免不合理的资源浪费。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7*输出建立时间是指从送入数字信号起，到输出电压（或电流）到达稳态值所需要的时间。也称作转换时间，有时为输出上升到满刻度的某一百分数所需要的时间，一般为几纳秒到几微秒。*输出极性及范围输出信号有单极性和双极性两种。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7输出信号的形式有电流输出和电压输出。对电流输出的DAC，常常需外接运放将电流转换成电压。左图为反相电压输出，uOUT＝－iRf；右图是同相电压输出，uOUT＝－iR3（1＋R2/R1）。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7集成D/A转换芯片DAC0830系列是8位分辨率的集成D/A转换电路，采用20脚双列直插封装。主要特性参数如下：*分辨率8位*电流稳定时间1us*可单缓冲、双缓冲或直接数字输入*只需在满量程下调整线性度*单电源供电(+5V～15V)*低功耗(200mW)返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/70830系列管脚配置如图示：GNDDIOUT1IOUT2VREFDAC131415161718192087654321VDD9101211GNDA083008310832D10D11D12D13D14D15D16D17(LSB)(MSB)RFBILECS1WRXFER2WRD10~D17：数据输入线ILE：数据允许锁存信号CS：输入寄存器选择信号1WR：输入寄存器写选通信号XFER：数据传送信号2WR：DAC寄存器写选通信号VREF:基准电源输入管脚RFB：反馈信号输入管脚、IOUT2IOUT1：电流输出管脚GNDA：模拟信号地GNDD：数字信号地返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7(2)模/数转换器(ADC)dn-1d1d0数字量输出(n位)ADC的数字化编码电路CPSSCADC采样-保持电路采样展宽信号输入模拟电压ui(t)us(t)…返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7模拟电子开关S在采样脉冲CPS的控制下重复接通、断开。S接通时，ui(t)对C充电，为采样过程；S断开时，C上的电压保持不变，为保持过程。在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路转换成一组n位的二进制数输出。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7采样和保持－－++uiuoCHSA1A2uCuo,uiuoui0(a)电路图(b)波形图t0t1t2t3t4t5t6t7t8t9t10t11t采样脉冲（fS）开关驱动电路采样定理：max2isff返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7t0时刻S闭合，CH被迅速充电，电路处于采样阶段。由于两个放大器的增益都为1，因此这一阶段uo跟随ui变化，即uo＝ui。t1时刻采样阶段结束，S断开，电路处于保持阶段。若A2的输入阻抗为无穷大，S为理想开关，则CH没有放电回路，两端保持充电时的最终电压值不变，从而保证电路输出端的电压uo维持不变。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7量化和编码将采样－保持后的电压化为某个规定的最小单位电压整数倍的过程称为量化。把量化的数值用二进制代码表示，称为编码。量化所规定的最小单位电压称为量化单位，用Δ表示。由于输入模拟电压幅值连续，不一定能被Δ整除，因而量化过程中不可避免会引入误差，称此误差为量化误差，最大可达Δ。一般采用“四舍五入”的方法量化，误差为Δ/2。例如下表：12n(max)Iu返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7采样电压/V量化值/V输出二进制编码0～0.50Δ＝00000.5～1.51Δ＝10011.5～2.52Δ＝2010………量化单位Δ的大小与输入信号范围和输出位数有关。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7按工作原理分类并行比较型逐次逼近型双积分型V/F转换型ADC的分类按转换方式分类直接转换逐次逼近型双积分型V/F转换型间接转换并行比较型返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7逐次逼近型工作原理逐次逼近型ADC是通过对模拟量不断地逐次比较、鉴别，直到最末一位为止，它类似用天平称物重的过程。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7然后再将次高位置1，同理，经转换、比较，根据比较结果，决定次高位的1清除或保留。这样，逐位比较下去，一直比较到最低有效位为止。显然，寄存器的最后数字就是A/D转换后的数值。先将寄存器最高位置1，使其输出数字为10000000(为8位)，经DAC转换成模拟电压，再送到比较器与采样保持电压相比较。如果uIuF，表明数字过大，将最高位的1清0；若uIuF，表明数字比模拟信号小，则最高有效位1保留。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7主要技术指标*分辨率A/D转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示，位数越多，误差越小，转换精度越高。例如，输入模拟电压的变化范围为0～5V，输出8位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－8＝20mV；而输出12位二进制数可以分辨的最小模拟电压为5V×2－12≈1.22mV。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7*相对精度在理想情况下，所有的转换点应当在一条直线上。相对精度是指实际的各个转换点偏离理想特性的误差。*转换速度转换速度是指完成一次转换所需的时间。转换时间是指从接到转换控制信号开始，到输出端得到稳定的数字输出信号所经过的这段时间。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7集成ADC芯片ADC0809是CMOS工艺8位逐次比较型A/D转换芯片，28脚双列直插封装（DIP28），具有8个通道的模拟量输入，可在程序控制下对任意通道分时进行A/D转换。返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7*ADC0809的主要技术指标工作电压：5～15V分辨率：8位时钟频率：640KHz转换时间：100ms未经调整误差：1/2LSB和1LSB模拟量输入范围：0～5V功耗：15mW返节目录电子电路分析与实践电子电路分析与实践2020/1/7控制与时序逐次逼近寄存器模拟开关256电阻阶梯数据锁存和三态输出缓冲器8路模拟开关地址锁存与译码－＋比较器8位DA模拟输入IN0IN73位地址CBA地址锁存允许ALEUCCGNDUREF＋UREF－OE输出允许8位输出EOC启动