第八章 数字技术中常用应用电路

1、电工电子技术电工电子技术212022-5-8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脉冲信号的产生与整形电路8.2 模数与数模转换器模数与数模转换器电工电子技术电工电子技术222022-5-8555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一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。荡器和施密特触发器等多种电路。 555定时器在工业定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。常用的常用的555定时器有：定时器

2、有： TTL定时器：定时器：555(单单) ,556(双）双）电压：电压：515V，输出电流可达，输出电流可达200mA CMOS定时器：定时器：7555(单）单）,7556(双）双）电压：电压：318V，输出电流仅，输出电流仅1mA8.1.4 555集成定时器及其应用集成定时器及其应用电工电子技术电工电子技术232022-5-81. 555定时器定时器(1) 分压器：分压器：由三个由三个5K 电阻构成电阻构成(2) 比较器：比较器：由运放由运放A1和和A2构成构成(3) R-S触发器触发器(4) 放电开关管放电开关管T电工电子教学中心电工电子教学中心陈国联陈国联OUTRRSSDRQQ+UCC

3、CVTHTLDIS5k 5k 5k T84356271A2A1电工电子技术电工电子技术242022-5-8UROUTRRSSDRQQ+UCCCVTHTLDIS5k 5k 5k T84356271A1A2CC23UCC13URUR12U功能表功能表DISOUTTLTH输输 出出输输 入入DR导通导通00截止截止11CC13U CC23U 导通导通01CC23U CC13U 不变不变不变不变1CC23U CC13U 不定不定不定不定1CC13U CC23U 10101011001001555定时器功能定时器功能电工电子技术电工电子技术252022-5-82. 由由555定时器构成史密特触发器（双稳

4、态触发器）定时器构成史密特触发器（双稳态触发器）0.01F26384175CCU +UCCuIuOAuOBuIt 0uOAt 0uOBCC23UCC13UURURR12UOBHCC:uU OAHCC:uU 电工电子技术电工电子技术262022-5-8t3uOt 0uCt 03. 由由555定时器构成单稳态触发器定时器构成单稳态触发器uIt 0uO0.01F26384175+UCCuIRC+uC+UCCt1t2CC23UCC13UUCCRC 要求：要求：32tt电工电子技术电工电子技术272022-5-8tP1CCC1C( )( )()( )t tutuutue 31C3CC1C( )()()(

5、)ttutuutue PC3CC1C( )( )()( )tutueutu C1CPC3C()( )ln( )( )utututu CC1PCC3( )()ln( )( )uuttuut CCPCCCClnln31.123UtRCRCRCUU t3uOt 0uCt 0uIt 0+UCCt1t2CC23UCC13UUCCRC 电工电子技术电工电子技术282022-5-8C1R10.01FD20kIu t 0Iu tPuIt 0带有微分电路的单稳态触发器带有微分电路的单稳态触发器+UCCt1t2+UCC+UCC+0.7V36P11555 20 100.01 101mstRC 26384175uO+

6、UCCuIRC0.01F电工电子技术电工电子技术292022-5-8t3t2t1uOt 0t 0uC4. 由由555定时器构成多谐振荡器定时器构成多谐振荡器CC23UCC13UUCC22R C 112()RR C t4uO0.01F26384175+UCCR1CuCR2电工电子技术电工电子技术2102022-5-8tPHCC2PCC3( )()ln( )( )uuttuut CCCCPH12CCCC13()ln23UUtRR CUU tPLPH12()ln2tRR C CCPL2CC203ln103UtR CU PH120.7()tRR C PL20.7tR C 周期：周期：PHPL120.7

7、(2)TttRR C 占空比：占空比：PH121212120.7()0.7(2)2tRR CRRDTRR CRR t3t2t1uOt 0t 0uCCC23UCC13UUCC22R C 112()RR C t4电工电子技术电工电子技术2112022-5-8uO26384175+UCCR1CR2R3D2D10.01F周期保持不变占空比可调的多谐振荡器周期保持不变占空比可调的多谐振荡器RARBPHA0.7tR C PLB0.7tR C AB0.7()TRR C 1230.7()TRRR C PHA123TRDTRRR电工电子技术电工电子技术2122022-5-85. 555定时器应用举例定时器应用举

8、例例例8.1：如图为一防盗报警电路，试说明其工作原理如图为一防盗报警电路，试说明其工作原理 由由555构成何种电路？构成何种电路？ 铜丝不断时，输出为何种状态？铜丝不断时，输出为何种状态？ 铜丝被碰断后，输出为何种波形？铜丝被碰断后，输出为何种波形？0.01 F26384155.1k 100k 6V50 F70.1 F51k SB细铜丝细铜丝电工电子技术电工电子技术2132022-5-8例例8.2：如图为一门铃电路，试说明其工作原理。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电工电子技术电工电子技术2142022-5-8例例8

9、.3: 如图为路灯自动控制电路，如图为路灯自动控制电路，RB为光敏电阻，无为光敏电阻，无光照时其阻值大于光照时其阻值大于2M ，有光照时其阻值小于有光照时其阻值小于10k ，试说明其工作原理。试说明其工作原理。0.01 F2638415+UCCRB10 F5.1k 10k 100k KAusKA电工电子技术电工电子技术2152022-5-8例例8.4: 间歇振荡电路间歇振荡电路0.01FuO20.01F26384175+UCC10k5k+UCC5FuO10.01F26384175100k 50ko1u0.7(1002 50) 5700msT o2u0.7(102 5) 0.11.4msTuo1

10、uo2电工电子技术电工电子技术2162022-5-8传感器传感器(模拟信号模拟信号)模数模数转换转换计算机计算机数字系统数字系统（数字信号）（数字信号）模拟控制模拟控制(模拟信号模拟信号)数模数模转换转换 将数字信号转换成模拟信号的电路称数模转换器，将数字信号转换成模拟信号的电路称数模转换器，(Digital-Analog Converter, DAC) 将模拟信号转换成数字信号的电路称模数转换将模拟信号转换成数字信号的电路称模数转换器，器，(Analog-Digital Converter, ADC)8.2 模数和数模转换器模数和数模转换器电工电子技术电工电子技术2172022-5-8DAC

11、dn 1dn 2d1d02n 12n 22120uO120O120 B120()(222 )nnnnnnudddUdddU U 称为量化电压称为量化电压uOmax=(2n 1)U120O120(222 )nnnnidddIOF OuR i 电压型电压型DAC框图框图电流型电流型DAC框图框图8.2.1 数模转换器数模转换器(DAC)DAC的基本原理的基本原理DACdn 1dn 2d1d02n 12n 22120iOuORF电工电子技术电工电子技术2182022-5-8R2RRR2R2R2R2RDCBA1. R-2R梯形网络梯形网络D/A转换器转换器UAURD2D1D3D0UO+D3URD2UR

12、D1URD0UR01S301S201S101S0电工电子技术电工电子技术2192022-5-8R2RRR2R2R2R2RDCBAD3UR(1)AU2R2R2RAD3UR(1)AU(1)R32AUUD 电工电子技术电工电子技术2202022-5-8R2RRR2R2R2R2RDCBAD2UR(2)AU2R2R2RBD2UR(2)AUA2RR(2)R24AUUD 2R(2)AUA2R2R12D U电工电子技术电工电子技术2212022-5-8R2RR2R2R2RCBAD1UR(3)AUR2RRR2R2R2R2RDCBAD1UR(3)AU2RR2R2R2RBA1R12DU2R(3)AUA2R2R14D

13、 U(3)R28AUUD 电工电子技术电工电子技术2222022-5-8R2R2R2RBA0R14D U2R(4)AUA2R0R18D U(4)R016AUUD R2RRR2R2R2R2RDCBAD0UR(4)AUR2RR2R2R2RCBA(4)AU0R12D U电工电子技术电工电子技术2232022-5-8(1)(2)(3)(4)OAAAAAUUUUUU RRRR321024816UUUUDDDD 3210R3210(2222)16UDDDD 1210RO1210(2222)2nnnnnUUDDDD (4)R016AUUD (2)R24AUUD (3)R28AUUD (1)R32AUUD 电

14、工电子技术电工电子技术2242022-5-823456781615141312111091NCGNDUEEIOd0d1d2d3COMPUREF( )UCCd7d6d5d4UREF(+)DAC0808DAC0808的典型应用电路的典型应用电路7620FREFO76108R(2222)2R UuDDDDR d0+5VIOd0d1d2d3COMPd7d6d5d4UREF(+)d1d2d3d4d5d6d7UCCUEEUREFRR 5k UREF( )5k RF 5k uOGND0.1 F 15V7620REF76108(2222)2UDDDD 2. 集成集成D/A转换器转换器电工电子技术电工电子技术2

15、252022-5-8(1) 分辨率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。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时的输出电压；最大输出电压是指输入数字量各位全为为1时的输出电压。时的输出电压。FSR121nUU 分分辩辩率率例如例如10位位DAC的分辨率为：的分辨率为： 分辨率分辨率也常用输入二进制数的有效位数表示。也常用输入二进制数的有效位数表示。 3. DAC的主要技术参数的主要技术参数1010.00121 电工电子技术电工电子技术22

16、62022-5-8当输入数字量从全当输入数字量从全0变为全变为全1时，时，DAC输出的模输出的模拟量达到稳定值的规定误差拟量达到稳定值的规定误差( U )带内所需的时间带内所需的时间称为转换时间或称为建立时间。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目前包括基准电压源和运放的集成DAC的转换时的转换时间可达到间可达到1.5 s。(2) 转换时间转换时间UFSDnuO0001110 UFSR+U UFSR U 转换时间转换时间电工电子技术电工电子技术2272022-5-8(3) 转换误差转换误差在理想情况下，输入数字量全为在理想情况下，输入数字量全为0时，输出模拟电时，输出模拟

17、电压应为压应为0V，输入数字量全为，输入数字量全为1时，输出模拟电压应为时，输出模拟电压应为满量程（满量程（Full Scale Range）输出电压）输出电压UFSRDnuO000111UFSR0 偏移误差偏移误差输入数字量全为输入数字量全为0时，时，DAC实际输出电实际输出电压与理想值之差称为压与理想值之差称为偏移误差。偏移误差。理想转理想转换特性换特性实际转实际转换特性换特性偏移误差偏移误差偏移误差是由偏移误差是由DAC中运算放大器的失调中运算放大器的失调电压引起的。电压引起的。电工电子技术电工电子技术2282022-5-8 增益误差增益误差在输入数字量全为在输入数字量全为1(满量程满量

18、程)时，时，D/A转换器实转换器实际值与理想值之差称为增益误差。际值与理想值之差称为增益误差。增益误差由参考电压增益误差由参考电压UREF、网络电阻、网络电阻R及及电流及及电流 电电压变换电阻压变换电阻RF引起。引起。DnuO000111UFSR0理想转理想转换特值换特值实际转实际转换特性换特性增益误差增益误差电工电子技术电工电子技术2292022-5-8DnuO000111UFSR0在满量程范围内，在满量程范围内，D/A转换器实际值偏离理想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。转换特性的最大值称为非线性误差。理想理想转换特性转换特性实际实际转化特性转化特性非线性误差非线性误差非

19、线性误差由模拟开关及运算放大器的非线性引起。非线性误差由模拟开关及运算放大器的非线性引起。 非线性误差非线性误差电工电子技术电工电子技术2302022-5-8ADCdn 1dn 2d1d02n 12n 22120uIInuDU U 称为称为ADC的量化电压，它的量化电压，它也是也是ADC的最小分辨电压。的最小分辨电压。 是是取取整整运运算算符符1Imax2nuU 8.2.2 模数转换器模数转换器(ADC)ADC的基本原理的基本原理电工电子技术电工电子技术2312022-5-8T 2T 3T 4T采样频率采样频率：S12fT 采样定理采样定理：SImax2ff 采样就是在一个微小时间内对模拟信号

20、进行取样，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采样结束后，需把采样后的信号保持一段时间以便于于ADC有充分的时间进行有充分的时间进行A/D转换。转换。uIuOtO5T 6T 7T 8T1. 采样采样保持电路保持电路CuOuI控制信号控制信号S电工电子技术电工电子技术2322022-5-8Imax81V28nuU 舍尾取整法舍尾取整法输入模拟电压输入模拟电压数数字字输输出出量量0 1 2 34 5 6 70010000110101011001111108单位量化电压：单位量化电压：最大量化误差为最大量化误差为U uI：08V，转换为，转换为3位

21、二进制数位二进制数量化：量化：将采样信号表示成单位量化电压整数倍的过程。将采样信号表示成单位量化电压整数倍的过程。编码：编码：将量化后的结果用二进代码表示的过程。将量化后的结果用二进代码表示的过程。2. 量化与编码量化与编码电工电子技术电工电子技术2332022-5-8Imax13 122 7.51V2121nuU 四舍五入法四舍五入法单位量化电压：单位量化电压：输入模拟电压输入模拟电压数数字字输输出出量量0.5 1.50010000110101011001111102.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5uI：07.5V，转换为，转换为3位二进制数位二进制数最大量化误差为最大量化误差为

22、12U 电工电子技术电工电子技术2342022-5-83. 逐次逼近型逐次逼近型AD转换器转换器顺顺序序砝码重量砝码重量 比较判断比较判断砝码砝码去留去留18g8g13g留留28g+4g12g13g去去48g+4g+1g13g=13g 留留逐次逼近称物逐次逼近称物逐次逼近型模数转换器原理框图逐次逼近型模数转换器原理框图顺顺序序脉脉冲冲发发生生器器电电压压比比较较器器逐逐次次逼逼近近寄寄存存器器DAC输出数字量输出数字量 待转换电压待转换电压uI控制逻辑控制逻辑时钟脉冲时钟脉冲UR电工电子技术电工电子技术2352022-5-81DC1R1DC1R&1DC1R1DC1R1DC1RQ0Q1Q2Q3Q

23、4Q51S1RC1RQD&1DC1S1S1RC1RQB1S1RC1RQC1S1RC1RQA&四位四位D/A转换器转换器&CPSCuIABCDUREF=8VuO5.52V00001000000V03210ODCBA48(2222)2uQQQQ 0V 1000000010000100004V 4V00010000011006V 6V00011000001000110100001005V 5V00000001010110000105.5V 5.5V0000000000000011011电工电子技术电工电子技术2362022-5-82341CPUO逼近逼近UI的波形的波形O512346uO/V14uO

24、uI1 0 1 035uOuI1 0 1 145.5uOuI留留去去留留留留四位逐次逼近型四位逐次逼近型ADC的转换过程的转换过程5.52顺序顺序QD QC QB QAuO/V比较比较该位该位“1”的去留的去留1 0 0 03210ODCBA48(2222)2uQQQQ 电工电子技术电工电子技术2372022-5-8 ADC0804是是8位位CMOS逐次逼近型集成逐次逼近型集成A/D转换转换器，转换时间为器，转换时间为100 s，输入模拟电压为输入模拟电压为05V。 234567820191817161514131CLKINd1UCCCLKRd2d3d4d5d0ADC08049101211d6d7CSRDWRINTRUIN+UIN AGNDUREF/2DGNDUIN+、UIN ，模拟量输入端模拟量输入端d0 d7，八位数字信号输出端，八位数字信号输出端AGND， DGND模拟和数字地端模拟和数字地端CLKIN，外