第10單元 555集成電路及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路

電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能（通信類）人民郵電出版社第10單元555集成電路及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路知識(shí)目標(biāo)：了解555定時(shí)器的功能及典型應(yīng)用。了解單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器的概念及基本應(yīng)用。理解數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的概念、指標(biāo)。了解數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路工作原理及應(yīng)用。技能目標(biāo)：能用555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器。掌握數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的使用常識(shí)。555集成電路及用用1模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路2第1節(jié)555集成電路及應(yīng)用一、555集成電路的組成及功能二、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器三、多諧振蕩器四、施密特觸發(fā)器一、555集成電路的組成及功能1．電路結(jié)構(gòu)555定時(shí)器一般由分壓器、比較器（C1

和C2）、基本RS觸發(fā)器和放電開(kāi)關(guān)（VT）4部分組成。555定時(shí)器共有8個(gè)引腳，分別為：（1）GND接地端；（2）

為低電平觸發(fā)端；（3）OUT為輸出端；（4）

為復(fù)位端，低電平有效；（5）CO為控制端；（6）TH為閾值輸入端；（7）D為放電端；（8）VCC

為電源端，電壓范圍為4.5～16V。2．基本功能二、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1．單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路特性及應(yīng)用

單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路有穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)兩種工作狀態(tài)，而且只有在外界觸發(fā)脈沖的作用下，才能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫態(tài)，在暫態(tài)維持一段時(shí)間以后，自動(dòng)回到穩(wěn)態(tài)。暫態(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)脈沖信號(hào)無(wú)關(guān)。由于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路具有這些特點(diǎn)，它被廣泛應(yīng)用于整形、延時(shí)及定時(shí)等電路。2．555定時(shí)器構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路（1）電路結(jié)構(gòu)（2）工作原理暫穩(wěn)狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間又稱輸出脈沖寬度，用tW

表示。它由電路中電容C兩端的電壓來(lái)決定，可以推導(dǎo)出tW≈1.1RC三、多諧振蕩器1．多諧振蕩器的特點(diǎn)及應(yīng)用多諧振蕩器是一種自激振蕩器，它具有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在接通電源后，不需外加觸發(fā)信號(hào)，就可在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)之間自動(dòng)轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生一定頻率和一定帶寬的矩形脈沖。多諧振蕩器經(jīng)常用作脈沖信號(hào)發(fā)生器，是數(shù)字系統(tǒng)中重要的硬件組成部分。2．555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器（1）電路的結(jié)構(gòu)。（2）多諧振蕩器的工作原理。充電時(shí)間t1

和放電時(shí)間t2

為t1≈0.7(R1+R2)C

t2≈0.7R2C多諧振蕩器的振蕩周期TT=t1+t2≈0.7(R1+2R2)C電路的振蕩頻率f輸出波形占空比q定義：q=t1/T，即脈沖寬度與脈沖周期之比，稱為占空比。四、施密特觸發(fā)器1．施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)及應(yīng)用（1）在輸入信號(hào)從低電平上升的過(guò)程中，電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入電平，與輸入信號(hào)從高電平下降過(guò)程中對(duì)應(yīng)的輸入轉(zhuǎn)換電平不同，即具有不同的閾值電壓。說(shuō)明電路有滯回電壓傳輸特性，如圖10.8所示。圖10.8中UT+

是高電平閾值電壓，UT-

是低電平閾值電壓。而ΔUT=UT+-UT-

稱回差電壓。回差電壓越大，施密特觸發(fā)器的抗干擾性越強(qiáng)，但施密特觸發(fā)器的靈敏度也會(huì)相應(yīng)降低。（2）電路狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，輸出電壓變化很快，具有陡峭的跳變沿。2．555定時(shí)器構(gòu)成施密特觸發(fā)器。（1）電路結(jié)構(gòu)。（2）工作原理若在控制端5外接控制電壓US，則UT+=US，第2節(jié)模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信的過(guò)程稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換。完成A/D轉(zhuǎn)換的電路稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱ADC。把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的過(guò)程稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換。完成D/A轉(zhuǎn)換的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱DAC。如圖10.12所示為A/D、D/A轉(zhuǎn)換應(yīng)用示意圖。一、數(shù)模轉(zhuǎn)換器二、模數(shù)轉(zhuǎn)換器一、數(shù)模轉(zhuǎn)換器1．?dāng)?shù)模轉(zhuǎn)換器的基本原理數(shù)模轉(zhuǎn)換器是將輸入的二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換為與該數(shù)字量成比例的電壓或電流。D0

～Dn-1是輸入的n位二進(jìn)制數(shù)，Uo

是與輸入二進(jìn)制數(shù)成比例的輸出電壓。圖中Uo、D、VREF

三者之間關(guān)系可用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：U=KDVREF。式中K為比例系數(shù)。不同的數(shù)模轉(zhuǎn)換器有各自對(duì)應(yīng)的K。2．集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)介（1）DAC0808的引腳功能。D7

～D0為8位數(shù)字輸入端，D7為最高位，D0

為最低位。Io是求和電流輸出端。+VREF

和-VREF

接基準(zhǔn)電流發(fā)生電路中運(yùn)算放大器的反相輸入端和同相輸入端，COMP供外接補(bǔ)償電容之用。VCC

和-VEE

為正、負(fù)電源輸入端，分別為+5V和-15V。（2）DAC0808的典型應(yīng)用。3．?dāng)?shù)模轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）轉(zhuǎn)換精度。①分辨率分辨率是指數(shù)模轉(zhuǎn)換器最小輸出電壓（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（對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)字量各有效位全為1）之比，其值越小，分辨能力越強(qiáng)。對(duì)于一個(gè)n位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，分辨率可表示為n（數(shù)模轉(zhuǎn)換的位數(shù)）越大，分辨率越小，轉(zhuǎn)換精度越高。②轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差是指數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出模擬電壓值與理論輸出模擬電壓值之差。顯然，這個(gè)差值越小，電路的轉(zhuǎn)換精度越高。（2）轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度是指數(shù)模轉(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。它是反映數(shù)模轉(zhuǎn)換器工作速度的指標(biāo)，轉(zhuǎn)換時(shí)間越小，工作速度越高。二、模數(shù)轉(zhuǎn)換器1．模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理模數(shù)轉(zhuǎn)換是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。而其輸入的模擬電流或電壓一般是由傳感器輸送的，如圖10.16所示。如圖10.16所示是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入、輸出關(guān)系框圖。轉(zhuǎn)換過(guò)程通常包括取樣、保持、量化和編碼4個(gè)過(guò)程。2．集成模數(shù)轉(zhuǎn)換器件簡(jiǎn)介（1）ADC0809的引腳功能IN0

～I(xiàn)N7

為8路單端模擬輸入電壓的輸入端；A2

～A0

為模擬輸入通道的地址選擇線，A2為最高位，A0為最低位，用來(lái)選通8路輸入；ALE為地址鎖存允許信號(hào)，高電平有效，當(dāng)ALE=1時(shí)，將地址信號(hào)有效鎖存，并經(jīng)譯碼器選中其中一個(gè)通道；D0

～D7

為轉(zhuǎn)換器的數(shù)碼輸出線，D7為高位，D0為低位；START為啟動(dòng)脈沖信號(hào)輸入端，當(dāng)需啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程時(shí)，在此端加一個(gè)正脈沖，脈沖的上升沿將所有的內(nèi)部寄存器清零，下降沿時(shí)開(kāi)始模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程；CP為時(shí)鐘脈沖輸入端；EOC為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平有效，轉(zhuǎn)換開(kāi)始時(shí)為低電平；VREF(＋)、VREF(－)

為基準(zhǔn)電壓的正、負(fù)極輸入端。一般VREF(＋)

接+5V，VREF(－)

接地。（2）ADC0809典型應(yīng)用不同的模擬量轉(zhuǎn)變成了與之對(duì)應(yīng)的數(shù)字量。當(dāng)模擬量之間的差別太小時(shí)，數(shù)字量是分辨不出來(lái)的。3．模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率

模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率是指模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)輸