《MC4433數(shù)字電壓表電路分析與制作》課件、《三角波發(fā)生器電路分析與制作》課件

任務(wù)一MC14433數(shù)字電壓表電路分析與制作任務(wù)二三角波發(fā)生器電路分析與制作8.11MC14433數(shù)字電壓表電路分析與制作、8.12三角波發(fā)生器電路分析與制作任務(wù)9.1MC14433數(shù)字電壓表電路分析與制作9.1.1A/D轉(zhuǎn)換器工作原理由于輸入的模擬信號在時(shí)間上是連續(xù)的，輸出的數(shù)字信號在時(shí)間和幅值都是是離散的，因此轉(zhuǎn)換時(shí)一般要經(jīng)過取樣、保持、量化和編碼四個(gè)過程。實(shí)際中有時(shí)取樣和保持、量化和編碼會同時(shí)實(shí)現(xiàn)。1.取樣定理取樣定理為：若fs為取樣信號的頻率，fi(max)為輸入模擬信號的最高頻率分量的頻率，則它們必須滿足fs≥2fi(max)，一般取fs≥(3~5)fi(max)。任務(wù)9.1MC14433數(shù)字電壓表電路分析與制作2.量化與編碼數(shù)字信號不僅在時(shí)間上是離散的，而且數(shù)值大小的變化也是不連續(xù)的。即任何一個(gè)數(shù)字量的大小只能是某個(gè)規(guī)定的最小數(shù)量單位的整數(shù)倍。在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，必須將取樣電壓表示為這個(gè)最小單位的整數(shù)倍。這個(gè)轉(zhuǎn)換過程稱為量化，所取的最小數(shù)量單位稱為量化單位。用△表示。將量化的結(jié)果用代碼表示出來，稱為編碼。代碼可以是二進(jìn)制，也可以是其他進(jìn)制，這些代碼就是A/D轉(zhuǎn)換的輸出結(jié)果。任務(wù)9.1MC14433數(shù)字電壓表電路分析與制作9.1.2.A/D轉(zhuǎn)換器類型A/D轉(zhuǎn)換器有直接轉(zhuǎn)換法和間接轉(zhuǎn)換法兩大類。直接法是通過一套基準(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A/D轉(zhuǎn)換器、逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器、并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器等。間接法是將取樣后的模擬信號先轉(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A/D轉(zhuǎn)換器、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器等。任務(wù)9.1MC14433數(shù)字電壓表電路分析與制作9.1.3A/D轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)指標(biāo)1.轉(zhuǎn)換精度在單片集成的A/D轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換精度也采用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述。（1）分辨率A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸出二進(jìn)制數(shù)或十進(jìn)制數(shù)的位數(shù)來表示。它表示A/D轉(zhuǎn)換器對輸入信號的分辨能力。(2)轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差一般是以輸出誤差的最大值形式給出，它表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)有的輸出數(shù)字量之間的差別。通常以最低有效位的倍數(shù)給出，如若轉(zhuǎn)換誤差為<±LSB/2，則說明實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得的輸出數(shù)字量之間的最小誤差小于最低有效位的半個(gè)字。2.轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間是指A/D轉(zhuǎn)換器從接到轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號開始，到輸出端獲得穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時(shí)間。任務(wù)9.1MC14433數(shù)字電壓表電路分析與制作9.1.4集成A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成，如圖9-3所示。圖9-4為ADC0809的引腳圖。ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，各引腳功能如下。任務(wù)9.1MC14433數(shù)字電壓表電路分析與制作1.實(shí)訓(xùn)電路分析實(shí)訓(xùn)電路圖如圖9-5所示，圖9-5是以MC14433為核心的數(shù)字電壓表電路原理圖。MC14433是雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，CC4511是譯碼驅(qū)動(dòng)電路，MC1403基準(zhǔn)電壓源電路，MC1413為7組達(dá)林頓管反相驅(qū)動(dòng)電路。DS1~DS4信號經(jīng)MC1413緩沖后驅(qū)動(dòng)各個(gè)共陰數(shù)碼管的陰極。電路的工作工程如下：MC1403的輸出接至MC14433的Vref輸入端，為MC14433提供高精度、高穩(wěn)定度的參考電壓，CC4511將MC14433輸出的BCD碼經(jīng)譯碼后送給LED數(shù)碼管。MC14433的選通脈沖DS1~DS4使O4~O1輪流為低電平，控制四個(gè)數(shù)碼管輪流工作，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描顯示。當(dāng)參考電壓Vref取2V和200mV時(shí)，輸入被測模擬電壓的范圍分別為0~1.999V和0~199.9mV。由于MC14433量程電壓輸入端的最大輸入電壓不能超過1.999V，若被測輸入電壓超過1.999V，如在0~20V范圍，被測輸入的電壓需要經(jīng)過分壓才能輸入，被測電壓輸入端UI前必須用1800kΩ和200kΩ的電阻分壓，用4.7kΩ和47kΩ的電阻限流，使輸入的電壓大約為原來的十分之一，實(shí)現(xiàn)與2V的參考電壓匹配。任務(wù)9.1MC14433數(shù)字電壓表電路分析與制作2.器件、器材實(shí)訓(xùn)需要設(shè)備包括數(shù)字實(shí)驗(yàn)裝置萬用表、雙蹤示波器，±5V直流電源、烙鐵、直流數(shù)字電壓表，所需元器材如表9-2所示。任務(wù)9.1MC14433數(shù)字電壓表電路分析與制作表9-2元件名稱、型號和數(shù)量表序號名稱元件標(biāo)號型號規(guī)格數(shù)量1A/D轉(zhuǎn)換器IC1MC1443312反向驅(qū)動(dòng)器IC2MC141313基準(zhǔn)電壓源IC3MC140314顯示譯碼器IC4CC451115數(shù)碼管IC5TBC5011H46金屬膜電阻器R1、R2470k，1/4W27金屬膜電阻器R3～R9270，1/4W78金屬膜電阻器RM，Rd270，1/4W29電位器Rp1k110聚酯薄膜電容器C1、C010.1μF216印制電路板—配套印制電路板1按圖9-5分析電路、檢測元器件、制作電路、調(diào)試誤差任務(wù)9.1MC14433數(shù)字電壓表電路分析與制作3.元器件識別與測試（1）AT192集成電路測試儀簡介①測試適用范圍元器件測試：適用于所有類型的集成電路的測試和元器件的篩選測試。電路板測試：在測試電纜線和測試夾的配合下能對各種電路板進(jìn)行檢測。②測試原理（V-I曲線測試）其測量原理是給元器件的每個(gè)管腳施加一個(gè)安全的低功率掃描驅(qū)動(dòng)信號，使其產(chǎn)生一個(gè)阻抗特征圖，然后將被測器件和數(shù)據(jù)庫中標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)阻抗圖進(jìn)行對比，根據(jù)阻抗圖差異的大小來判斷元件的好壞和可用性。③集成電路測試操作首先從數(shù)據(jù)庫選擇要測試的集成電路型號（或用戶可根據(jù)自己的需要，用性能完好的器件創(chuàng)建IC測試數(shù)據(jù)庫），然后將集成電路插入測試座，執(zhí)行測試，則得到PASS或FAIL的測試結(jié)果。（2）集成電路的識別與檢測按圖9-6～圖9-9識別各個(gè)集成電路型號與引腳功能，用AT192集成電路測試儀對其進(jìn)行檢測，將測試填于表9-3中。任務(wù)9.1MC14433數(shù)字電壓表電路分析與制作任務(wù)9.1MC14433數(shù)字電壓表電路分析與制作（3）數(shù)碼管TBC5011H的識別與檢測按圖6-11找出數(shù)碼管的所有公共端，按表6-9的欄目對數(shù)碼管進(jìn)行檢測，并自制表格完成數(shù)據(jù)記錄。（4）色環(huán)電阻的識別與檢測色環(huán)電阻R1、R2、RM和Rd的識別與檢測按表1-4的欄目進(jìn)行，并自制表格完成數(shù)據(jù)記錄。（5）電位器RP的識別與檢測電位器RP的識別與檢測按表1-12的欄目進(jìn)行，并自制表格完成數(shù)據(jù)記錄。（6）電容器的識別與檢測電容器C1和CO1的識別與檢測按表1-8的欄目進(jìn)行，并自制表格完成數(shù)據(jù)記錄。（7）電路板的識別與檢測識別印制電路板上的絲印標(biāo)注，理解其含義。用AT192集成電路測試儀對電路板進(jìn)行質(zhì)量檢測，確認(rèn)是否合格。任務(wù)9.1MC14433數(shù)字電壓表電路分析與制作表9-3集成電路檢測表元件標(biāo)號型號規(guī)格名稱測試結(jié)果是否滿足要求IC1MC14433A/D轉(zhuǎn)換器

IC2MC1413反向驅(qū)動(dòng)器

IC3MC1403基準(zhǔn)電壓源

IC4CC4511顯示譯碼器

4.電路組裝在插裝集成電路時(shí)，要注意引腳標(biāo)記與電路板上的標(biāo)記一致，所有引腳要與電路板上插孔對準(zhǔn)后再均勻用力插入。在焊接數(shù)碼管時(shí)，要注意焊接時(shí)間不要過長，以免造成數(shù)碼管外殼熔融而損壞。元器件焊接完成后，自檢、互檢有無短路與虛焊，以及錯(cuò)誤連接情況。5.功能檢測與調(diào)試調(diào)試步驟如下：（1）連接MC1403基準(zhǔn)電源，用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字電壓表檢查輸出是否為2.5V。調(diào)整電位器RP，使輸出電壓為2.0V。（2）將輸入端接地，接通+5V、-5V電源（先接好地線），此時(shí)數(shù)碼管應(yīng)顯示“000”，若不是，檢查電源正負(fù)電壓，用示波器觀察DS1~DS4、O4~O1的波形，找出故障原因。（3）使用電阻和電位器構(gòu)成輸入電壓UI調(diào)節(jié)電路，調(diào)節(jié)電位器，數(shù)碼管顯示將有相應(yīng)變化，然后進(jìn)入下一步細(xì)調(diào)。（4）用數(shù)字萬用表測量輸入電壓，調(diào)節(jié)電位器，使UI=0.500V，被調(diào)電路的電壓指示值不一定顯示0.500，調(diào)整基準(zhǔn)電壓源，使指示值與數(shù)字萬用表顯示的標(biāo)準(zhǔn)電壓誤差之個(gè)位數(shù)在5之內(nèi)。（5）改變輸入電壓UI極性，使UI=-0.500V，檢查“-”是否顯示，并按（4）方法校準(zhǔn)顯示值。（6）在-1.999～+1.999V量程內(nèi)再一次仔細(xì)調(diào)整基準(zhǔn)電源電壓，使全部量程內(nèi)的誤差均個(gè)位數(shù)在5之內(nèi)。至此一個(gè)測量范圍在-1.999～+1.999之內(nèi)的直流電壓表調(diào)試成功。任務(wù)9.1MC14433數(shù)字電壓表電路分析與制作9.2.1D/A轉(zhuǎn)換器工作原理D/A轉(zhuǎn)換器是將輸入的二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，以電壓或電流的形式輸出。D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)譯碼器（解碼器）。一般常用的線性D/A轉(zhuǎn)換器，其輸出模擬電壓uO和輸入數(shù)字量Dn之間成正比關(guān)系。UREF為參考電壓。uO＝DnUREF。任務(wù)9.2三角波發(fā)生器電路分析與制作任務(wù)9.2三角波發(fā)生器電路分析與制作可見，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓uO，等于代碼為1的各位所對應(yīng)的各分模擬電壓之和。任務(wù)9.2三角波發(fā)生器電路分析與制作9.2.2D/A轉(zhuǎn)換器類型D/A轉(zhuǎn)換器一般由數(shù)碼緩沖寄存器、模擬電子開關(guān)、參考電壓、解碼網(wǎng)絡(luò)和求和電路等組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖9-7所示。其工作過程是，數(shù)字量以串行或并行方式輸入，并存儲在數(shù)碼緩沖寄存器中；寄存器輸出的每位數(shù)碼驅(qū)動(dòng)對應(yīng)數(shù)位上的電子開關(guān)，將在解碼網(wǎng)絡(luò)中獲得的相應(yīng)數(shù)位權(quán)值送入求和電路；求和電路將各位權(quán)值相加，便得到與數(shù)字量對應(yīng)的模擬量。常用的D/A轉(zhuǎn)換器根據(jù)工作原理的不同，分為權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、倒T形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器、權(quán)電流型D/A轉(zhuǎn)換器、開關(guān)樹形D/A轉(zhuǎn)換器、權(quán)電容網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器。9.2.3D/A轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率分辨率通常用于表征D/A轉(zhuǎn)換器對輸入微小量變化的敏感程度。2.轉(zhuǎn)換精度D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是指輸出模擬電壓的實(shí)際值與理想值之差，即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。3.轉(zhuǎn)換速度從輸入的數(shù)字量發(fā)生突變開始，到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)定值相差±0.5LSB范圍內(nèi)所需要的時(shí)間，稱為建立時(shí)間tset。4.溫度系數(shù)在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。任務(wù)9.2三角波發(fā)生器電路分析與制作9.2.4集成D/A轉(zhuǎn)換器1.DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)DAC0832是常用的集成D/A轉(zhuǎn)換器，邏輯功能框圖如圖9-8(a)所示。它由一個(gè)8位輸入寄存器、一個(gè)8位DAC寄存器和一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器三大部分組成，采用了倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)。任務(wù)9.2三角波發(fā)生器電路分析與制作2.DAC0832引腳功能3.DAC0832工作方式DAC0832的使用有雙緩沖器型、單緩沖器型和直通型三種工作方式，工作原理圖如圖9-9所示。任務(wù)9.2三角波發(fā)生器電路分析與制作9.2.5三角波發(fā)生器電路制作與調(diào)試1.實(shí)訓(xùn)電路分析實(shí)訓(xùn)電路原理如圖9-10所示。該電路是以DAC0832為核心組成的三角波發(fā)生器，其中兩片74LS161構(gòu)成一個(gè)8位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器的輸出狀態(tài)在00000000~11111111之間變化。DAC0832將計(jì)數(shù)器輸出的8位二進(jìn)制信息轉(zhuǎn)換為模擬電壓。當(dāng)計(jì)數(shù)器全為“1”時(shí)，輸出電壓uo=Umax；下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到來時(shí)，計(jì)數(shù)器全為“0”，輸出電壓uo=0。當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出從00000000遞增到11111111時(shí)，數(shù)/模轉(zhuǎn)換器就會輸出一個(gè)依次遞增的256級的模擬電壓，用示波器就可以看到uo端的波形。外接的運(yùn)算放大器μA741將DAC0832轉(zhuǎn)換后的電流輸出轉(zhuǎn)為電壓輸出，輸出電壓值與參考電壓Vref的大小成正比。增大Vref，三角波的幅值也隨之增大，反之亦然。2.器件、器材實(shí)驗(yàn)器材：數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱一臺，數(shù)字萬用表，雙蹤示波器，導(dǎo)線，電路板等。任務(wù)9.2三角波發(fā)生器電路分析與制作表9-4三角波發(fā)生器元器件（材）明細(xì)表序號名稱元件標(biāo)號型號規(guī)格數(shù)量1D/A轉(zhuǎn)換器ICDAC083212十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器IC，IC74LS16123集成運(yùn)算放大器ICμA74114印制電路板（或萬能板）—配套印制電路板1圖9-10三角波發(fā)生器電路原理圖任務(wù)9.2三角波發(fā)生器電路分析與制作3.元器件識別與測試按圖9-8（b）、圖9-11和圖9-12識別各個(gè)集成電路型號與引腳功能，用AT192集成電路測試儀對其進(jìn)行檢測，將測試填于表9-5中。任務(wù)9.2三角波發(fā)生器電路分析與制作表9-5集成電路檢測表元件標(biāo)號型號規(guī)格名稱測試結(jié)果是否滿足要求IC1DAC0832D/A轉(zhuǎn)換器

IC274LS161十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器

IC3μA741集成運(yùn)算放大器

4.電路組裝在插裝集成電路時(shí)，要注意引腳標(biāo)記與電路板上的標(biāo)記一致，所有引腳要與電路板上插孔對準(zhǔn)后再均勻用力插入。元器件焊接完成后，自檢、互檢有無短路與虛焊，以及錯(cuò)誤連接情況。4.功能調(diào)試與檢測調(diào)試步驟如下：①在74LS161的脈沖輸入信號CP端接信號源，將信號源的頻率調(diào)為10KHz左右，幅度大于2V。用示波器的一個(gè)探頭測量CP信號，另一個(gè)探頭依次測量DAC0832的DI0~DI7的波形，觀察示波器上顯示的兩個(gè)波形的頻率關(guān)系。若DI0信號波形的頻率為CP的二分頻，DI1的頻率為CP的四分頻，依次類推。如果測試正確，說明由兩片74LS161構(gòu)成的八位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器工作正常。②用示波器觀測運(yùn)放741的輸出信號，記錄輸出波形的形狀、頻率和幅度。若電路工作正常，輸