555時基電路及其應用

PAGE1PAGE102實驗十四555時基電路及其應用一、實驗目的1、熟悉555型集成時基電路結構、工作原理及其特點2、掌握555型集成時基電路的基本應用二、實驗原理集成時基電路又稱為集成定時器或555電路，是一種數字、模擬混合型的中規(guī)模集成電路，應用十分廣泛。它是一種產生時間延遲和多種脈沖信號的電路，由于內部電壓標準使用了三個5K電阻，故取名555電路。其電路類型有雙極型和CMOS型兩大類，二者的結構與工作原理類似。幾乎所有的雙極型產品型號最后的三位數碼都是555或556；所有的CMOS產品型號最后四位數碼都是7555或7556，二者的邏輯功能和引腳排列完全相同，易于互換。555輸出的最大電流可達200mA，CMOS型的電源電壓為+3～+18V。1、555電路的工作原理555電路的內部電路方框圖如圖14－1所示。它含有兩個電壓比較器，一個基本RS觸發(fā)器，一個放電開關管T，比較器的參考電壓由三只5KΩ的電阻器構成的分壓器提供。它們分別使高電平比較器A1的同相輸入端和低電平比較器A2的反相輸入端的參考電平為和。A1與A2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關狀態(tài)。當輸入信號自6腳，即高電平觸發(fā)輸入并超過參考電平時，觸發(fā)器復位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時放電開關管導通；當輸入信號自2腳輸入并低于時，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時放電開關管截止。是復位端（4腳），當＝0，555輸出低電平。平時端開路或接VCC。(a)(b)圖14－1555定時器內部框圖及引腳排列VC是控制電壓端（5腳），平時輸出作為比較器A1的參考電平，當5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現對輸出的另一種控制，在不接外加電壓時，通常接一個0.01μf的電容器到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當T導通時，將給接于腳7的電容器提供低阻放電通路。555定時器主要是與電阻、電容構成充放電電路，并由兩個比較器來檢測電容器上的電壓，以確定輸出電平的高低和放電開關管的通斷。這就很方便地構成從微秒到數十分鐘的延時電路，可方便地構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，多諧振蕩器，施密特觸發(fā)器等脈沖產生或波形變換電路。2、555定時器的典型應用(1)構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器圖14－2(a)為由555定時器和外接定時元件R、C構成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。觸發(fā)電路由C1、R1、D構成，其中D為鉗位二極管，穩(wěn)態(tài)時555電路輸入端處于電源電平，內部放電開關管T導通，輸出端F輸出低電平，當有一個外部負脈沖觸發(fā)信號經C1加到2端。并使2端電位瞬時低于，低電平比較器動作，單穩(wěn)態(tài)電路即開始一個暫態(tài)過程，電容C開始充電，VC按指數規(guī)律增長。當VC充電到時，高電平比較器動作，比較器A1翻轉，輸出V0從高電平返回低電平，放電開關管T重新導通，電容C上的電荷很快經放電開關管放電，暫態(tài)結束，恢復穩(wěn)態(tài)，為下個觸發(fā)脈沖的來到作好準備。波形圖如圖14－2(b)所示。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間tw（即為延時時間）決定于外接元件R、C值的大小。tw＝1.1RC通過改變R、C的大小，可使延時時間在幾個微秒到幾十分鐘之間變化。當這種單穩(wěn)態(tài)電路作為計時器時，可直接驅動小型繼電器，并可以使用復位端（4腳）接地的方法來中止暫態(tài)，重新計時。此外尚須用一個續(xù)流二極管與繼電器線圈并接，以防繼電器線圈反電勢損壞內部功率管。(a)(b)圖14－2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(2)構成多諧振蕩器如圖14－3(a)，由555定時器和外接元件R1、R2、構成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連路沒有穩(wěn)態(tài)僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)電路亦不需要外加觸發(fā)信號利用電源通過R1、R2向C充電，以及C通過R2向放電端Ct放電，使電路產生振蕩電容C在和之間充電和放電其波形如圖14－3(b)所示。輸出信號的時間參數是T＝tw1＋tw2，tw1＝0.7(R1＋R2)C，tw2＝0.7R2C外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強的功率輸出能力。因此這種形式的多諧振蕩器應用很廣。(a)(b)圖14－3多諧振蕩器(3)組成占空比可調的多諧振蕩器電路如圖14－4，它比圖14－3所示電路增加了一個電位器和兩個導引二極管。D1、D2用來決定電容充、放電電流流經電阻的途徑（充電時D1導通，D2截止；放電時D2導通，D1截止）。占空比P＝可見，若取RA＝RB電路即可輸出占空比為50％的方波信號。(4)組成占空比連續(xù)可調并能調節(jié)振蕩頻率的多諧振蕩器圖14－4占空比可調的多諧振蕩器圖14－5占空比與頻率均可調的多諧振蕩器電路如圖14－5所示。對C1充電時，充電電流通過R1、D1、RW2和RW1；放電時通過RW1、RW2、D2、R2。當R1＝R2、RW2調至中心點，因充放電時間基本相等，其占空比約為50％，此時調節(jié)RW1僅改變頻率，占空比不變。如RW2調至偏離中心點，再調節(jié)RW1，不僅振蕩頻率改變，而且對占空比也有影響。RW1不變，調節(jié)RW2，僅改變占空比，對頻率無影響。因此，當接通電源后，應首先調節(jié)RW1使頻率至規(guī)定值，再調節(jié)RW2，以獲得需要的占空比。若頻率調節(jié)的范圍比較大，還可以用波段開關改變C1的值。(5)組成施密特觸發(fā)器圖14－6施密特觸發(fā)器電路如圖14－6，只要將腳2、6連在一起作為信號輸入端，即得到施密特觸發(fā)器。圖14－7示出了vS，vi和vO的波形圖。設被整形變換的電壓為正弦波vs，其正半波通過二極管D同時加到555定時器的2腳和6腳，得vi為半波整流波形。當vi上升到時，vO從高電平翻轉為低電平；當vi下降到時，vO又從低電平翻轉為高電平。電路的電壓傳輸特性曲線如圖14－8所示。回差電壓△V＝－＝圖14－7波形變換圖圖14－8電壓傳輸特性三、實驗設備與器件1、＋5V直流電源2、雙蹤示波器3、連續(xù)脈沖源4、單次脈沖源5、音頻信號源6、數字頻率計7、邏輯電平顯示器8、555×22CK13×2電位器、電阻、電容若干四、實驗內容1、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(1)按圖14－2連線，取R＝100K，C＝47μf，輸入信號vi由單次脈沖源提供，用雙蹤示波器觀測vi，vC，vO波形。測定幅度與暫穩(wěn)時間。(2)將R改為1K，C改為0.1μf，輸入端加1KHz的連續(xù)脈沖，觀測波形vi，vC，vO，測定幅度及暫穩(wěn)時間。2、多諧振蕩器(1)按圖14－3接線，用雙蹤示波器觀測vc與vo的波形，測定頻率。(2)按圖14－4接線，組成占空比為50％的方波信號發(fā)生器。觀測vC，vO波形，測定波形參數。(3)按圖14－5接線，通過調節(jié)RW1和RW2來觀測輸出波形。3、施密特觸發(fā)器按圖14－6接線，輸入信號由音頻信號源提供，預先調好vS的頻率為1KHz，接通電源，逐漸加大vS的幅度，觀測輸出波形，測繪電壓傳輸特性，算出回差電壓△U。4、模擬聲響電路按圖14－9接線，組成兩個多諧振蕩器，調節(jié)定時元件，使Ⅰ輸出較低頻率，Ⅱ輸出較高頻率，連好線，接通電源，試聽音響效果。調換外接阻容元件，再試聽音響效果。圖14－9模擬聲響電路五、實驗預習要求1、復習有關555定時器的工作原理及其應用。2、擬定實驗中所需的數據、表格等。3、如何用示波器測定施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性曲線？4、擬定各次實驗的步驟和方法。六、實驗報告1、繪出詳細的實驗線路圖，定量繪出觀測到的波形2、分析、總結實驗結果實驗十五、轉換器一、實驗目的1、了解和轉換器的基本工作原理和基本結構2、掌握大規(guī)模集成和轉換器的功能及其典型應用二、實驗原理在數字電子技術的很多應用場合往往需要把模擬量轉換為數字量，稱為模/數轉換器（AD轉換器，簡稱ADC）；或把數字量轉換成模擬量，稱為數模轉換器（轉換器，簡稱DAC）。完成這種轉換的線路有多種，特別是單片大規(guī)模集成、轉換器問世，為實現上述的轉換提供了極大的方便。使用者可借助于手冊提供的器件性能指標及典型應用電路，即可正確使用這些器件。本實驗將采用大規(guī)模集成電路DAC0832實現DA轉換，ADC0809實現A轉換。1、轉換器DAC0832DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片電流輸出型8位數模轉換器。圖15－1是DAC0832的邏輯框圖及引腳排列。圖15－1DAC0832單片D/A轉換器邏輯框圖和引腳排列器件的核心部分采用倒T型電阻網絡的8位轉換器，如圖15－2所示。它是由倒T型R－2R電阻網絡、模擬開關、運算放大器和參考電壓VREF四部分組成。圖15－2倒T型電阻網絡轉換電路運放的輸出電壓為…)由上式可見，輸出電壓VO與輸入的數字量成正比，這就實現了從數字量到模擬量的轉換。一個8位的轉換器，它有8個輸入端，每個輸入端是8位二進制數的一位，有一個模擬輸出端，輸入可有28＝256個不同的二進制組態(tài)，輸出為256個電壓之一，即輸出電壓不是整個電壓范圍內任意值，而只能是256個可能值。DAC0832的引腳功能說明如下：D0－D7：數字信號輸入端ILE：輸入寄存器允許，高電平有效：片選信號，低電平有效：寫信號1，低電平有效：傳送控制信號，低電平有效：寫信號2，低電平有效IOUT1，IOUT2：DAC電流輸出端RfB：反饋電阻，是集成在片內的外接運放的反饋電阻VREF：基準電壓（－10～+10）VVCC：電源電壓（＋5～＋15）VAGND：模擬地＞可接在一起使用NGND：數字地DAC0832輸出的是電流，要轉換為電壓，還必須經過一個外接的運算放大器，實驗線路如圖15－3所示。圖15－3D/A轉換器實驗線路2、轉換器ADC0809ADC0809是采用CMOS工藝制成的單片8位8通道逐次漸近型模數轉換器，其邏輯框圖及引腳排列如圖15－4所示。器件的核心部分是8位轉換器，它由比較器、逐次漸近寄存器、轉換器及控制和定時5部分組成。圖15－4ADC0809轉換器邏輯框圖及引腳排列。ADC0809的引腳功能說明如下：INo－IN7：8路模擬信號輸入端A2、A1、A0：地址輸入端ALE：地址鎖存允許輸入信號，在此腳施加正脈沖，上升沿有效，此時鎖存地址碼，從而選通相應的模擬信號通道，以便進行轉換。START：啟動信號輸入端，應在此腳施加正脈沖，當上升沿到達時，內部逐次逼近寄存器復位，在下降沿到達后，開始轉換過程。EOC：轉換結束輸出信號（轉換結束標志），高電平有效。OE：輸入允許信號，高電平有效。CLOCK(CP)：時鐘信號輸入端，外接時鐘頻率一般為640KHz。Vcc：＋5V單電源供電VREF(+)、VREF(-)：基準電壓的正極、負極。一般VREF(+)接+5V電源，VREF(-)接地。D7－Do：數字信號輸出端1）模擬量輸入通道選擇8路模擬開關由A2、A1、A0三地址輸入端選通8路模擬信號中的任何一路進行AD轉換，地址譯碼與模擬輸入通道的選通關系如表15－1所示。表15－1被選模擬通道道道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7地址A200001111A100110011A0010101012）DA轉換過程在啟動端（START）加啟動脈沖（正脈沖），DA轉換即開始。如將啟動端（START）與轉換結束端（EOC）直接相連，轉換將是連續(xù)的，在用這種轉換方式時，開始應在外部加啟動脈沖。三、實驗設備及器件1、＋5V、±15V直流電源2、雙蹤示波器3、計數脈沖源4、邏輯電平開關5、邏輯電平顯示器6、直流數字電壓表7、DAC0832、ADC0809、μA741、電位器、電阻、電容若干四、實驗內容1、轉換器—DAC0832(1)按圖15－3接線，電路接成直通方式，即、、、接地；ALE、VCC、VREF接+5V電源；運放電源接±15V；D0～D7接邏輯開關的輸出插口，輸出端vO接直流數字電壓表。(2)調零，令D0～D7全置零，調節(jié)運放的電位器使μA741輸出為零。(3)按表15－2所列的輸入數字信號，用數字電壓表測量運放的輸出電壓V0，并將測量結果填入表中，并與理論值進行比較。表15－2輸入數字量輸出模擬量V0(V)D7D6D5D4D3D2D1D0VCC＝