全國高等職業(yè)學(xué)校電類專業(yè)教材數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)(第三版)課題七

數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用應(yīng)用模數(shù)轉(zhuǎn)換器制作數(shù)字電位器任務(wù)2組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器任務(wù)1組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器任務(wù)11.能敘述數(shù)模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)、工作原理和主要參數(shù)。2.能敘述數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功能、管腳排列和工作方式。3.能說明集成運(yùn)算放大器LM358的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管腳排列。4.能分析用DAC0832構(gòu)成的數(shù)模轉(zhuǎn)換測試電路輸出電壓與輸入數(shù)字量二進(jìn)制權(quán)值之間的關(guān)系。5.能正確應(yīng)用Multisim14.0仿真軟件對數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行功能測試。6.能正確組裝數(shù)模轉(zhuǎn)換測試電路并測量模擬量。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)1組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器

在自動化控制系統(tǒng)中,數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為不同數(shù)值的直流電壓或電流,去控制轉(zhuǎn)速和壓力等不同的物理量。與開關(guān)量控制不同的是,用模擬量控制可以實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速、恒溫、恒壓等控制。實(shí)現(xiàn)這種數(shù)-模轉(zhuǎn)換功能的電路稱為數(shù)-模轉(zhuǎn)換器,簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。本任務(wù)以集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832為例,介紹數(shù)模轉(zhuǎn)換器的工作原理、組裝與測試。任務(wù)引入任務(wù)1組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器任務(wù)引入任務(wù)1組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器有一個4位DAC,基準(zhǔn)電壓UREF=10V,輸入的數(shù)字量D3D2D1D0=1010,求輸出的模擬電壓。同樣的基準(zhǔn)電壓,若是一個8位DAC,輸入的數(shù)字量D7D6D5D4D3D2D1D0=10101010,求輸出的模擬電壓。相關(guān)知識任務(wù)1組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器二、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832集成D/A轉(zhuǎn)換器速度快、轉(zhuǎn)換精度高、成本低,常見的集成D/A轉(zhuǎn)換器有DAC0808、DAC0832、DAC1230、AD561、AD7520、MC1408等。下面僅以國內(nèi)應(yīng)用較多的DAC0832為例介紹集成D/A轉(zhuǎn)換器。相關(guān)知識任務(wù)1組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器相關(guān)知識任務(wù)1組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器三、集成運(yùn)算放大器LM358集成運(yùn)算放大器LM358包括兩個獨(dú)立的高增益的具有內(nèi)部頻率補(bǔ)償功能的雙運(yùn)算放大器,能在電源電壓范圍很寬的單電源(3~30V)或雙電源(±1.5~±15V)供電下使用。

LM358的管腳排列如下圖所示。任務(wù)1組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器

四、DAC測試用DAC0832構(gòu)成的數(shù)模轉(zhuǎn)換測試電路如圖所示。

D7和D0分別為數(shù)據(jù)輸入端的最高位和最低位,基準(zhǔn)電壓使用+5V;運(yùn)算放大器使用LM358,使用±5V雙電源供電。使用數(shù)字式萬用表直流20V擋測量輸出電壓,測量結(jié)果見下表。從表中可以看出,輸出電壓與輸入數(shù)字量的二進(jìn)制權(quán)值成正比關(guān)系,當(dāng)D7~D0全部為1時,輸出最大模擬電壓值為4.980V。一、任務(wù)分析本任務(wù)先用Multisim14.0搭建8位DAC模塊并進(jìn)行仿真測試,以DAC0832芯片為主要元件組裝數(shù)模轉(zhuǎn)換器測試電路并進(jìn)行測試,要求能正確識別DAC0832的管腳排列,根據(jù)相應(yīng)的輸入數(shù)字量,測量出對應(yīng)的模擬電壓并記錄。任務(wù)1組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器任務(wù)實(shí)施二、任務(wù)準(zhǔn)備1.實(shí)訓(xùn)器材(1)面包板1塊(2)直流穩(wěn)壓電源(+5V、-5V)1臺(3)DAC08321片(4)LM3581片(5)數(shù)字式電壓表1塊(6)插接線若干(7)集成電路起拔器、鑷子各1個(8)Multisim14.0仿真測試平臺1套任務(wù)1組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器任務(wù)實(shí)施二、任務(wù)準(zhǔn)備2.注意事項(xiàng)(1)輸出電壓的大小應(yīng)符合DAC轉(zhuǎn)換規(guī)律,如有較大差別,應(yīng)檢查電路是否接錯。(2)實(shí)際操作中,測量值與理論值可能有一定的差別,誤差主要是由器件差異、電源電壓與測試儀表的偏差造成的。(3)如果需要測量較為精確的值,可在DAC0832的⑨腳與LM358的①腳之間增加一個增益調(diào)節(jié)電位器,如果測量值與理論值相比仍有較大的差別,應(yīng)檢查電路是否接錯。任務(wù)1組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器三、操作步驟任務(wù)1組裝與測試數(shù)模轉(zhuǎn)換器應(yīng)用模數(shù)轉(zhuǎn)換器制作數(shù)字電位器任務(wù)21.能敘述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理和主要技術(shù)指標(biāo)。2.能敘述模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管腳排列。3.能敘述8位數(shù)字電位器測試電路的工作原理。4.能正確應(yīng)用Multisim14.0仿真軟件對模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行功能測試。5.能正確組裝8位數(shù)字電位器測試電路并測試其功能。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)2應(yīng)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器制作數(shù)字電位器人們?nèi)粘Ｊ褂玫碾娢黄鞫际悄M電位器,其阻值變化是連續(xù)發(fā)生的。例如,使用音量電位器調(diào)節(jié)收音機(jī)音量大小,使用調(diào)光臺燈的亮度電位器調(diào)節(jié)光線強(qiáng)弱。任務(wù)引入任務(wù)2應(yīng)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器制作數(shù)字電位器任務(wù)2應(yīng)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器制作數(shù)字電位器可以通過數(shù)字電路將模擬電位器轉(zhuǎn)換為數(shù)字電位器,下圖所示為8位數(shù)字電位器測試電路,圖中RP為模擬電位器,數(shù)字量輸出為D7~D0,其輸出最小值為0(即00000000B),最大值為255(即11111111B)。一、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809實(shí)現(xiàn)將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并使輸出數(shù)字量與輸入模擬量成正比的轉(zhuǎn)換電路稱為模-數(shù)轉(zhuǎn)換器,簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。常見的集成A/D轉(zhuǎn)換器有ADC0809、ADC0804、MC14433等,下面僅以ADC0809為例介紹集成A/D轉(zhuǎn)換器。相關(guān)知識任務(wù)2應(yīng)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器制作數(shù)字電位器任務(wù)2應(yīng)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器制作數(shù)字電位器ADC0809由8路模擬量開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、控制與時序電路、逐次逼近寄存器、樹狀電子開關(guān)、256R電阻T型網(wǎng)絡(luò)、三態(tài)輸出鎖存器等組成。二、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理W在ADC中,因?yàn)檩斎氲哪M信號在時間上是連續(xù)量,而輸出的數(shù)字信號是離散量,所以進(jìn)行轉(zhuǎn)換時必須在一系列選定的瞬間對輸入的模擬信號取樣,然后再把這些取樣值轉(zhuǎn)換為輸出的數(shù)字量。

因此,一般的A/D轉(zhuǎn)換過程是通過取樣、保持、量化和編碼這四個步驟完成的,即首先對輸入的模擬電壓信號取樣,取樣結(jié)束后進(jìn)入保持時間,在這段時間內(nèi)將取樣的電壓量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,并按一定的編碼形式給出轉(zhuǎn)換結(jié)果,然后開始下一次取樣。相關(guān)知識任務(wù)2應(yīng)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器制作數(shù)字電位器相關(guān)知識任務(wù)2應(yīng)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器制作數(shù)字電位器下圖為從模擬量轉(zhuǎn)換到數(shù)字量的過程框圖。三、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.轉(zhuǎn)換精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度是用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述的。(1)分辨率分辨率表示ADC對輸入信號的分辨能力。(2)轉(zhuǎn)換誤差轉(zhuǎn)換誤差表示ADC實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字量之間的差別。2.轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間是指ADC從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始,到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。相關(guān)知識任務(wù)2應(yīng)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器制作數(shù)字電位器四、8位數(shù)字電位器測試電路的工作原理8位數(shù)字電位器測試電路如圖所示。地址碼A2A1A0=000,選中IN0模擬通道,模擬電位器RP接入ADC0809的IN0端口。CD4060是脈沖振蕩器,從⑦腳輸出2.048kHz信號,作為ADC0809的脈沖信號;從CD4060的①腳輸出8Hz信號,作為ADC0809的地址鎖存信號和轉(zhuǎn)換啟動信號。由于ADC0809的輸出電流較小,不足以驅(qū)動發(fā)光二極管,所以DC0809的輸出端接入8位數(shù)據(jù)緩沖器74LS244,用于驅(qū)動8只發(fā)光二極管。任務(wù)2應(yīng)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器制作數(shù)字電位器

一、任務(wù)分析本任務(wù)先用Multisim14.0搭建一個8位的ADC模型進(jìn)行仿真測試,然后以ADC0809、CD4060、74LS244為主要元件組裝ADC數(shù)字電位器,要求能正確識別ADC0809、CD4060、74LS244的管腳排列,并通過調(diào)節(jié)電位器,控制發(fā)光二極管的亮滅。任務(wù)實(shí)施任務(wù)2應(yīng)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器制作數(shù)字電位器

二、任務(wù)準(zhǔn)備1.實(shí)訓(xùn)器材(1)面包板1塊(2)直流穩(wěn)壓電源(5V)1臺(3)ADC08091片(4)CD40601片(5)74LS2441片(6)晶振(32.768kHz)1個(7)電阻器(2MΩ)1個(8)電位器(10kΩ)1個(9)發(fā)光二極管8只(10)電阻器(470Ω)8個(11)數(shù)字式萬用表1塊(12)插接線若干(13)集成電路起拔器、鑷子各1個(14)Multisim14.0仿真測試平臺1套任務(wù)2應(yīng)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器制作數(shù)字電位器

二、任務(wù)準(zhǔn)備2.注意事項(xiàng)ADC0809的電源管腳與一般芯片不同,務(wù)必注意,不要錯接,以免損壞芯片。三、操作步驟任務(wù)2應(yīng)用數(shù)模轉(zhuǎn)換器制作數(shù)字電位器謝謝全國高等職業(yè)學(xué)校電類專業(yè)教材數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)(第三版)課題八

制作接口電路應(yīng)用繼電器制作輸出接口電路任務(wù)2應(yīng)用光耦制作輸入接口電路任務(wù)1應(yīng)用光耦制作輸出接口電路任務(wù)3應(yīng)用光耦制作輸入接口電路任務(wù)11.能敘述光耦的種類、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理。2.能敘述光耦的基本驅(qū)動電路、輸出類型和檢測方法。3.能敘述光耦4N26的管腳排列和主要參數(shù)。4.能敘述光耦輸入接口電路的工作原理和特點(diǎn)。5.能正確組裝光耦輸入接口電路并測試其功能。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)1應(yīng)用光耦制作輸入接口電路

數(shù)字系統(tǒng)與輸入信號源可能相距較遠(yuǎn)(如50m以外水位控制中的水位探頭),如果只用導(dǎo)線連接來傳輸信號,在導(dǎo)線電阻上產(chǎn)生的噪聲干擾將造成數(shù)字系統(tǒng)不能接收到正確的電平信號。為了可靠地傳輸數(shù)字信號,在實(shí)際生產(chǎn)中常應(yīng)用光電耦合器(簡稱光耦)制作輸入接口電路,如下圖所示。任務(wù)引入任務(wù)1應(yīng)用光耦制作輸入接口電路一、光耦的種類、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理1.光耦的種類光耦分為兩種,一種為非線性光耦,另一種為線性光耦。非線性光耦的電流傳輸特性曲線是非線性的,這類光耦適合數(shù)字信號的傳輸,常用的4N系列光耦屬于非線性光耦。線性光耦的電流傳輸特性曲線接近直線,并且小信號時性能較好,能以線性特性進(jìn)行隔離控制,適用于模擬電路。相關(guān)知識任務(wù)1應(yīng)用光耦制作輸入接口電路2.光耦的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理光耦的發(fā)光管和光敏管封裝在一起,元件之間用透明硅膠絕緣隔離,如下圖所示。相關(guān)知識任務(wù)1應(yīng)用光耦制作輸入接口電路當(dāng)輸入信號接通發(fā)光管電路后,電信號轉(zhuǎn)換為相同變化規(guī)律的光信號并通過透明硅膠傳遞給光敏管,由光敏管放大輸出同樣變化規(guī)律的電信號。因此,光耦是電-光-電轉(zhuǎn)換器件,其輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)電隔離。二、光耦的基本驅(qū)動電路光耦的基本驅(qū)動電路如下圖所示。光耦的工作原理與一般的三極管相同,流過發(fā)光二極管的電流IF相當(dāng)于基極電流IB,電流變換比CTR(等于IC/IF)相當(dāng)于三極管電流放大倍數(shù)β。相關(guān)知識任務(wù)1應(yīng)用光耦制作輸入接口電路

三、光耦的輸出類型光耦輸入部分大都是紅外發(fā)光二極管,輸出部分有不同的光敏器件,常見光耦的內(nèi)部電路如下圖所示。

四、光耦的檢測方法由于光耦的發(fā)射管(輸入端)和接收管(輸出端)是相互隔離的,因此可以用萬用表單獨(dú)檢測這兩部分,方法如下。(1)將萬用表置于R×1k或R×100擋,測發(fā)射管的正、反向電阻值。正常情況下,正向電阻值為幾百歐,反向電阻值為幾十千歐。(2)測量接收管的集電極和發(fā)射極電阻,其正、反向電阻值都應(yīng)為無窮大。否則,說明接收管已損壞。

五、光耦4N26的管腳排列和主要參數(shù)1.管腳排列光耦4N26的管腳排列如圖所示2.主要參數(shù)一、任務(wù)分析本任務(wù)以光耦4N26為核心元件制作輸入接口電路,要求能正確識別4N26的管腳排列,通過光耦輸入接口電路控制LED的亮滅,測試輸入接口電路的功能,從而進(jìn)一步了解輸入接口電路的作用。任務(wù)1應(yīng)用光耦制作輸入接口電路任務(wù)實(shí)施二、任務(wù)準(zhǔn)備1.實(shí)訓(xùn)器材(1)面包板1塊(2)直流穩(wěn)壓電源(5V)1臺(3)光耦4N261片(4)74LS041片(5)電阻器(220Ω、300Ω、470Ω)各1個(6)發(fā)光二極管1只(7)萬用表1塊(8)插接線若干(9)集成電路起拔器、鑷子各1個任務(wù)1應(yīng)用光耦制作輸入接口電路任務(wù)實(shí)施二、任務(wù)準(zhǔn)備2.注意事項(xiàng)為了方便測試,VCC和VDD使用同一個電源。三、操作步驟任務(wù)1應(yīng)用光耦制作輸入接口電路

(1)關(guān)閉電源,將IC和光耦插入面包板。

(2)插入其他元件,并用插接線連接電路,開關(guān)S用插接線替代。(3)檢查+5V電壓是否正常。

(4)接通電源,當(dāng)開關(guān)S斷開時,LED點(diǎn)亮;當(dāng)開關(guān)S接通時,LED熄滅。

(5)觀察測試現(xiàn)象,分析光耦輸入接口電路的功能是否正常。

(6)按要求做好實(shí)訓(xùn)室8S管理,填寫實(shí)訓(xùn)報告。應(yīng)用繼電器制作輸出接口電路任務(wù)21.能敘述繼電器的組成和工作原理。2.能敘述繼電器線圈電流的含義。3.能正確選擇繼電器的額定工作電壓、觸點(diǎn)的額定電壓與電流。4.能敘述三極管驅(qū)動電路的工作原理。5.能敘述集成驅(qū)動電路ULN2003的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管腳排列,并能檢查其管腳好壞。6.能敘述繼電器輸出接口電路的工作原理。7.能應(yīng)用繼電器制作并測試輸出接口電路。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)2

應(yīng)用繼電器制作輸出接口電路數(shù)字電路是一個弱電控制系統(tǒng),一般情況下工作在5V,驅(qū)動電流在毫安級以下。而要把它直接用于大功率場合,如控制電動機(jī),顯然是不行的。因此,要有一個環(huán)節(jié)來銜接,這個環(huán)節(jié)就是“功率驅(qū)動”。繼電器驅(qū)動就是一個典型的、簡單的功率驅(qū)動環(huán)節(jié)。繼電器驅(qū)動電路就是數(shù)字電路與其他大功率負(fù)載的接口電路。任務(wù)引入任務(wù)2應(yīng)用繼電器制作輸出接口電路任務(wù)2應(yīng)用繼電器制作輸出接口電路下圖所示為繼電器輸出接口電路,CD4060是脈沖振蕩器,從③腳輸出幅度為5V、頻率為2Hz的脈沖信號,通過NPN開關(guān)型三極管VT的放大作用,控制直流繼電器K,再用繼電器K的常開或常閉觸頭去控制其他大功率負(fù)載。一、繼電器1.繼電器的組成和工作原理繼電器由電磁鐵(鐵芯、線圈)、銜鐵、彈簧和觸點(diǎn)組成,如圖所示。相關(guān)知識任務(wù)2應(yīng)用繼電器制作輸出接口電路2.繼電器額定工作電壓的選擇繼電器額定工作電壓是指繼電器線圈的工作電壓,通常繼電器線圈的工作電壓分為直流5V、6V、9V、12V、15V、24V等系列。3.繼電器線圈電流繼電器額定工作電壓與線圈直流電阻之比就是繼電器線圈電流,通常為幾十毫安。4.繼電器觸點(diǎn)額定電壓與電流的選擇繼電器觸點(diǎn)額定電壓與電流是指觸點(diǎn)的負(fù)載能力。相關(guān)知識任務(wù)2應(yīng)用繼電器制作輸出接口電路二、驅(qū)動電路1.三極管驅(qū)動電路通常用硅NPN型開關(guān)三極管驅(qū)動直流繼電器2.集成驅(qū)動電路ULN2003ULN2003管腳排列如圖所示,

①~⑦腳是輸入端(IN),⑩~16腳是輸出端(0UT),

⑧腳和⑨腳是集成電路的地和電源端。相關(guān)知識任務(wù)2

應(yīng)用繼電器制作輸出接口電路

一、任務(wù)分析本任務(wù)要求能正確利用CD4060、繼電器、二極管、三極管等元件制作并測試輸出接口電路。任務(wù)實(shí)施

二、任務(wù)準(zhǔn)備1.實(shí)訓(xùn)器材(1)面包板1塊(2)直流穩(wěn)壓電源(5V)1臺(3)CD40601片(4)晶振32.768kHz1個(5)電阻器(2MΩ、2kΩ、1.5kΩ)各1個(6)二極管1N41481個(7)三極管90131個(8)直流繼電器JQC-3F1個(9)插接線若干(10)焊接工具1套(11)集成電路起拔器、鑷子各1個

二、任務(wù)準(zhǔn)備2.注意事項(xiàng)本任務(wù)注意事項(xiàng)參見課題一和課題二的相關(guān)任務(wù)。

三、

操作步驟(1)關(guān)閉電源,將IC和三極管插入面包板。(2)將插接線焊接在直流繼電器的線圈管腳上,并將直流繼電器插入面包板。(3)按照圖8-6插入其他元件,并用插接線連接電路。(4)檢查+5V電壓是否正常。(5)接通電源,直流繼電器電路間歇通斷,可聽到吸合/釋放時發(fā)出的“吧嗒”聲。(6)分析繼電器輸出接口電路的功能是否正常。(7)按要求做好實(shí)訓(xùn)室8S管理,填寫實(shí)訓(xùn)報告。應(yīng)用光耦制作輸出接口電路任務(wù)31.能敘述光耦4N35的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和管腳組成。2.能敘述光耦輸出接口電路的工作原理。3.能應(yīng)用光耦4N35制作輸出接口電路。學(xué)習(xí)目標(biāo)任務(wù)3應(yīng)用光耦制作輸出接口電路由于