常用数字集成电路 图解

教学导航知识重点：1.555定时器电路及功能；2.数模、模数与转换原理；3.只读存储器，随机存储器存储原理;知识难点：1.单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器功能分析；2.数模、模数与转换原理；教学导航必须掌握的理论知识：1.555定时器外形及功能；2.单稳态触发器，多段振荡器，施密特触发器电路构成及功能.；3..数模、模数与转换集成芯片，管脚及功能；4.只读存储器，随机存储器存储特征。必须掌握的技能：1.555定时器应用电路分析；2.认识555定时器集成单元外形及引脚，掌握电子电路焊接及组装方法，会正确操作及调试。主要内容11.1集成555定时器11.2数模与模数转换器11.1集成555定时器555定时器电路及功能555定时器应用电路施密特触发器单稳态触发器多端振荡器11.1.1集成555定时器的电路构成的功能ccUDR'K5K5K5COTHTRD56271341C2CDRDSQQ0uR1RU2RUVGND集成555定时器的的电路图及管脚排列如图所示87651234ccUDTRGND0uDR'THCO接地端低电平触发输出端直接置零端电源端放电端高电平触发端电压控制端电路包含元器件及集成单元如表11-1所示：功能电压比较器C1C2当输入端时，为高电平当输入端时，为低电平基本RS触发器当当当,保持原状态三极管V当时，饱和导通当时，截止电阻分压器（由三个5KΏ电阻构成）近似为串联UR1、UR2为比较器C1和C2提供基准电压UU10UUU00U0DR1DS0Q1Q1DR0DS1Q0Q1DR1DS1Q0QCCRUU321CCRUU312555定时器功能如表11-2所示：THTR三极管V工作状态XX00饱和导通10饱和导通1保持原状态保持原状态11截止DRCCU32ouCCU31CCU32CCU31CCU32CCU31当TH2/3，时，比较器C1输出为低电平，=0；比较器C2输出为高电平，=1，基本RS触发器置0，Uo=0Q=0，=1，三极管V饱和导通。提示！思考？参考上面分析，你能分析出功能表中其它几项吗？UccTR31dRDSQ11.1.2555定时器应用电路集成555定时器的应用很广泛，但就其最基本的应用有三种电路。1、单稳态触发器1、1电路8463271ccU0U+-cUiUC1、2波形1、3工作状态工作状态：一个为稳态、一个为暂稳态稳态时，输出低电平暂稳态时，输出高电平暂稳态持续时间TW≈1.1RC1、4主要应用1）定时2）将不规则信号整形为确定宽度、确定幅度的正脉冲信号2、多谐振荡器2、1电路8473621ccU0U+-cUiUC1R2R2、2波形ccUccU32ccU310Utt2、3工作状态工作状态为两个暂稳态一个是电容充电，输出高电平;一个是电容放电，输出低电平输出矩形波一个周期时间为T=T1+T2≈0.7(R1+2R2)C2、4主要应用无需输入信号，自行产生矩形脉冲信号3、施密特触发器3、1电路3、2波形ccU32ccU31tt0U3、3工作状态Ui上升时，当，Uo由1变为0Ui下降时，当，Uo由0变1CCiUU3/2CCiUU3/23、4主要应用将连续变化信号波形（正弦波、三角波等）整形为矩形脉冲知识拓展分析单稳态触发器的工作原理1、电路构成2、工作原理分析结合单稳态触发器的波形图11-4分析其工作原理如下：1ucu0utttccU)3/2(1）稳态接通电源前，Ui为高电平。接通电源后，电容C被充电，当电容上电压时，比较器C1输出为低电平，=0，比较器C2由于U1为高电平，输出为高电平，=1，触发器置0，，=1，三极管V饱和导通，电容C迅速放电至Uc=0，比较器C1输出为高电平，Rd=1，触发器保持原状态不变，是稳态，Uc=0，Uo=0。CCCUU3/2DRDSQ00UQ00UQ接通电源前，Ui为高电平。接通电源后，电容C被充电，当电容上电压时，比较器C1输出为低电平，=0，比较器C2由于U1为高电平，输出为高电平，=1，触发器置0，，=1，三极管V饱和导通，电容C迅速放电至Uc=0，比较器C1输出为高电平，Rd=1，触发器保持原状态不变，是稳态，Uc=0，Uo=0。CCCUU3/2DRDS2）暂稳态当输入信号加入负脉冲，，比较器C2输出低电平，=0，此时Rd仍为1，触发器置1，,=0，三极管V截止，电容C又被充电，电路进入暂稳态，此时。0iUDS10UQQ10U3）自动返回稳定状态当电容电压被充电至时，比较器C1输出变为低电平，=0。由于Ui已恢复高电平状态，比较器C2输出为高电平，=1，触发器置0，Uo=0Q=0，电路返回到稳定状态，三极管饱和导通，电容迅速放电至Uc=0，直到下一个输入负脉冲出现，又重复上述过程。CCCUU3/2DRdS提示！单稳定触发器的稳定状态为Uo=0，暂稳态为Uo=1，暂稳态持续时间取决于电容电压从0上升至2/3Ucc所需时间，可按以下公式近似计算：调整R或C大小即可改变暂稳态持续时间，这就是555定时器的定时作用。RCTw1.1应用单稳态触发器的定时作用该电路通过单稳态触发器输出为1时，即暂稳态时，定时开启与门，使被测信号Ua通过与门，然后通过对输出脉冲Uo计数即可测知Ua的频率。下图电路是由多谐振荡器构成的光电报警器，应用多谐振荡器功能，你能分析出该电路的工作原理吗？846237151R2R3R1CF01.0CCU2C应用11.2数模与模数转换器数模转换器数模与转换原理集成数码转换器模数转换器采样保持电路量代、编码电路集成0809简介序言数字技术的发展使数字系统的应用日益普及。但数字电路只能处理数字信号，而生产过程中需要检测和控制的物理量有很多是模拟量，如温度、压力、流量等，为此，首先要经过传感器将这些模拟量转换成相应的模拟信号。然后把这些模拟信号转换成数字信号，送进数字系统进行处理。最后把处理过的数字信号转换成模拟信号。实现对生产过程的检测与控制。将模拟信号转换成数字信号的电路称为模/数转换器，简记为ADC；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数/模转换器，简记为DAC。11.2.1数模转换器（DAC）1、1数模转换原理数模转换器输入的是数字信号，输出的是确定大小的模拟电压或电流。当输入的是N位二进制数码全为0时，输出的模拟电压为0V，当输入的二进制代码全为1时，输出的模拟电压为最大值。N位二进制数码共有2N个组态。分别对应确定大小的模拟电压。以四位D/A转换器为例，四位二进制数码共有24=16中组态，设其输出电压最大值为5V，则该D/A转换器能够分辨出来的最小模拟电压是：）（V333.01551254输出模拟电压与输入数字量之间的对应关系如表11-4所示：每种二进制组态对应的模拟电压A等于该二进制组态对应十进制数，转换比例系数K，即：001122122....22ddddKAnnnn由此可知，D/A转换器需要将输入数字信号的每一位二进制数码的1按照它的“权”值转换为相应的模拟量，再将代表各位的模拟量相加。最后与输入数字量成正比的模拟量输出，完成数模转换功能。1、2集成数码转换电路DAC的主要作用是将输入的数字信号转换成模拟信号（电压或电流）。一个n位DAC的组成框图如图所示，它由参考电压源、输入寄存器、模拟开关、电阻译码网络以及求和运算放大器组成。输入寄存器模拟开关电阻网络运算放大器参考电压源REFU数字量输入n位模拟电压输出输入寄存器是并行输入、并行输出的缓冲寄存器，用来暂存输入的n位二进制数码；模拟开关受相应的二进制代码控制，将电阻译码网络中的电阻恰当的与运算放大器接通；电阻译码网络通常有T形和倒T形的结构形式，通常由R和2R两类电阻构成，以保证精度；运算放大器对各位代码所对应的电流进行求和，并转换成相应的模拟电压输出。目前DAC的集成芯片型号很多，中规模集成芯片DAC0832是一种CMOS工艺的集成8位单片DAC，其外形和引脚图如图11-8所示该芯片主要由两个8位寄存器（输入寄存器和DAC寄存器）和一个8位D/A转换器组成，为20脚双列直插式封装。DAC083220CCU191817161514131211ILE2WRXFER4D5D6D7D02I01I12345678910CS1WRAGND3D2D1D0DREFUFRDGND：8位数据输入端。70~DD0201~II：模拟电流输出端1、模拟电流输出端2RF:外接反馈电阻端UREF:基准参考电压端UCC:电源电压端DGND、AGND:数字地、模拟地:低电平有效的片选信号端CSILE：高电平有效的输入锁存使能端，与、共同控制输入寄存器选通1WRCS:写信号1，低电平有效，当,ILE=1时，才能将数据线上的数据写入寄存器中。1WR0CS：写信号2，低电平有效，当时，输入寄存器中的值写入DAC寄存器中。2WR02WRXFER:控制传输信号输入端，低电平有效，控制选通DAC寄存器。模拟地是指模拟信号以及基准电源的参考地，其余信号的参考地包括工作电源地、时钟、数据、地址、控制等数字逻辑地都是数字地。XFER2WRDAC0832是电流输出型，它本身输出的模拟量是电流，应用时需要外接运算放大器，使之成为电压型输出。11.2.2模/数转换器（ADC）模/数转换器输入的是连续变化的模拟信号，输出的是离散变化的数字信号。ADC的主要作用是将输入的模拟信号转换成数字信号。根据模拟信号在时间上是连续的而数字信号是离散的特点，进行A/D转换只能在一系列选定的瞬间对输入的模拟信号取样，然后再把取样值转换成用二进制代码表示的数字量输出.所以通常要经过采样、保持、量化和编码四个步骤完成A/D转换，如图11-9所示。采样保持量化编码模拟信号数字信号完成以上四个步骤的电路分为采样—保持电路和量化—编码电路两部分。2、1采样-保持电路采样就是对连续变化的模拟信号定时进行测量，抽取样值。通过采样，一个在时间上连续变化的模拟信号就转换为随时间断续变化的脉冲信号。把每次采样取得的电压值转换为相应的数字量，需经过量化、编码的过程，所以在每次采样后的转换期间，输入的采样值应保持不变，直到下一个采样脉冲的到来，再采用新的电压信号，这就是保持电路的功能。通常采样与保持是由同一电路一次完成的，所以统称为采样-保持电路。图8-23是采样-保持电路图及其波形图iuVxuCsu0u模拟量tiutiu0ut图中N沟道MOS管作为采样开关管，当采样脉冲=1时，场效应管V导通，输入信号经V管向电容C充电。由于运算放大器接成射极跟随器，所以电容C充电结束，≈。当=0时，场效应管截止，电容两端电压基本保持不变，直到下一个采样脉冲到来。suouiusu2、2量化-编码电路从采样-保持电路输出的信号虽然已成为阶梯波，但阶梯波形的幅值仍然是连续变化的，所以要把采样-保持后的阶梯信号按指定要求划分成某个最小量化的整数倍，这个过程称为量化。把量化后的结果用代码表示出来，称为编码。量化输入模拟电压编码输出二进制代码V1V87V86V85V84V83V82V81V0111110101100011010001000例如把0~1V的电压转换为三位二进制代码的数字信号，把1V的电压分成八个等级，最小量化单位是1/8，其量化与编码过程如图11-11所示。经过上述处理后，模拟信号就转换成一系列的代码，这些代码就是A/D转换的输出结果。ADC的型号比较多，有双积分型、逐次逼近型和并行比较性等。下面介绍的中规模集成电路ADC0809是一种逐次逼近型的8位A/D转换器。11.2.3集成ADC0809简介ADC08092827262524232221201918171615123455678910111213143IN4IN5IN6IN7INSTARTEOC3DOECLOCKCCU)(REFUGND1D2IN1IN0INABCALE7D6D5D4D0D)(REFU0DADC0809的外部引脚功能图