【文章內容簡介】 擬輸入通道 B4 32 CAP6 CAP 輸入端 6 16 ADINB5 模擬輸入通道 B5 33 AGND 模擬地 17 AGND 模擬地 34 AGND 模擬地 6 表 J19 的管腳定義和說明 管腳號 管腳名 說明 管腳號 管腳名 說明 1 +5V 電源 由 POWER 提供的電源 18 GND 地線 2 +5V 電源 由 POWER 提供的電源 19 T2CTRP 定時器 2 比較輸出 3 PWM1 PWM1 輸出引腳 20 T3CTRP 定時器 3 比較輸出 4 PWM2 PWM2 輸出引腳 21 T4CTRP 定時器 4 比較輸出 5 PWM3 PWM3 輸出引腳 22 C1CRTIP 比較器 1比較輸出 6 PWM4 PWM4 輸出引腳 23 C2CRTIP 比較器 2比較輸出 7 PWM5 PWM5 輸出引腳 24 C3CRTIP 比較器 3比較輸出 8 PWM6 PWM6 輸出引腳 25 TDIRA 定時器計數方向 A 9 PWM7 PWM7 輸出引腳 26 TCKINA 定時器時鐘輸入 A 10 PWM8 PWM8 輸出引腳 27 SCITXB 異步串口 TX 端 B 11 PWM9 PWM9 輸出引腳 28 SCIRXB 異步串口 RX 端 B 12 T1PWM T1 輸出引腳 29 SPSIMA SPI 主收主發(fā)端 13 T2PWM T2 輸出引腳 30 SPSOMA SPI 主發(fā)從收端 14 T3PWM T3 輸出引腳 31 SPICLKA SPI 時鐘 15 T4PWM T4 輸出引腳 32 SPISTEA SPI Slave 發(fā)送使能 16 T1CTRP 定時器 1 比較輸出 33 GND 地線 17 GND 地線 34 GND 地線 運算放大器 LM324 介紹 LM324 工作原理 LM324 系列運算放大器是價格低廉的帶差動輸入功能的四運算放大器，可工作在單電源下。與某些單電源應用場合的標準運算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點。該四放大器可以工作在低到 伏或者高到 32 伏的電源下，靜態(tài)電流為 MC1741 的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負電源，因而消除了在許多應用場合中采用外部偏置元件的必要性。 7 LM325 具有以下優(yōu)點： 輸入級 ： 3V32V ：最大 100nA（ LM324A） 。 。 LM324 內部集成四個運算放大器，每個運放相互獨立，可以單獨使用。從原理上說，集成運算放大電路實質上就是一個具有高放大倍數的多級直接耦合放大電路。他的內部通常包含四個基本組成部分，即輸入級、中間級、輸出級和偏置電路，如圖所示。以下簡單介紹個部分的功能。 輸 入 級 中 間 級 輸 出 級偏 置 電 路 圖 集成運放的基本組成部分 1) 輸入級 集成運放的輸入級對于他的許多指標注入輸入電阻、共模輸入電壓、差模輸入電壓和共模抑制比等等，起著決定性的作用，因此是提高集成運放質量的關鍵。 為了發(fā)揮集成電路內部元件參數匹配較好、易于補償的優(yōu)點，輸入級大都采用差分放大電路的形式。 2) 中間級 中間級的主要任務是提供足夠大的電壓放大倍數。從這個目標出發(fā)，不僅要求中間級本身具有較高的電壓增益，同時為了減少對前級的影響，還應具有較高的輸入電阻。尤其當輸入級采用有源負載時，中間級的輸入電阻問題更為重要，否則 將使輸入級的電壓增益大為降低，失去了有源負載的優(yōu)點。另外，中間級還應向輸出級提供較大的推動電流，并能根據需要實現雙端輸入至單端輸出的轉換。 8 為了提高電壓放大倍數，集成運放中間級經常利用三極管作為有緣負載。另外，中間級的放大管有時采用復合管的結構形式。 3) 輸出級 集成運放輸出級的主要作用是提供足夠的輸出功率以滿足負載的需要，同時還應具有較低的輸出電阻以便增強帶載能力，也應有較高的輸入電阻，以免影響前級的電壓放大倍數。一般不要求輸出級提高很高的電壓放大倍數。由于輸出級工作在大信號狀態(tài)，應設法盡可能減少出書波形的失 真。此外，輸出級應有過載保護措施，以防輸出端意外短路或負載電流過大而燒毀功率管。 集成運放的輸出級基本上都采用各種形式的互補對稱放大電路。 4) 偏置電路 偏置電路的主要作用是向各級放大電路提供合適的偏置電流，確定各級靜態(tài)工作點。一般由三極管組成的電流源電路提供恒定的靜態(tài)電流和有源負載。 LM324 的引腳、結構及其典型運用 圖 LM324管腳圖 LM324 管腳如上圖所示，管腳 12 為“ +”端，是四個運放的同相輸入端，管腳 13 為“ ”端，是四個運放的反相輸入端， 14 為四個運放的輸出端。輸出端的電壓與反向輸入端的信號相位相反，而與同相輸入端的信號相位相同。對于理想的運放，工作在線性狀態(tài)時，輸出電壓與輸入電壓的關系為 U0=Aod(Ui2Ui1) （ 21） 式中， Aod是運放的開環(huán)差模電壓放大倍數。 由于運放的開環(huán)放大倍數很大，所以其線性工作范圍很窄。為了讓運放能在比較大 9 的輸入電壓范圍內工作在線性區(qū)，就必須引入深度負反饋降低運放的放大倍數。當運放工作工作在線性區(qū)時，可組成各類信號運算電路，如比例、加減、微分和積分等。 比例運算電路 比例運算電路的輸出電壓與輸入電壓之間存在比例關系，即電路可以實現比例運算，是其他各種運算電路的基礎。比例運算電路根據輸入信號解法的不同，有電路三種基本形式：反相輸入、同相輸入以及差分輸入比例運算電路。 圖 反相比例運算電路 上圖中，輸入電壓 Ui電阻 R1加到集成運放的反相輸入端，其同相輸入端經電阻 R2接地。輸出電壓 U0經 Rf接回到反相輸入端構成負反饋放大器。集成運放的反相輸入端和同相輸入端，實際上是運放內部輸入級兩個差分對管的基級。為了使差動放大電路的參數保持對稱，應使兩個差分對管基 級對地電阻盡量一致，以免靜態(tài)基流流過這兩個電阻時在運放輸入端產生附加的偏差電壓。因此選擇 R2的阻值為 R2=R1//Rf （ 22） 而反比例運算運算電路的電壓放大倍數為 10 RRuuA fiuf ??? （ 23） 圖 同相比例運算電路 10 上圖中，輸入電壓 iu 連接至同相輸入端，但是為保證引入的是負反饋，輸入電壓 0u 通過電阻 Rf仍接到反相輸入端，同時，反相輸入端通過 R1接地。為了使集成運放反相輸入端和同相輸入端對地電阻一致， R2電阻仍應為 R2=R1//Rf （ 24） 同比例運算電路的電壓放大倍數為 10 1 RRuuA fiuf ??? （ 25） 圖 差分比例運算電路 上圖中，輸入電壓 Ui和 Ui’分別加在集成運放的反相輸入端和同相輸入端，從輸出端通過反饋電阻 Rf接回到反相輸入端。為了保證運放 兩個輸入端對地的電阻平衡，同時為了避免降低共模抑制比，通常要求 R1=R1’, Rf=Rf’ （ 26） 差分比例運算電路電壓放大倍數為 10 39。 RRuu uA fiiuf???? （ 27） 加法和減法運算 圖 加法電路 11 加法電路電壓為 )( 3322110 RuRuRuRu iiif ???? （ 28） 若取 R1=R2=R3=Rf=R 式可簡化為 )( 3210 iii uuuu ???? （ 29） 圖 減法電路 減法電路電壓為 22110 ifif uRRuRRu ??? （ 210） 濾波電路 當運放工作在線性區(qū)時，還可以組成各式各樣的濾波電路。由于集成運放是有源元件，因此由其構成的濾波電路通常稱為有源濾波電路。 圖 有源二階低通濾波電路 12 二階有源低通濾波電路的通帶電壓放大倍數為 11 RRA fu ?? （ 211） 通帶截止頻率為 RC2 10 ??f （ 212） 開關式穩(wěn)壓電源芯片 LM2596 介紹 LM2596 開關電壓調節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出 3A的驅動電流，同時具有很好的線性和負載調節(jié)特性。固定輸出版本有 、 5V、 12V， 可調版本可以輸出小于 37V 的各種電壓。 該器件內部集成頻率補償和固定頻率發(fā)生器，開關頻率為 150KHz，與低頻開關調節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需 4 個外接元件，可以使用通用的標準 電感，這更優(yōu)化了 LM2596 的使用，極大地簡化了開關電源電路的設計。 該器件還有其他一些特點：在特定的輸入電壓和輸出負載的條件下，輸出電壓的誤差可以保證在177。 4%的范圍內，振蕩頻率誤差在177。 15%的范圍內；可以用僅 80μA 的待機電流， 實現外部斷電；具有自我保護電路（一個兩級降頻限流保護和一個在異常情況下斷電的過溫完全保護電路） LM2596 常常被運用于制作高效率降壓調節(jié)器、單片開關電壓調節(jié)器、正負電壓轉換器等。 在本采樣系統(tǒng)中，由于 LM2596 帶載能力強，我們選用了 LM2596 的 5V 固定輸出版本用于給所有需要 5V供電的元件供電。 LM2596 的特點 1) 、 5V、 12V 的固定電壓輸出和可調電壓輸出 2) 可調輸出電壓范圍 ～ 37V177。 4% 3) 輸出線性好且負載可調節(jié) 4) 輸出電流可高達 3A 5) 輸入電壓可高達 40V 6) 采用 150KHz 的內部振蕩頻率，屬于第二代開關電壓調節(jié)器，功耗小、效率高 7) 低功耗待機模式， IQ 的典型值為 80μ A 13 8) TTL 斷電能力 9) 具有過熱保護和限流保護功能 10) 封裝形式： TO220（ T）和 TO263（ S） 11) 外圍電路簡單，僅需 4 個外接元件， 且使用容易購買的標準電感 LM2596 的引腳及主 要性能參數 圖 LM2596引腳圖 圖 為 LM2596 的引腳圖，每個引腳的極限參數如下： 1) 1號管腳為 VCC，最大電源電壓為 45V。 2) 2號管腳輸出管腳，輸出電壓為 、 5V、 12V 或者為小于 37V 的可調電壓。 3) 3號管腳為接地管腳。 4) 4號管腳為反饋管腳，所能承受的反饋電壓的范圍是 。 5) 5號管腳為 ON/OFF 腳，所能承受的控制電壓為 。 表 LM2596 的主要性能參數 符號 參量 條件 典型值 極限值 VOUT 輸出電壓 ≤VIN≤40V， ≤ILOAD≤3A η 效率 VIN=12V， ILOAD=3A 73% VOUT 輸出電壓 7V≤VIN≤40V， ≤ILOAD≤3A 14 η 效率 VIN=12V， ILOAD=3A 80% LM259612 VOUT 輸出電壓 15V≤VIN≤40V， ≤ILOAD≤3A η 效率 VIN=25V， ILOAD=3A 88% LM2596ADJ VOUT 輸出電壓 ≤VIN≤40V， ≤ILOAD≤3A VOUT=3V， η 效率 VIN=25V， VOUT =3V， ILOAD=3A 73% VIN=25V， VOUT =15V， ILOAD=3A 90% 通過表 可知， LM2596 僅需 4 個外接元件，就可以得到很好的轉 換效率。 穩(wěn)壓芯片 TL431 介紹 德州儀器公司（ TI）生產的 TL431 是一是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置到從 Vref（ ）到 36V 范圍內的任何值。該器件的典型動態(tài)阻抗為 ，在很多應用中可以用它代替齊納二極管，例如，數字電壓表，運放電路、可調壓電源，開關電源等等。 TL431 工作原理 圖 TL431的符號 上圖是該器件的符號。 3個引腳分別為：陰極（ CATHODE）、陽極（ ANODE）和參考端（ REF）。 TL431的具體功能可用圖 的功能模塊示意。 15 圖 TL431功能模塊 由圖可以看到， VI 是一個內部的 基準源，接在運放的反相輸入端。由運放的特性可知，只有當 REF 端（同相端）的電壓非常接近 VI（ ）時，三極管中才會有一個穩(wěn)定的非飽和電流通過，而且隨著 REF 端電壓的微小變化，通過三極管 圖 1 的電流將從1 到 100mA 變化。當然，該圖絕不是 TL431 的實際內部結構，所以不能簡單地用這種組合來代替它。 TL431 的引腳