【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 A3 的反饋網(wǎng)絡(luò)， 2R 作為級(jí)間反饋。 R1， R2 作為運(yùn)放同相輸入端的平衡電阻。 當(dāng) Vi 為負(fù)值時(shí)， A3 反向輸出， Uo1 為正值。 D2 因反向偏置而截止， D1 受正向壓降作用而導(dǎo)通。（由于集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)很高，即使 Vi 的輸入值很小，也可產(chǎn)生很大的 Uo1 使 D1 導(dǎo)通）。此時(shí)， D2， R 形成的回路斷開(kāi)， Uo2 近似為 0，由 A3 形成的放大電壓對(duì) A4 基本無(wú)影響。輸入電壓經(jīng) 2R 加在 A4 的反向輸入端，經(jīng) A4 反向放大輸出，從而得到正向電壓 Uo。 成都電子機(jī)械高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 當(dāng) Ui 為正值時(shí)， A3 反向輸出， Uo1 為負(fù)值。此時(shí)， D1 反向偏置截止， D2 受正向壓降作用導(dǎo)通， Uo2 為負(fù)值。從而 Uo3 為負(fù)值，經(jīng) A4 反向放大輸出，得到正向電壓 Uo。 利用集成運(yùn)放虛地、虛斷、虛短的特性，不難得出輸出電壓 Uo 與輸入 Ui 在數(shù)值上呈線性比例關(guān)系，即整流器輸出全波成比例正的直流信號(hào)。 我們知道，利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦?，可以組成整流電路，把交流變成直流。但是二極管的門(mén)限電壓約為 ，當(dāng)被整流的信號(hào)電壓低于門(mén)限電壓時(shí)，二極管截止，整流作用消失，即使被整流的電壓值大于 ，由于二極管的彎曲，還會(huì)產(chǎn)生非線性誤差。但利用該集成運(yùn)放電路可有效地克服這兩方面的缺點(diǎn)。因而在整流器的選取上，采用該精密全波整流器，可以更好的進(jìn)行后繼工作。 方案二：當(dāng)音樂(lè)信號(hào)不這三個(gè)頻段之內(nèi)，同樣需要對(duì)音樂(lè)信號(hào)進(jìn)行整流，這時(shí)整流已經(jīng)不需要前面的要求，由于前面的精密整流器成本高，所以現(xiàn)在我們采用橋式整流濾波： 橋式整流濾波 方案比較：將音樂(lè)信號(hào)分為三個(gè)頻段來(lái)進(jìn)行濾波，用于控制不同顏色的彩燈，此外還要控制彩燈的亮度，整流器直接影響到燈光的效果，對(duì)整流器的要求比較高，所以應(yīng)采用精密整流器。而當(dāng)音樂(lè)頻段不在那三個(gè)頻段之內(nèi)時(shí)，整流器的作用只是用于簡(jiǎn)單的整流，濾波，將信號(hào)成一個(gè)持續(xù)的高電平信號(hào)，對(duì)整流器的要求并不是那么高，所以從經(jīng)濟(jì)成本上來(lái)考慮應(yīng)該采用橋式整流濾波。 成都電子機(jī)械高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 : 設(shè)計(jì)要求根據(jù)音樂(lè)信號(hào)的大小控制彩燈的亮度。因而想到用一階梯波發(fā)生器產(chǎn)生 7 個(gè)階梯，作為參考電壓與音樂(lè)信號(hào)進(jìn)行比 較，從而決定了比較器輸出的高電平的個(gè)數(shù)，最終由平均電壓大小來(lái)控制燈的亮度。每次輸出不同的高電平個(gè)數(shù)，從而產(chǎn)生一串占空比不同的數(shù)字信號(hào)，由于占空比不同，從使平均電壓的大小發(fā)生 7 個(gè)不同的變化，將燈的亮度分為 7 個(gè)程度，本設(shè)計(jì)采用 555 時(shí)鐘脈 +計(jì)數(shù)器（ 74LS161） +DA 轉(zhuǎn)換器（ DAC0832）作為階梯波發(fā)生器的組成部分，這樣產(chǎn)生的階梯波，波形比較規(guī)整，產(chǎn)生的最高電平是 +5V。 時(shí)鐘脈沖： 在數(shù)字系統(tǒng)中，經(jīng)常要用到不同寬度和幅度的矩形脈沖波形，矩形波的產(chǎn)生、整形和變換的電路形式很多，現(xiàn)在介紹 555 集成定時(shí)器的 組成和功能以及由集成定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器。 CC7555 定時(shí)器定時(shí)器有 8 個(gè)端子，其引線端子擺列如圖： 1 端接地 。2 端為低觸發(fā)端 TR； 3 端為輸出端 OUT； 4 端為復(fù)位端 CO； 6 端為高觸發(fā)端 TH； 7 端為放電端 D； 8 端為電源點(diǎn)壓 UDD。 成都電子機(jī)械高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 現(xiàn)在講解其基本功能，當(dāng)復(fù)位端 R=0,輸出 OUT=0，放電管導(dǎo)通，其他輸入端 不起作用。當(dāng) TH 端大于 2/3UDD， TR端電壓大于 1/3 時(shí)， R=1， S=0， RS 觸器被置 0，輸出低電平，放電管 VT 導(dǎo)通， D 端對(duì)地短路。當(dāng) TH 端電壓下降到小于 2/3UDD 時(shí)，只要 TR 電壓大于 1/3UDD，觸發(fā)器狀態(tài)不變，輸出仍然為低電平，如果 TR 引入負(fù)脈沖，則觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出為高電平，放電管 VT 截止。 CC7555定時(shí)器邏輯功能表如下： 高觸發(fā)端 TH 低觸發(fā)端 TR 復(fù)位端 R 輸出 OUT 放電管 VT 0 0 導(dǎo)通 ﹥ 2/3UDD ﹥ 1/3UDD 1 0 導(dǎo)通 ﹤ 2/3UDD ﹥ 1/3UDD 1 保持 保持 ﹤ 1/3UDD 1 1 截止 多諧振蕩器： 多諧振蕩器是一種不需外加觸發(fā)信號(hào)便能自動(dòng)地、周期性翻轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生連續(xù)矩形波的電路，由 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振 蕩器如圖（ a）。 設(shè)接通電源時(shí)， Uc=0，故 U6=U2﹤ 1/3UDD,U0 為高電平。放電管 VT 截止，電容 C 將被充電，充電回路為 UDD—R1—R2—C—地，電路處于第一暫穩(wěn)態(tài)，隨著 C 的充電，電容 C 兩端電壓 Uc 逐漸升高，當(dāng) Uc﹥ 2/3UDD,即 U6=U2﹥2/3UDD， U0 為低電平，此時(shí)，放電 VT 由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，電路 C 放電，放電回路為 C—R— VT— 地，電路處于第二暫穩(wěn)態(tài)， C 放電至 Uc﹤ 1/3UDD 后，電路又成都電子機(jī)械高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 翻轉(zhuǎn)到第一穩(wěn)態(tài)，電容 C 放電結(jié)束， C 再次被充電，電路重復(fù)上述過(guò)程。 由理論分析得知： T1=(R1+R2)C。 T2=。 T=T1+T2 =(R1+2R)C。 計(jì)數(shù)器： 74LS161 是一同步 4 位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，下面介紹幾種利用它構(gòu)成 N 進(jìn)制的計(jì)數(shù)方法： 成都電子機(jī)械高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 反饋歸零法：反饋歸零法是利用芯片的復(fù)位端 CR 使之歸零的一種方法，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到 N 種狀態(tài)后，它的下一個(gè)狀態(tài)要通過(guò)門(mén)電路使 CR=0，即直接置 0，計(jì)數(shù)器的第 N+1 種狀態(tài)是計(jì)數(shù)器的最初狀態(tài)。 預(yù)置數(shù)歸零法：預(yù)置數(shù)歸零法利用 的是芯片的預(yù)置控制端 LD 和預(yù)置輸入端D3 D2 D1 D0,給 D3 D2 D1 D0 首先預(yù)置 0 0 0 0，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到 N1 種狀態(tài)時(shí)，使 LD=0，那么它在第 N 個(gè) CP 脈沖來(lái)的時(shí)候，計(jì)數(shù)器的狀態(tài)便會(huì)回到 0 0 0 0。 采用進(jìn)位輸出置最小數(shù)法：進(jìn)位輸出最小數(shù)法是利用芯片的預(yù)置控制端 LD和進(jìn)位輸出端 CO，將 CO 端輸出經(jīng)非門(mén)送到 LD 端，給預(yù)置輸入 D3 D2 D1 D0置一個(gè)最小數(shù) M， M=16N。 聯(lián)級(jí)法：一片 74LS161 可構(gòu)成從二進(jìn)制到十六進(jìn)制之間任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。利用兩片 74LS161，就可構(gòu)成從二 進(jìn)制到二百五十六進(jìn)制之間任意進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。依次類(lèi)推，可根據(jù)計(jì)數(shù)需要選用芯片數(shù)量。 當(dāng)計(jì)數(shù)器容量需要采用兩塊或更多的同步集成計(jì)數(shù)器芯片時(shí)，可以采用聯(lián)級(jí)方法，將低位芯片的進(jìn)位輸出端 CO 端和高位芯片的計(jì)數(shù)控制端 CTt 或 CTp 直接連接，外部計(jì)數(shù)脈沖同時(shí)從每片芯片的 CP 端輸入，再根據(jù)要求，選取上述三種實(shí)現(xiàn)任意進(jìn)制計(jì)數(shù)的方法之一，完成對(duì)應(yīng)電路的構(gòu)成。本設(shè)計(jì)對(duì)計(jì)數(shù)器沒(méi)有特別的要求，所以采用一片芯片，采用反饋歸零法。 數(shù) — 模轉(zhuǎn)換 DAC0832: 將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的裝置稱(chēng)為數(shù) — 模轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱(chēng) DA 轉(zhuǎn)換器或 DAC。 成都電子機(jī)械高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 DAC0832是用 CMOS工藝制成的雙列直插式 8位 DAC芯片，可直接與 8080 8084 8085 及其他微處理器接口，它采用雙緩沖寄存器，能方便地應(yīng)用于多個(gè) DAC 同時(shí)工作的場(chǎng)合。 DAC832 的原理圖如下： 引線端子功能： DI0—— DI7—— 8 位數(shù)字輸入端； CS—— 輸入寄存器選通信號(hào)，低電平有效； WR—— 輸入寄存器寫(xiě)信號(hào)，低電平有效； ILE—— 輸入寄存器鎖存信號(hào)，高電平有效； Xfer—— 數(shù)據(jù)傳送控制端，低電平有效； WR2—— DAC 寄存器寫(xiě)信號(hào)，低電平有效 。 Uref—— 基準(zhǔn)電壓輸入端（ – 10—— ﹢ 10）； Rfb—— 外接反饋電阻端； Iout1—— DAC 模擬電流輸出 1； Iout2—— DAC 模 擬電流輸出 2； UDD—— 電源輸入端（﹢ 5—— ﹢ 15V）； AGND—— 模擬地； DGND—— 數(shù)字地 。 成都電子機(jī)械高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 工作方式： 直通方式：當(dāng) CS=WR2=Xfer=WR1=0,ILE=1 時(shí)，寄存器處于“直通”狀態(tài)，數(shù)據(jù)同時(shí)直接寫(xiě)入兩級(jí)寄存器，直接輸入 DAC 轉(zhuǎn)換輸出。 單緩沖方式：當(dāng) CS=WR2=Xfer=0， ILE=1 時(shí)；若 WR1=1，數(shù)據(jù)鎖存，模擬輸出不變；若 WR1=0，模擬輸出 更新。 雙緩沖方式：分別控制兩級(jí)寄存器，實(shí)現(xiàn)兩次鎖存緩沖，可以同時(shí)接受兩組數(shù)據(jù)，以提高轉(zhuǎn)換速度。 DAC 主要指標(biāo)： 分辨率：分辨率是指 D/A 轉(zhuǎn)換器最小輸出與最大輸出電壓之比。對(duì)于一個(gè) n 位的 D/A 轉(zhuǎn)換器，當(dāng)輸入數(shù)字量為 00…… 01 時(shí)，即最低位（ LSB）為 1，其余各位為 0，輸出電壓為最小輸出電壓 Ulsb,即 Ulsb=Uref/ n2 （ 0+0+…… ..+ 02 ） =Uref/ n2 當(dāng)輸入數(shù)字量為 11……… .11(各位都是 1)時(shí)，輸出電壓為最大輸出電壓 Ufsr，即 Ufsr=Uref/ n2 ( 12?n + 22?n +…… 12 + 02 ) = Uref/ n2 ( n2 — 1) 分辨率可表示為 分辨率 =Ulsb/Ufsr=1/ n2 — 1 分辨率與 DA 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)，位數(shù)越多，分辨率越高。 轉(zhuǎn)換精度： 轉(zhuǎn)換精度是指 D/A 轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的模擬電壓與理論值之間的最大誤差，通常要求 D/A 的誤差小于 Ulsb/2。 轉(zhuǎn)換時(shí)間： 轉(zhuǎn)換時(shí)間是指 D/A 從輸入信號(hào)起，到輸出信號(hào)達(dá)到穩(wěn)定值所需要的時(shí)間，轉(zhuǎn)換時(shí)間越短，工作 速度越高。 下面是階梯波產(chǎn)生的整體電路圖，包括參數(shù)： 成都電子機(jī)械高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 階梯波發(fā)生器 成都電子機(jī)械高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 ： （ 典型的電壓比較器： LM339， LM393） 電壓比較器 (以下簡(jiǎn)稱(chēng)比較器 )是一種常用的集成電路。它可用于報(bào)警器電路、自動(dòng)控制電路、測(cè)量技術(shù)，也可用于 V/F 變換電路、 A/D 變換電路、高速采樣電路、電源電壓監(jiān)測(cè)電路、振蕩器及壓控振蕩器電路、過(guò)零檢測(cè)電路等。本文主要介紹其基本概念、工作原理及典型工作電路，并介紹一些常用的電壓比較器。 簡(jiǎn)單地說(shuō)， 電壓比較器是對(duì)兩個(gè)模擬 電壓比較其大小 (也有兩個(gè)數(shù)字電壓比較的，這里不介紹 )，并判斷出其中哪一個(gè)電壓高，如圖 1 所示。圖 1(a)是比較器，它有兩個(gè)輸入端：同相輸入端 (“+” 端 ) 及反相輸入端 (“”端 )，有一個(gè)輸出端Vout(輸出電平信