2．由555定时器构成的自激多谐振荡器
如图7-2所示为一个由555定时器构成的自激多谐振荡器。图中，定时元件除电容C之外，还有两个电阻R1 和R2，它们串接在一起，电容C和R2的连接点接到定时器的两个输入端uI1和uI2，R1 和R2的连接点接到放电管T的输出端uO′该电路的工作波形如图7-3所示，现分析其工作原理：
（1）暂稳态Ⅰ：在电路接通电源时，由于电容C还未充电，所以uC为低电平，使uC1=1，uC2=0，从而触发器的状态Q?1，Q?0，uO为高电平。由于此时三极管T处于截止状态，则电源VCC将通过电阻R1 和R2对电容C进行充电，电路进入暂稳态Ⅰ。随着充电，电容C上的电压uC呈指数规律上升，当uC上升至VCC时，uC1=0，uC2=1，从而Q?0，Q?1，uO由高电平跳变为低电平，暂稳态Ⅰ结束，此时三极管T处于导通状态，电容C将通过R2
和T进行放电，电路进入暂稳态Ⅱ。
（2）暂稳态Ⅱ：随着放电，电容C上的电压uC呈指数规律下降，当uC下降至VCC时，uC1=1，uC2=0，从而Q?1，Q?0，uO又由低电平跳回至高电平，暂稳态Ⅱ结束。此时由于三极管T处于截止状态，电容C又开始充电，电路重新进入暂稳态Ⅰ。以后，电路重复上述过程，形成多谐振荡。
（3）振荡周期T的计算
由图中uC的波形，可求得电容C的充电时间tW1和放电时间tW2各为
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图7-2 由555定时器构成自激多谐振荡器
图7-3 图7-2所示电路工作波形
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1VCC?VCC3tW1?(R1?R2)Cln?(R1?R2)Cln22
VCC?VCC3?0.7(R1?R2)C20?VCC3tW2?R2Cln?R2Cln21 0?VCC3?0.7R2C故电路的振荡周期为
T?tW1?tW2?0.7(R1?2R2)C
振荡频率为 f?占空比为
11 ?T0.7(R1?2R2)Cq?tW1R?R2 ?1tW1?tW2R1?2R2调节R1 、R2和C，即可改变电路的振荡频率及占空比。注意，555电路要求R1与R2均应大于1KΩ，但R1+R2应小于3.3MΩ。 三、预习要求
1．复习555定时器的工作原理 2．熟悉555定时器的外接引脚 3．按照实验任务画出电路连接图 四、实验任务
按图7-4连接，即被连成一个自激多谐振荡器电路。要求 1．555定时器输出信号的振荡频率为1KHZ；
2．555定时器和计数器构成分频电路，要求分别产生500HZ、 250HZ、125 HZ的脉冲信号。
555 uO +5V
五、实验设备与器材 7-4 图
1．实验组合箱一台
2．555定时器一片、4.7KΩ的电阻、0.01μF的电容、74LS161一片 六．实验报告要求
按任务要求设计电路，画出实验电路图，简述工作过程，并对实验结果进行分析。
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实验八 D/A转换器
一、实验目的
1．熟悉D/A转换器的基本工作原理
2．掌握D/A转换集成芯片0832的性能及其使用方法 3．学习使用大规模集成电路 二、D/A转换工作原理
数模转换是将数字量转换为模拟电量（电流或电压），使输出的模拟电量与输入的数字量成正比。实现这种转换功能的电路叫数模转换器，简称DAC。实现数模转换的电路有多种方式，但比较常用的是电阻网络数模转换器。
权电阻网络D/A转换器
图 8—1是一个4位权电阻网络D/A转换器。它主要由权电阻网络D/A转换电路和求和运算放大器等部分组成。其中权电阻网络D/A转换电路是核心，求和运算放大器构成一个电流电压变换器，将流过各权电阻的电流相加，并转换成与输入数字量成正比的模拟电压输出。下面分析其工作原理。 RF iF i∑ ∞ I0 I1 I2 I3 uO 32102R 2R 2R 2R S0 S1 S2 S3
0 1 0 1 0 1 0 1
D1 VREF
D0 D2 D3 图8—1 权电阻网络D/A转换电路
1．权电阻网络D/A转换电路的工作原理：
权电阻网络D/A转换电路由电阻网络、电子模拟开关和基准电压VREF组成。其中的电阻网络之所以称为权电阻网络，是因为电阻值是按4位二进制数的为位权大小取定的，最低位对应的电阻最大，为23R，然后一次减半，最高位对应的电阻值最小，为20R。各电阻的上端都接在一起，连接到求和放大器的虚地端A点，各电阻的下端分别通过一个开关S连接到1端或0端。开关S受输入数字信号控制，如i位数字信号Di=1时，开关Si合向1端与VREF连接，此时有电流流向A点，如Di=0时，开关Si合向0端与地连接，此时没有电流流向A点，因此流入节点A的总电流可表示为：
iΣ =I0+I1+I2+I3
VREF VREF VREF VREF = 3D0 + 2D1 + 1D2 + 0D3 2R 2R 2R 2R
VREF 3 = 3(2D3+22D2+21D1+20D0) 2R
由上式可知iΣ正比与输入的二进制数，故实现了数字量到模拟量的转换。 2．求和运算放大器
求和运算放大器的作用是将流向A点的各权电阻电流求和后再转换成模拟电压，其输
(LSB) (MSB) 25
出电压为： uo=iFRF= –iΣRY VREF ·RF 3(2D3+22D2+21D1+20D0) = — 3 2R 采用运算放大器进行电流电压变换有两个优点：一是起隔离作用，把负载电阻同权电阻网络相隔离，以减小负载电阻对权电阻网络的影响；二是可以通过调节RF，以控制满度值（即输入数字全为1）时输出电压的大小，使D/A转换器的输出达到设计要求。
权电阻网络D/A转换器可以作到n位，此时对应的输出电压为： VREF ·RF n-1(2Dn-1+2n-2Dn-2+…+21D1+20D0) uo = — n-1 2R 当RF=R/2时有： VREF (2n-1Dn-1+2n-2Dn-2+…+21D1+20D0) uo = — n2
在图8—1所示权电阻网络D/A转换器中，设VREF= –8V ⑴当输入数字量D3D2D1D0=0001时，输出电压的值。 ⑵当输入数字量D3D2D1D0=1000时，输出电压的值。 ⑶当输入数字量D3D2D1D0=1111时，输出电压的值。 将输入数字量的各位数值代入可求得哥输出电压值为： —8V （1）uo = — (0×23+0×22+0×21+1×20)=0.5V 4 2 8V （2）uo = (1×23+0×22+0×21+0×20)=4V 4 2 8V （3）uo = (1×23+1×22+1×21+1×20)=7.5V 4 2 权电阻网络D/A转换器实现数字量到模拟量转换的原理易于理解，且电路简单，使用电阻较少，这是它的优点。但也存在两个严重的缺点，一是各电阻之间应严格保持依次相差一半的要求；二是最大阻值和最小阻值相差很大，当二进制数位数增多时，这种差别尤其严重。因此，要制造出能满足上述要求的高精度电阻是很困难的。这两个缺点在集成工艺中尤为突出。采用R–2RT形和R–2R倒T形电阻网络D/A转换器，可克服上述缺点。请读者查找有关资料。
随着集成技术的发展，中大规模的D/A转换集成块相继出现，它们将转换的电阻网络和受数码控制的电子开关都集成在同一芯片上，所以用起来很方便。目前，常用的芯片很多，有8位的，12位的转换器等，有一类DAC带有与微机连接的接口，以便于直接与微机的CPU总线连接而无需附加逻辑，在带有微机或单片机的数字系统中应用十分广泛，典型产品是DAC0832，其它还有AD7224、AD7225等。这里我们以8位的D/A转换器0832进行实验研究。DAC0832是CMOS工艺，DAC0832其结构图及外引脚排列如图8—2所示。 3．DAC0832D/A转换器
DAC0832D/A转换器内部结构框图如图8-2（a）所示，它包含有两级缓冲寄存器DAC，在使用时应外接运算放大器。主要信号说明如下：
CS：片选输入信号，低电平有效。
WR1：写信号1，低电平有效，当CS=0，ILE=1时，WR1此时才能把数据总线上的数
据输入寄存器中。
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WR2：写信号2，低电平有效，与XFER配合，当二者均为0时，将输入寄存器中当
前值写入DAC寄存器中。
D7 D7 Q7 D7 Q7 输数入据
锁寄 存存D7 器 器 D0 D0 Q0 D0 Q0
LE LE ILE ﹠
CS ﹠ WR1 WR2 ﹠ XFER （a）结构框图
V\\CC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 lo2
20 19 18 17 16 15 14 13 12
DAC0832 1 2 3 4 5 6 7 8 9 CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0 VREF Rf
（b）外引脚排列图
…… …… …… …… …… VREF DAC Rf lo1 lo2 lo1 11 10 DGND 图8—2 DAC0832内部结构图及引脚排列图 XFER：控制传送信号输入端，低电子有效。用来控制WR2选通DAC寄存器
Rf：为外接运放提供的反馈电阻引出端
IO1：模拟电流输出1端，当DAC寄存器全为1时，IO1最大；全为0时，IO1最小 IO2：模拟电流输出2端，IO1+ IO2=常数= VREF/R，一般接地 VREF：是基准电压参考端，其电压范围为-10V—+10V VCC：电源电压，一般为+5V—+15V DGND：数字电路接地端 AGND：模拟电路接地端
ILE：输入锁存使能端，高电平有效。它与CS、WR1共同控制寄存器选通。 D7~D0：八位数字量输入端，D7为最高位，D0为最低位。
由于DAC0832转换输出是电流，所以，当要求转换结果不是电流而是电压时，可以在DAC0832的输出端接一运算放大器，将电流信号转换成电压信号。 三、预习要求
1．复习D/A转换器的工作原理
2．了解DAC0832集成芯片的外引线排列
3．若将74LS161的Q4~Q1输出由高到低对应到DAC0832的高四位时，将在示波器上看到什么样的波形。
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