《电工电子技术与技能》 坚葆林 第4版 教案全套 第1--15章 认识电工电子实训室与安全用电 ---数-模和模-数转换器.docx

*课1.1认识电工实训室.课型新课授课班e授修时数2教学目标1 .了解电工实训室结构及组成.2 .了解常用电JC仪表、仪器和电工工具的类型及作用-3 .会使用试电笔及常用电工工具和仪我.&-aar教学重点1 .常用电工仪表、仪器和电工工具的类型及作用。2 .试电笔及常用电工工具和仪式的使用.敦豹点试电邕及常用电工工具和仪表的使用.守铁学方法读书指导法.分析法、演示法、练习法.学情分析敬后记C,A话题引入.电工实训是工科电气专业的重要实践教学环节.在电工实训中.学生要学习电工安全作业的基本要求：常用电工工具及常用仪器仪衣的使用方法:常用电机和电气设备的安装与使用；照明和一般动力电路的布线等。B.新授课1.1.1电工实训室倚介实训室正面通常装有黑板：两（W摆放电工实训价.墙上张贴实训室攥作规程,实训型安全用电规定以及各种挂图（板），实训室内应配汽厂2台电器灭火器电工实训台如图1.1所示，主要由实训桌,网孔板（按一定规律排列的网孔现成的常用低乐电器安奘板及实训元湍件组成.学生可根据实训项目进行元器件的合理布局从而独立完成安奘'接线、运行的全过程接近于工业现场.能完成电工基础电路、电机控制找路、照明配电等实训操作,配备各种电J1.实训考核挂板，如车床、软床、镣床等，更图1.1电J：实训室布置换便捷,将实训、认证、考核融于一体.【电源鼠阀】电工实训台输入为AC380Y±10',、50HZ的三相八戊制交流电压，输出电压有以下多组：1 .固定交流输出：三相五线380V.接插式1组、220V单和电源.接插式1组、三插试3肛2 .可调交流输出；。250V连续可调交流电源，1组，3 .也流稳压输出：+12V1.5,1m：-12V1.5A.Ifflt+5V1.5A,Iffl44 .可谓直流电源：0-24V2,1m.【实训室操作规程】好个学校可根据实际情况具体制订，但有几点必须苑调；学生进入实训室后，未经指导老师同意,不得擅自动用设备与工具;发现异常现象，应苜先断开电源,再报告教师：若发生事故,要认真分析与查清原因明确责任.落实防范措施,填好事故报告并上报.较后记A.上节内容回IitB.本节话Jl引入m在H常用生活中我们经常会见到一些电子产品,如家里的电视、电脑等.这些家用电器都是由具体的电子元件组成的，在组装这些电子元件的时候往往需要检测它们的性能，我们就有必要掌梅.低压电源、信号发生器、示波器和毫伏表等常用电子仪器使用以及一些必要的焊接和拆装能力.C.三fti*1.2.1 认识电子实训室图IT2所示为一一个可供近三十人同时进行实训教学的电子技能实训室，每台实训装置大效可分为:金属活动框架、实训电源台、实验元件盒等三大部分.图IT2电子技能实训室（D主要功IMett一般能按照模拟与数字电路模块的教学与实验实训要求，完成电子元器件识别与检测、电路板焊接，电子产品装配、电子产品调试.PCB板图的设计等实训项目.<2）主要技术参«【坦示】最大值、周期T(f或e)、初相位伟，称为正弦交流电的：要素，它们分别反映了正弦与变化的福度、快殁和先后。以上三个参数确定之后，就可以计算出任-时刻的瞬时值.5.1.3正弦交流电的衰示方法【解析式表示法】用三角函数式来表示正茏交流电随时间变化的方法称为三角函数表示法.正弦交流电动势、电压和电流的瞬时值采用三角函数表示法分别是：e=E111sin(ftX+偿)(5-7)M=(7usin(rwf+)(S-8)i=wsin(X+<1)(5-9)【波形图非示法】根据三角函数式计算得到的数据，将它们描绘在平面直角坐标系中画出曲线的方法,称为波形图表示法,如图5.4所示.其中用t坐标发示时间，或角度心,俄坐标表示正弦仪的瞬时侑，【相量表示法】在平面H角坐标系中，相量Ur以用一条有向线段表示。该线段的长度等于正弦量的有效值,其与X轴正方向的夹角等于'正弦立的初相位.相信的符号用有效值符号上加一/网点表示.如正弦电压的相瞅用O表示，正弦电流屋/1的相证用i表示等。0NS至X【提示】相同频率的相玳可以画在同相1.t图图56正弦交通电的相状表示法中。如图5.6所示。从图中可以看出,电流的初相位为30',电压的假相位为60.电质超前电流301?1.一正弦交流电的频率为f=50Hz.则周期为角频率为,练习2.照明线路的电压是220Y,则其有效值为、蜃大值为1.搜寻我们生活周围能看到的各种交流电来源,观察并记录，了解它们的外形、/J使用方法及场合，布置作业2.思考与练习5-1、5-2课5.2单一元件的交流电路.课型新课授课班锻授课时敷2的教学目标1 .掌握纯电阻交流电路的分析及相关计算.2 .掌握纯电容交通电路的分析及相关计算.3 .掌握纯电感交流电跖的分析及和关计算，0教学点1.掌握纯电阻交流电路的分析及相关计算。2 .掌握纯电容交流电路的分析及相关计算.3 .掌握纯电感交通电路的分析及相关计算.敦学充点1 .掌握纯电容交通电路的分析及相关计算.2 .掌握纯电感交流电跖的分析及和关计算，电做学方法该书指导法、分析法、演示法、练习法.*学情分析即校后记如图5.8C是纯电容电路中电压与电流的相量图，可见电流超的电压g(90").在纯电齐电路中，电流与电压的有效值成正比，与赤抗成反比.即/=<5-13)XC纯电容电路不泊髭有功功率，只有电容和电源之间的能成交换,这说明电容是一个储能元件，电容游换这种能显的能力用无功功率0表示，即QC=UCl=FXC=仁(5-14)XC无功功率的单位为Var(乏尔)，他称乏。【提示】无功功率具有里要的现实意义.“无功”的含义是“交换”而不是消耗.是相对“有功”而言的,绝不能理解为“无用。5.2.3钝电感电路在交流电路中，如果只用电感作负我，其电阻做很小，可忽珞不计，这样的电路就叫做纯电停电路.如图5.9a所示.与电容相似，电场对交流电也有阻逐作用，称为场杭,用一表示.线图的感抗XjIH它的自尊系数1.和交流电的频率/有如卜关系。XI=O)1.=2痔I.(5-15)式中,X为电感睛的播抗,单位是C:f为交流电源的效率,单位是Hz：£次戈圈的自感系数,单位是H.纯电感电路中电第两端的电压超曲电流90'.它们的波形图如图5.9b所示.图5.9c是纯电感电路中电压与电流的相卡图，由图可见，电压超前电流工(90">.2(U)电路图纯电感元件在交流电路中不消耗电能，它只与电源之间进行能地交换，这说明电那湍是一个l能元件.电够转换这种能状的能力用无动功率QC表示，即Ql=u,l=l2x=(5T6)陈习1 .R220V,40W"的白炽灯,接在u=300sin(3Ht+30")V的电源上，则:流过灯健的电流Z=,电流的螭时值表达式i=、白炽灯消耗的功率生.2 .将灯泡与电感筏圈小联.先与直通电源接通,观察灯泡的亮度：再与交流电源接通，观察灯泡的亮度，总结电感对直流电与交流电的阻碍作用，./想布量作业1.日常生活中,在我们使用的各种用电器中,认识并分析哪些用电器组成的电路为纯电阻电路.2.思考与练习5-3、57、5-8¼课fl5.3串联元件的交流电路.新深授课班锻授课时敷1e教学目标1.能理解R1.申联电路电流与电压的关系，2.会计尊R1.一联电路的阻抗。0教学重点1 .能理解R1.串联电路电流与电压的关系，2 .会计算R1.串联电路的困抗.赖学通点1 .能理解Rl.中联电路电流与电压的关系.2 .会计匏R1.申联电路的阻抗。呼被学方法该书指导法、分析法、演示法、练习法。学情分析配较后记qa.上节内容回以B.本节话Jl引入日光灯电路可以看成是一个电阻与电感的串联电路其中,钝流器可以看成於一个电感，灯管可以疔成一个电阻，那么它在交流电路中，电流电压又有什么特戊呢？C.新授课5.3.1 R1.串联电路电流与电压的关系电阻和电感串联电路如图5-1Oa所示,设电路中电端有效值为I,初相角%=0,电阻两堆电压有效值Uk=/R，且与1同相。电那两端电压有效伯UA=K1,且超前电流90",相量图如图5.1Ob所示.®电路图(b)相显图图S.I0R1.串联电路图中(/«、加、u构成n角三角形，总电压超前电流的相位为：U1-arvtan-(5-17)UR总电压有效(ft为：U=JUJ+(/J<5-18)【提示】由上可知，电路总电压的有效似与各元件然电压有效值的关系是相量和，而不是代数和.在交流电路中,各种不同性麻元件的缩电压除有数状关系外还存在相位关系,所以其运算规律与直流电路完全不同.5.3.2 R1.串联电路的融抗在R1.小联电路中.电阻两端的电JKqr,电感两端的电HW将UR和U1.的值分别代入上式中，可以得到：IzI图5.11阻抗三痢形其中：Z=yX,2+R2R1.率联电路中，若以电阻R和感抗X.为两条直角边作直向三角形，这个三角形称为阻抗三角形,如图5.11所示.在阳抗三角形中.Z与R的夹角8称为阻抗用.它就是总电东与电流的相位差.由图可见：Z=yR1+Xl2<5-20）式中,Z称为电路的阻抗,单位为欧姆：（C）。它表示电阻和电感串联对交流电路的总阻碍作用.【提小】R1.申联电Z沈足1*，跖时多SKK.1.W1IliWWaPt»TU-E>tlt!NIIti流的大小无关练习在R1.串联电路中,已知"=22Oisin3l4rv.R-300,1.=1.65/7.则：电路的有功功率为：无功功率为:电路的阻抗为.布置作业思考与练习5-4、5-5、5-7JA.上节内容回以B.本节话Jl引入在供电设备中，为了向用户提高供电能力，应尽显提而功率因数.而在用户所需有功功率一定的情况下，发电机、变压器、输配电我等容收都可以M小，从而降低电网的投资。C.新授课5.4.1 电路的功率在Rl.中联电路中,电吼是疑能元件.电然是储能元件,所以在电路中,既有有功功率,又有无功功率，k有功功率整个电路消耗的有功功率等于电阻消耗的有功功率,即P=UftI=UICos<5-21)2、无功功率整个电路的无功功率就是电感上的无功功率,即Q=UJ=U/sin9<5-22)3、视在功率在交流电路中,总电JK有效值与电流有效值的乘积称为视在在功率,它表示电源提供的总功率.视在功率用符号S表示，即(5-23)S=Ul觇在功率的单位用VA伏安)，常用郎位还药KVA(千伏安)。将图5.1Ob中的电压.角形的各边乘以电流有效值/,便可以得到功率三角形,功率三角形是口角三角形，如图5.12所示.出功率三角形得：S=P2+Q2<5-21)O=SCOM><5-25)0=Ssin>(5-26)式中，S为觇在功率(VA)：P为有功功率(W)：Q为无功功率(var).【提示】功率三角形适用于任何交流电路，其中伊角为电路的总电压和总电流的相位差。电路的有功功率表示电路中消耗的功率，视在功率则发小电源UJ能提供的功率。5.4.2 电路的功率因数电路的有功功率与视在功率的比值叫做功率因数.即Pcos(p(5.27)S功率因故也可以由阻抗求得，:RCOS(P=,<5,28)功率因数的大小表示电源功率被利用的程度.因为任何发电机、变压器都会受到温度和绝缘问题的限制，使用时必须在额定电压和额定电流范围以内，即额定觇在功率以内.5.4.3 提高功率因数的方法1 .在电盛性负敦两端并联一只电容显适当的电容器.2 .选用变压器和电动机时容量不宜过大，并层依M少轻我和空我运行，因为电动机和变压器轻投或空投时，功率因数低：满教时,功率囚数较高.3.加快老旧设备及高耗能电器产品的更新换代，1.电压三角形与功率：角形的几何关系？2.电动机为什么需要无功功率？【提示】在实际电力系统中，并不要求助率因故提窝到1。因为这样做经济效果并不显著,反而会增加大加的设备投资.根据具体的电路.遹过经济技术比较.把功率因数提高到0.9-0.95即可.练习在R1.串联电路中,已知“=440&$in314八,R=60Q.1.=1.65/.则：电路的有功功率为：无功功率为：视在功率为。/J花量作业思考与练习5-8,5-9课U6.1三相正弦交流电源.课型新课授课班锻授修时敷1©教学目标1.了解三相正弦交流电的产生过程.2,能理解三相正弦交流电的供电方式。0教学点1 .了解三相正弦交流电的产生过程.2 .能理解三相正弦交流电的供电方式.教学难点1 .了解三相正就交流电的产生过程。2 .能理解三相正弦交流电的供电方式.声教学方法读书指导法、分析法、演示法、练习法.学情分析电qaa.话题引入iHt在工厂、实验室或需要安装大功率空调的场所,我们常常见到如图61所示的四孔插座.它与一般两孔、三孔插座不同之处，在于它引入的是：.相正茏交流，三相正弦交流电是三个频率相同、相位互差120、倔度大小相等的电压组成的。目前,世界各国电力系统普造枭用三相交流电源,如有需要单相供电的地方,可以应用三相交流电中的一相.B.三ftW6.1.1三相正弦交流电的产生图64：相四线制低压配电践路：相电源有两种供电方式：分别是一:和四线制和三和三线制，在低压供电系统中常采用三相四践制供电,如图6.3所示。图中三相绕现的末端U2、V2、2连接成的公共器点，称为中性点，从中性点引出的输电线称为中性线.用N表示.三相绕组的首编引出的三根输电线称为相线,分别用1.l、1.2、1.3表示.三相四线制供电系统可输送两种也压，即相电压与税电压.各相线与中性线之间的电压叫做相电压，分别用Uu、Uv、UW表示；相规与相线之间的电压称为绞电压，有效值分别用E丫、Ww、I；叫表示。通常用R表示相电压的有效伯，灰表示线电压的有效做。【提示】：相四线制供电系统具有以卜几个特点：1 .有两组供电电压，即相电压和找电压:2 .三个相电压和三个线电H；均为对称电压：3,线电压的大小等于相电压的、行脩即火=5U,;图6.4所示为三相四线制低压配电线路,接到一:和设备上的是:根相税，它们之间的线电压U1=380V,接到单相设备上的是相践和中性雄，它们之间的相电压U产220V。re-«:相交流电源的相序可以随意改变叫？b电路图三相负载的三角形联结如图6.7(b)所示为三相负我三角形联结的电路图.在三两形联结中由于各相负我是接在两根相线之间，因此，负我的相电压就是线电压，即：U1-Ue(6.10)当对称三和负段作三丽形联结时，三个相电流是对称的，三个线电流也是对称的，线电流是和电流的、Q倍，即1l=-Jilp(6.11)【提示】三相交流电路，一般负我可以接成星形也可以接成.角形.八实"，；，正确选择负段的联结方式，要根据：.招负我铭牌上所标注的接税方法或额定电压选择所需接税方式，否则负就不能正常工作,有画也会产生严重不良后果.思考与练习6-8、6T、6-10、6-11布置作业谭«7.1电力供电与节约用电.新课M*M校承叶爱I彩级学标I.了解发电、输电和配电过程.2 .了解电力供电的主要方式和特点.3 .了解供配电系统的基本组成.4 ,了解节约用电的方式方法，图10-12常见品网管外形外图013单向图10-14双向品闸管的电路符号2）品闸管一旦导通,控制极便失去捽制作f11即使触发电Hi消失,晶闸管仍能保持导通.3）要使已经导过的晶网管关断，必须把阳极电压断开，或降低品闸管的阳极电流小于“维持电流10.5.4双向管双向品网管的外形与单向品闸管相似，电路符号如图11-14所示,也有3个极，但它没有阴、阳极之分,统称为主电极。、1.,另一个电极也称为控制极G.双向晶网管与单向赭闸管相比，它的主电极T,、T:无论加正向电压还是反向电压，只要控制极G有触发信号，品闸管就会导通布置作业1 .据表11-1中的实验数据，试计算这只三极性在人由0.01皂安变化到0.02亳安时的电流放大系数.2 .准若干二极管和极管，判断一下它们扯楮管还是徒管.3 .图11-1】所示为某2.Q音箱内置功放电路板，试辨认其中元甥件,找出电阻、电容、二极管和三极管等元器件。1,找找自己周困能见到的各种变压器，观察并记录，了解它们的外形、使用场合及作用.2,查阅相关资料，了解一下行见：极普、三极管和晶闸管的型号、用途及主要参数.3.思考与练习10R10-5.10-8.109*课11.1整流电路课型新课授课班锻授课时效2的被学目标1.掌握桥式整流电路工作原理。2,能正确搭接桥式第流电路3.会用万用表测会桥式电路相关电参址.并用示波渊观察波形.教学重点1 .掌握桥式格流电路工作原理。2 .会用万用表测量桥式电路相关电参量.并用示波观察波形.A.话j8引入日常生活中我们经常给电动*自行车、手机、数码照相机及各类充电电池充电，但电池输出的是直流电，而家里捕座提供的是交流也那么交流电是怎么充进电池的了？向题的关键就在充电器，是充电器中的整流电路将交流电变成了克流电。将交变电流变换成单向脓动电流的过程叫做整漉，完成这种功能的电路称为整漉电路.又叫整液涔，应用最为广泛的是总相桥式整流电跖.图HT手机充电B.rfti*11.1.1单相桥式整漉电路【电路组成】图112桥式整流电路的三种常见画法工作原理在S的正半周,D,、D,导通,DmD,豉止.等效电路如图1厂窝所示.电流由T次级上单相桥式整流电路如图ll-2a所示，桥式整流电路是由电源变压器、四只整流二极管DJD,和负载电阻用加成。四只整流二极管按成电桥形式，放麻桥式整流，图ll-2b是桥式整流电路的另外一种常见画法,图11-2c是桥式焚流电路的简化而i法.然经Dl!-D,回到T次级下端，在负就凡上得到半波整波电压小，波形如图ll-3d所示。综上所述,无论在建的正半周或负半周.流过左中的电流方向是一致的.在S的整个周期内，四只二极管分两粗轮流导通或截止，在负骤仪上就得到了一个全波整流的电压波形，波形如图Il-If所示。【提示】这种大小波动，而方向不变的电流(或电乐)称为脉动直流电【负费上克流电压和电流】在唯Ml桥式整流电路中，负较所籽全波整流电压虽然方向不变，但大小是随时间不断变化的，所以可以用其平均值表示其大小,数学理论证明，一个烦期内，全波整流电路货我的端的电压的平均值是交流电压M峰值的2/%倍,即：根据欧姆定理可褥流过负载R1的电流其平均值为:【提示】相桥式整流组成的是全波整流电路，其实还有一种更简单的整流电路,即单相半波整流电路，电路结构如图12-5a所示，由于二极管只有在电源的正半周导通,所以在仇我电阻上得到如图12-5b所示的半波整流电路（八）电路结构(b)输出电压波形图12-5半波整流电路合上课本.试著向一下桥式拈流电路的三种基本IUi法,并简述其工作原理.思考与练习11-k11-2S11-3,11-4»11-5布置作业【电路结构】如图H-7所示，在整流电路与负我电阻凡间申联个电感线圈就构成了电感迪波电路，目电感线圈的电感量越大越好，所以一般采用有铁芯的战图.【工作原理】在图117所示电路中.当通过电感线圈的电流增大时,电感线1»产生的自感电动势与电波方向相反，阻碍电流的增加.同时拘一部分电能转换为破场能存储于电感之中：当通过电感线圈的电流M小时，电感畿圈产生的自感电动势与电流方向相同,用得电潦的减小,同时释放出电感中存储的能量.以补偿电流的减小,使负载电流变的比较平滑.【提示】电-漉波电路体积大、比较笨塞.成本高,且随着线图电感贵的增大直流能量的损失也增大，因此，电感泄波主要用于负较电流较大且经常变化的场合.在股的电子仪器中,则很少采用J11.2.3. 复式浪波愚当单独使用电容或电感注波.效果仍不理想时,可采用更式泄波电路.常见的亚式港波电路如图11-8所示,其中图ll-8a所示为1.C沙波电路，它是在电容逑波的基础上申联一个电盘1.构成的。这样整流输出电压经过电容与电感的双IE泄波使输出电压纹波进一步降低。图118b所示为1.Cn里漉波电路,这种浊波电路是在电容港波的基础上再加一级1.C逑波电路构成，使负段输出电压更加平滑.由于1.Cn型泄波电跖带有铁芯的电路找圈体枳大，价格也裔，因此，当负载电流较小时，常用小电阻斤代替电感乙以减小电路的体机和电量.构成如图1卜8C所示的RCn型漉波电路,只要适当选择A1和G参数,在负载两端可以获得脉动极小的直流电压.在收音机和录音机中的电源逑波电路中，就经常采用Ren型泄波电路.lRczczCtcz<a)1.C速波电路(GI.C»fltlffi<a)RCK型浊波电路图I1.8常见城式浊波电路为什么在谑波电路中滤波元件(电容或电感)容M越大，为波效果越好.练习/二U-6布作业*课11.3稳压电路课型新课授课班e授修时数2Q教学目标1.掌握稳压管稳压电路的工作原理，2.了解三造集成枪压器的实际应用。&教学点1 .掌握稳压管棺压电路的工作原理。2 ,了解三端集成稔压器的实际应用。被学难点掌握稳乐管枪汽电路的工作原理.守铁学方法读书指导法、分析法、演示法、练习法。学情分析配WSiaqa.上节内容回以B.本节话Jl引入在数字电路系统中，统计输入脓冲的个数称为计数能实现计数操作的电路称为计数器。计数器种类很多，按计数脓冲的作用方式不同,可分为同步计数署和异步计数器；按计数进位制的不同.可分为二进制计数涔和非二进制计数湍：按计数潺的功能不同.可分为加法计数器、减法计数器和可逆计数器.其中二进制计数港是各种计数涔的基础.下面以711.S161:iS制同步加法计数器为例介绍计数器的功能，C.新授豫【电路结构】741.S161二进制同步加法计数零的外形和引脚如图14I1.四示.图中Qy-Q0为计数器的并行输出给，<3.为进位输出端,04'是计数脉冲输入端，既为清军端，1.D为附数端，DiDO为并行数据输入相，步和ET为计数控制常。（八）外形<b)引脚图图14-14741.S48优先编砰零【坦示】计数器同寄存器一样，主要组成部分都是触发器.一个触发器有两种状态，可以计两个数，流个触发器组成的计数器就可以计2'个数【想一想】一个触发器可计两个数,那么能计KXI个数的计数器至少需婆多少各个触发器组成.【逻辑功能】741.S161立数器的逻辑功能见表14-8,简述如下：a.异步法0功能：当既-0时,不论有无时怦脓冲信号。祢】其他输入信号,计数器被消0,即。3。2。1。0=如仙加同步并行过数功能：CR=I.诟=Q时，在输入时钟脉冲CMh升沿到来时，并行输入的数据被跳入计数器.RPc计数功能：当MM、且说-沃-1时,对。八端输入脉冲信号，进行二进制加法计数°当输入到第15个脉冲后，QjQtQiQo=IHl,使进位输出端产生一个进位信号G=1,当计数脉冲大于16时,需要两块741.S161级联.d,保持功能：当O,仃仔意端为0,FI诟=DR=I时，无论有无CPH*冲，计数器状态均保持不变.表14-874I.S161逻辑功能表输入逻辑功能C1.KCR1.bBTBTD3DADIDO×0×××××××置零：QO=Oooo10×X。3QlDO预置数：Q3Q2QlQ0=Q3DQlQ()1111×XX×计数×110XXXX×保持XI1X0XXX×保持555定时电跖外形与管脚排列】常见555定时器外形如图M-15a啊，管脚排列如图1415b所示.其中TIh高电平触发端,简称高触发端.乂称阈值端：TR：低电平触发色简称低触发加Von控制t吁端：V,.：输出端：DIS：放电端：也是更位端（4脚）,当而=0,555输出低电平。平时Rd端开路或接Vlr.VcrDlSIIIVmFlrlFlFI）NE555ruU1.I1.JGNDTRVoRn（八）外形（b）管脚图IWd.Sy宗而毁【设辑功能】555定时器的逻辑功能见表14-9表555定时器控制功能衣输入输出R1.THTRaDIS1.XX1.导通Il<v-<Xv-Il截止Ii<%八不变不变H>%忆X1.导通ZS14-9布量作业*课15.1 数-模转换器（DAC）15.2 模-数转换器（ADC）.课型新课授课班e授修时数2Q教学目标1 .理例数模和模数转换的基本概念2 .熟悉数-模和模-数转换的工作原理3 .熟悉数-模和模-数转换的特点4 .叫!解数-模和模-数转换的主要技术指标5 .广例典型数模和模数转换集成电路引脚和功能0教学工点1 .能跟加要求合理选择数-模和模-数转换器2 .会搭接集成数-模和模-数转换的典型应用电路*校学难点1 .理解数-模和模-数转换的基本概念2 .数模和模数转换的应用守教学方法读书指导法、分析法、演示法、练习法。学情分析电WSiaA.话j8引入冬裸在现代化的车间,计算机控制技术无处不在.因此也有很多需要将计号机的指令传达给执行机构来完成相应的控制场合.而这些执行机构通常是一些由模拟境控制的阀门、开关等，那么如何将计算机的指令及数字状转化为用于控制的模拟量呢?我们可以用数-模转换落(DAC)来实现，B.SrftW15.1.1DAC的基本IK念锻转换希性1.DAC的圣本概念悭将数字疑转换成模拟砥的器件就是数-模转换器。如果把数字做用字母D来表示，模拟盘用字母R来表示,用字母C来表示转换器时，数-模转换器就可以荷称DAC.构成数字代码的每一位都仃定的“权8”，因此，为了将数字量转换成模拟量，就必能每一位代玛按其“权重”转换成相应的模拟Ift.然后再将代表各位的模拟出相加.即可得到与该数字H成正比的模拟仪,这就是构成DAC的基本思想.2. DAC的基本组成和分类DAC通常是由参考电压、洋码电路和电子开关三个范本郃分组成。按解码网络结构的不同，DAC可分为T形电阻网络、倒T形电讯网络、权电阻网络等.按模拟电子开关电路的不同.DAC又可分为QIOS开关型和双极型开关型.3. DAC的功能DAC通常由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码电阻网络、求和放大电路及基准电压几部分殂成，如图15-1所示.4. DAC的主要技术指标分辨率；指转换器理论上可以达到的精度，转换误差，DAC实际能达到的转换精度.线性度：理想的D/A找换潺.谕出电JK与帖入数字之间有严格的线性关系,当给入数字信号作等最增加时,其输出的模拟电压也作等量增加.隹立时间：在输入变化后，输出值稳定到距最终输出量:所褥时间，称为建立时间，建立时间反应了DAC电路转换的速度,15.1.2MC工作原理1 .权电阻网络D/R转换器4位权电阻网络D转换潜电路结构如图16-2所示.VREF是始准电源，存在于数字寄存器的数码作为输入数字吊D3D2DID0分别控制4个模拟电子开关S3、S2、SkS0.例如,当D3三0时,电子开关S3投掷向右边，使电阻接地:D3=l时，电子开关S3投掷向左边，使R与VREF接通。1个电阻称为权电阻。权电阻的限值大小与该位的权值成反比,如D2位的权债是Dl的两倍,而所应的权电阻值却是Dl的1/2,2 .R-2R倒T形电阻网络D/A转换器4位R-2R倒T形电阻网络D/A转换港电路结构如图16-3所示。V,是基准电源，输入数字量MjM)分别控制4个模拟电f开关S,、Sj.Si,S0.由图16-3可见T形电阻网络中电阻类型少,只有R和2R两种.电路构成比较方便,从而克服/权电阻阻值多且阻值差别大的映点.由电路结构可行，D、C、B、A四点电位逐位战半.16.1.3集成数/模转换器DC0832DAco832引脚图如图15-4所示，它是一个8位的A/D转换器，即在对其怆入8位数字依后，通过外接的运算放大器，可以获得相应的模拟电压值。DAcO832的分辨率为8位，转换时间为Ius,酒盘程误差为，参考电压为+1QVTOY,供电电源为+5VT5Y,龙轮电平输入与TT1.兼容。DAC0832内部结构图如图155所示.DAC0832各引脚的功能过义如KD；-D,.：8位数据输入掂.In：模拟电流输出端1.当DAC寄存器中数据全为1时,输出电流最大：当DAC寄存者中数1«全为。时，输出电流为0.U11:模拟电流输出端21皿+Ie常数R”:反馈电阻引入蜡DAcO832内部已羟有反馈电阻，所以R”推可以直接接到外部运算放大器的输出端，这样相当于将一个反馈电阻接在运算放火器的输出端和输入潴之间V.:参考电乐输入端.此端可接一个正电压.也可接一个负电J长.范用为10YIOVVCC:芯片供电电压，范围为+5V+15VAGND:模拟地DGND:数字地15.2模/敷转换器（ADC）15.2.1 ADC的基本策念和转换原理模/数转换静是将模拟电压（或电流）转换为数字盘的电路.模，'数转换广泛的用于计算机实时控制系统中。模，'数转换一般要分采样、保持和阮化、编码两步进行.采样过程是按一定的时间间隔对模拟收抽取一个样伯：将采样伯转换为相应的数字量需要一定的时间，为了保证在转换的过程中，所枭的样值没有变化，就必须要将样值保持到下一个采样脓冲到来的时候，这个过程就是保持的过程。在样值保持的这段时间内，将取样值编程离故的埴值,就是眉化过程：盘化后的离散量值转换成数字Jft.就是编码过程.经过采样、保持和Ift化、编码后就可以将在时间上和Ift伯上是连线的模拟信号变为在时间和家伯上行足离散的数字信号.并将其对应的数字业输出，1 .采样保持电路采样保持的基本原理如图15-6所示。模拟电子开关S在采样脉冲fs的控制卜重生接通、断开的过程.当S接通时.u“t）而C充电.为采样过程：当S断开时.G,上的电质保持不变，为保持过程.在保持过程中，采样的模拟电压经数字化编码电路传换成一组n位的二进制数怆出.采样-保持落最主要的作用是将连续的模拟信号离放化，即在采样脉冲的控制下完成对采ei»冲&2 .量化编码电路过采样、保持而得到的取样电压值仍然是模拟业,这时就需要对其进行加化、弟眄.数字房的大小一定是某个最小数收单位的整数倍,将取样电压化为这个最小单位的整数他的过程称为量化,所取的地小数m单位叫做破化单位,用表示，数字信号球低彳j效位asm的1所代表的数量大小就等于A0把城化的结果用代码（二进制或其他进制等）表示出来，称为码.这个津码值就是ADC的输出结果，3 .ADC的主要技术指标分辨率:它是指转换器能分辨最小的量化信号的能力.转换误差:它是指转换后所得结果相财应于实际位的准确程度.转换速度:转换速哎可刖完成次A/D转换需要汨时间来衡,从接到话换控制信号开始，到输出端得到例定得数字输出信号所经过的时间称为转换时间.15.2.2 A/D转换方法1 .并行比较型A/D转换器并行比较型A/D转换器结构框图如图16-7所示.转换器由21个比较器、2'T位寄在器、优先编码器及能产生2'-l个基准电压的2"个制密电阻组成,输入模拟电压5马各比较零参考电平比较，产生的ZT位二进制码，通过寄存器寄存，并被译码成n位二进制数(仄,一队),完成模拟信号的数字信号的转换.2 .逐次比较里A/D转换器逐次比较型A/D转换器如图16-8和计数型A/D转换涔都属于反馈比较型A/D转换涔，逐次比较型A/D转换器是在计数型A/D行换器她础上用寄存器和控制龙辑电路取代计数器而成.逐次比较型用最快的方法追近输入模拟Ik而计数型则用计数湍递增方式迫近模拟fit.逐次比较型A/D转换器开始转换时计数器被庇位为1,D/A转换器的输出电压UA=Umi/2与输入电压u：进行比较；若加大于5则下个CPS*冲后，计数器高位为0,本位为I；若小小于ul.则CP脓冲来到后,计数器而位保持而本位为1.也即第二个CP后U=Uw4,依次类推，呆终计数器各位数值被逐一确定。确定n位计数器各位数值至少需要n个时钟周期(To.),TR一次转换需婪"2个力15.2.3 ADC009ADa)809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机羔容的控制逻辑的CMS组件。它是逐次遢近式A/D转换涔，可以和单片机口接接口。ADCO809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与年码器、一个A/D转帙器和一个二态输出领在器组成.多路开关可选通8个模拟通道，允许8路俄拟演分时输入，共用A/D转换器进行转换,三态输出锁涔用于锁存A/D游换完的数字加，当OE端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走游换完的数据.VKifrADC080）件脚功能如下W-DO:8位数字量输出引脚.INO-IN7；8位模拟破输入引脚。VCC：+5V工作电压。GND：地。REFC）：参考电压正端.REF（一）：参考电压负端.START：A/D转换启动信号输入端.A1.E：地址锁存允许信号输入端.EOC：轴换结束信号输出引脚，开始转换时为低电平，当转换结束时为高电平。0E：抬出允许控制端.用以打开三态数据谕加锁存揩。CI.K：时仲信号怆入湍（一般为500KHz）.A、B、C：地址怆入线.蛛习