項目3常見電路模塊任務目標1、學會分析常見、基本的電源電路模塊，理解電源電路在一個電路中的重要性。2、掌握回收桶控制基礎電路模塊，如開關電路，運放類電路，ADC轉換。3、掌握晶振電路、復位電路等這些嵌入式電路基礎單元。3.1電源電路電源電路是指提供給用電設備電力供應的電源部分的電路及其電路形式，一般有交流電源也有直流電源之分。電源電路一般可分為開關電源電路，穩(wěn)壓電源電路，穩(wěn)流電源電路，功率電源電路，逆變電源電路，DC-DC電源電路，保護電源電路等。以下介紹幾種常用的電源電路：3.1.1三端集成穩(wěn)壓電源三端集成穩(wěn)壓電源以正電壓輸出的78××系列和負電壓輸出的79××系列比較常見，其中xx表示固定電壓輸出的數(shù)值。如：7805、7806、7809、7812、7815、7818、7824等，指輸出電壓是+5V、+6V、+9V、+12V、+15V、+18V、+24V。79xx系列也與之對應，只不過是負電壓輸出。這類穩(wěn)壓器的最大輸出電流為1.5A，塑料封裝(TO-220)最大功耗為10W(加散熱器)；金屬殼封裝(TO-3)外形，最大功耗為20W（加散熱器）。LM7805的典型應用電路見圖3-1。圖3-17805典型應用3.1.25V電源電路示例輸出5V的電源有多種選擇，如降壓型電源管理芯片LM2596S-5.0，其應用電路如圖3-2所示，輸入的12V直流電壓經(jīng)LM2596S-5.0后輸出穩(wěn)定的5V直流電壓，輸出電流可達3A。圖3-2降壓型芯片LM2596S-5.0輸出5V3.1.25V電源電路示例圖3-3開關電源芯片TPS54332輸出5V

也有采用開關電源方式的，如圖3-3所示，TPS54332輸出1MHz的開關信號，該開關信號的占空比受外電路參數(shù)的調(diào)節(jié)，當參數(shù)選定后，電路的輸出電壓可以穩(wěn)定到5V。3.1.35V轉3.3V電源電路示例電路中，ARM芯片等一般需要3.3V的供電電壓，這時候，5V轉3.3V的電路就成為必要。常見的芯片有ASM1117-3.3V或REG1117-3.3V，圖3-4顯示的是利用REG1117-3.3V將5V轉成3.3V的電路。圖3-4

5V轉3.3V電源芯片3.2開關電路開關電路有數(shù)字開關電路、模擬開關電路、機械開關電路等。開關電路的輸入和輸出一般都是開關兩，即高電平或低電平。如圖3-5（a）所示，當DI01的輸入是高電平時，NPN晶體管Q1飽和導通，DO01被拉到低電位；當DI01的輸入是低電平時，Q1截止，DO01被拉到高電位。如圖3-5（b）所示，當DI02的輸入是高電平時，PNP晶體管Q2截止，DO02輸出低電位；當DI02的輸入是低電平時，Q2飽和導通，DO02被拉到高電位。圖3-5由三極管所構成的開關電路3.3同相比例運算放大電路同相輸入放大電路的典型電路如圖3-6所示，信號電壓vin通過電阻R46加到運放的同相輸入端，輸出電壓vout通過電阻R37和R47反饋到運放的反相輸入端，構成電壓串聯(lián)負反饋放大電路。根據(jù)虛短、虛斷的概念可求得：vout=（1+R47/R37)vin所以該電路實現(xiàn)同相比例運算。圖3-6同相比例運算放大器電路3.4反相比例運算放大電路反相輸入放大電路的典型電路如圖3-7所示，信號電壓vin通過電阻R30加到運放的反相輸入端，輸出電壓vout通過反饋電阻R32反饋到運放的反相輸入端，構成電壓串聯(lián)負反饋放大電路。根據(jù)虛短、虛斷的概念可求得：vout=-(R32/R30)*vin該電路實現(xiàn)反相比例運算放大，輸出反相。圖3-7反相比例運算放大電路3.5運算放大器構成比較器圖3-8顯示的是一個比較器電路，輸入電壓vin經(jīng)R10、R12分壓后，和U6B同相輸入端的電壓值進行比較，大于U6B同相輸入端的電壓時，輸出接近VEE，小于U6B同相輸入端的電壓時，輸出接近VCC。圖3-8比較器電路3.6運算放大器構成加法器用運算放大器可以構成反相加法器電路，實現(xiàn)若干個電壓信號的加法運算如圖3-9所示。由于虛斷特性，輸入運算放大器的電流為0；又由于虛短特性，u-=u+，因此有：因此有如果R1=R2=R3，則圖3-9反相加法器電路3.6運算放大器構成加法器圖3-10是由運算放大器構成的同相放大器，輸入電壓和輸出電壓之間的關系為：如果R1=R2=R3，則圖3-10同相加法器3.7ADCADC(analogtodigitalconverter）是數(shù)模轉換的意思，即將模擬量轉換為數(shù)字量。ADC的基本轉換原理可分為：采樣保持電路（Sampleandhold）、量化（Quantizer）、編碼（Coder）等，所謂采樣就是將一個時間上連續(xù)變化的模擬量轉化為時間上離散變化的模擬量。將采樣結果儲存起來，直到下次采樣，這個過程叫作保持。模擬信號通過ADC轉換成數(shù)字信號的這一過程稱為量化；將量化的數(shù)據(jù)進行編碼，即可輸出的數(shù)字信號。ADC(analogtodigitalconverter）是數(shù)模轉換的意思，即將模擬量轉換為數(shù)字量。ADC的基本轉換原理可分為：采樣保持電路（Sampleandhold）、量化（Quantizer）、編碼（Coder）等，所謂采樣就是將一個時間上連續(xù)變化的模擬量轉化為時間上離散變化的模擬量。將采樣結果儲存起來，直到下次采樣，這個過程叫作保持。模擬信號通過ADC轉換成數(shù)字信號的這一過程稱為量化；將量化的數(shù)據(jù)進行編碼，即可輸出的數(shù)字信號。3.7ADC圖3-11顯示的是量化編碼示意圖，如果按照1V的間隔編碼，則可用000代表電壓0≤V＜1，001代表電壓1≤V＜2，010代表電壓2≤V＜3，011代表電壓3≤V＜4，100代表電壓4≤V＜5，101代表電壓5≤V＜6，110代表電壓6≤V＜7，111代表電壓7≤V＜8。如果將量化臺階間隔減小，則測量的精度會更高。圖3-11量化編碼示意圖3.7ADC微控制單元(MicrocontrollerUnit;MCU)均具有ADC功能，一般都有很多個ADC輸入通道。以STM32F407為例，共中有三個ADC（ADC1-3），每個ADC有12位、10位、8位和6位可選，每個ADC有16個外部通道。如果選12位ADC，如果輸入?yún)⒖茧妷?.3V，則0V對應0x000，3.3V對應0xFFF，其他的電壓值可按比例計算。編寫好程序后，獲得的ADC值即是12位的數(shù)字量。3.8晶振電路在數(shù)字電路中，時鐘起著至關重要的作用。時鐘電路提供數(shù)字電路的時序控制的標準時刻，以便讓數(shù)字電路在特定時刻完成特定任務。如果沒有一個時序控制的標準時刻，整個數(shù)字電路就會成為“聾子”，就不知道什么時刻該做什么事情了。可以用RC、LC等的諧振電路獲得時鐘信號，但這些電路的振蕩頻率并不穩(wěn)定，在對時鐘要求較高的電路中，必須使用石英晶體振蕩電路。石英振蕩器簡稱晶振，英文名為Crystal，它是時鐘電路中最重要的部件，它的主要作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部分提供基準頻率，普通的晶振頻率絕對精度可達百萬分之五十。3.8晶振電路圖3-12是典型的晶振電路，其中a圖是普通的晶振電路，需2個小電容以及MCU內(nèi)部的放大器構成晶振電路；b圖是有源晶振，通電即可以輸出時鐘信號。圖3-12無源及有源晶振電路3.9復位電路復位電路，就是讓電路尤其是有MCU、CPU等電路恢復到起始狀態(tài)的電路。有幾種手段都可以實現(xiàn)復位，一是在電路通電時馬上進行復位操作，名為上電復位；一是在必要時手動操作，名為按鍵復位；三是根據(jù)程序或者電路運行的需要自動地進行，名為軟件或程序復位。圖3-13中由R23、S3、EEC4所構成的電路是比較常見的復位電路。在通電瞬間，電容器EEC4兩端沒有電荷，因此RESET端的電壓為低電平，系統(tǒng)復位，即上電復位。為了確保復位，EEC4和R23可以取得較大一點，以使低電平的時間較長（一般需要20ms以上）。隨著電容器充電的進行，RST電位逐漸升高，超過復位閾值電壓后，復位結束，系統(tǒng)正常工作。復位電路的參數(shù)能否滿足要求，可以用公式=RC進行計算。在系統(tǒng)運行時，如果按下按鍵S3，則RESET電位又被拉低，可以實現(xiàn)按鍵復位。圖3-13復位電路項目小結本項