计数型AD转换器

1电子技术课程设计说明书题目：计数型A/D转换器设计学生姓名：蒋文锋学号：201206010216院（系）：电气与信息工程学院专业：电气工程及其自动化指导教师：侯勇严2014年11月19日2计数式AD转换器...................................................................................................................31选题背景.....................................................................................................................31.1指导思想...........................................................................................................31.2基本设计任务及要求......................................................................................31．3电路特点........................................................................................................42电路设计.....................................................................................................................52.1总体方框图......................................................................................................52.2工作原理..........................................................................................................53各主要电路及部件工作原理.....................................................................................64原理总图...................................................................................................................125元器件清单...............................................................................................................126调试过程及测试数据（或者仿真结果）...............................................................136电路测试及测试结果................................................................................................146.1数据记录.........................................................................................................146.2结果分析........................................................................................................157小结...........................................................................................................................158设计体会及今后的改进意见...................................................................................158.1体会................................................................................................................168.2存在的问题....................................................................................................168.3改进意见........................................................................................................163计数式AD转换器1选题背景在数字电路与模拟电路学习完之后，为培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力，让我们学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试，进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等，从而培养学生的创新能力和动手能力。1.1指导思想将数字信号通过DAC0832转换成模拟信号，与所给出的电平进行比较，并将比较的结果通过二极管间接表示出1.2基本设计任务及要求误差1LSB；带转换开始控制；输入电压直流电压0～5V；主要单元电路和元器件参数计算、选择；画出总体电路图；4安装自己设计的电路，按照自己设计的电路，在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象；调试电路；电路性能指标测试；提交格式上符合要求，内容完整的设计报告1．3电路特点1）模拟电压产生电路：在电位器上产生0～5V的待转换电压。2）电压比较电路：比较两个电压值进行判断并输出高电平或低电平，待转换电压Vx进入比较器正端，而经DA转换器转换出的模拟电压量Vy则进入比较器负端与Vx比较。若VxVy，则比较器输出为高电平，反之为低电平。3）DA转换电路：将数字量转化为模拟量，可以选用DAC0832，输出为电流量，需转化成模拟电压量才可以与待转换电压Vx比较。4）脉冲产生电路：产生一个频率较高的方波信号CP，可选用555构成的多谐振荡器。5）控制电路：可选电路为74LS00，控制计数电路的计数功能，由比较器的输出结果和脉冲信号CP共同决定,555构成的多谐振荡器输出上升沿时,加计数器开始计数。6）计数电路：进行加记数，输出的数字量进入DA转换电路变为模拟电流量,为了完成八位计数,可使用两个74LS161。7）输出电路：输出八位分别为Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2，Q1，Q0,可以用发光二极管显示。52电路设计2.1总体方框图上图为8位为计数式8位A/D转换器的总体设计框图。该八位AD转换器由以下几部分组成：1）模拟电压产生电路2）电压比较电路3）DA转换电路4）脉冲产生电路5）控制电路6）计数电路7）输出电路2.2工作原理计数式8位A/D转换器设计的思路是：先由555定时器构成的多谐振荡器产生方波信号，输入由控制芯片74LS00构成的与非门，再把74LS00的输出信号输入到由两片74161构成的计数器,74161的输出信号经DAC0832数模转换器后,输出的信号经LM324构成的比较器与待转换电压进行比较,最后结果由Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2，Q1，Q0输出。63各主要电路及部件工作原理模拟电压产生电路将1K电阻与1K电位器相连，电阻一段接+5V电压，电位器一端接地，电位器中间接输出，则可以得到输出电压在0～2.5V。输出电路将Q7～Q0分别接330Ω的电阻和发光二极管，构成D7～D0的输出电路。7555信号发生器555定时器它是一种时基电路，它是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。由于555内部的比较器灵敏度较高,而且采用差分电路方式,他的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。由555定时器和外接元件RA，RB，C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路也不需要外加触发信号，利用电源通过R1，R2向电容C充电，充电到两端电压为2/3的Vcc时，触发器复位，Vo为低电平，电容C473通过RB向放电端7端放电，当两端电压下降到1/3的Vcc时，触发器又被复位，Vo翻转为高电平。电容C在（1/3）Vcc和（2/3）Vcc之间充电和放电，从而使信号发生器产生方波信号。8充电时间为0.7×（R1+R2）C=0.7×（10×103+10×103）×47000×10-12=6.58×10-4s，放电时间为0.7×R2×C=0.7×10×103×47000×10-12=3.29×10-4s，周期T=6.58×10-4+3.29×10-4s=9.87×10-4s555信号清零数据显示时间为0.7×（R1+R2）C=0.7×（33×103+330）×47×10-6=1.097s，放电时间为0.7×R2×C=0.7×330×47×10-6=10.86ms，周期T=1.1s。74LS009输入方波信号，10端接LM324的输出端产生的方波，9端接比较器输出的电压，8端为输出的信号接入计数器电路。计数器电路控制电路是由两个74LS161计数器构成的,74LS161正常工作时由0000开始计数，现在外接了与非门，同步预置数计数过程从0001开始。74LS161由四个JK触发器和一些控制门组成，其中CP是计数输入脉冲，上升沿有效；Q0～Q3是计数输出端，A～D是输入端。最高位是Q3；CO是进位信号输出端；D0～D310为预置数并行输入端；CTT和CTP是工作状态控制端。74LS161具有计数、预置、保持、清零等功能。D／A转换器DAC0832D/A转换器的结构有很多种，分为电压定标、电荷定标、电流定标等。不同结构的D/A转换器在性能上是有差异的。单纯采用一种定标方式，需要有很高的匹配精度，否则很难实现高精度转换。我们采用集成块DAC0832。DAC0832是一个8位D/A转换器。单电源供电，从+5V～+15V均可正常工作，基准电压范围为10V，电流建立时间为1μs，CMOS工艺，低功耗20mW。DAC0832转换器芯片为20引脚，双列直插式封装，能完成数字量输入到模拟量(电流)输出的转换。在DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存器，它的允许锁存信号为ILE，第二级锁存器称为DAC寄存器，它的锁存信号也称为通道控制信号（XFER），当ILE为高电平，片选信号（CS）和写信号（WR1）为低电平时，输入寄存器控制信号为1时，输入寄存器的输出随输入而变化。此后，当（WR1）由低电平变高时，控制信号成为低电平，数据被锁存到输入寄存器中，此时输入寄存器的输出端不再随外部数据的变化而变化。使用时，数据输入可以采用两