逐次渐近型AD转换器

电子学课程设计课题：逐次渐近型A/D转换器系别：电气与电子工程系专业：电气工程及其自动化姓名：学号：指导教师：河南城建学院2010年6月2指导教师评语：成绩：-1-一、设计目的1、掌握一些常用的电子器件的功能及其使用方法；2、学会设计一些电子线路，加深对电子技术的认识和理解；3、利用A/D转换器的原理设计8位逐次渐近型A/D转换器；4、培养严谨治学的态度，锻炼动手操作能力。二、设计要求1、转换精度0.5%；2、转换速率410/秒以上；3、模拟电压输入范围0～5V；4、要求采取必要的提高抗干扰能力措施。三、总体设计思想与原理1、工作原理基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。逐次渐近法转换过程是：初始化时将逐次渐近寄存器各位清零；转换开始时，先将逐次渐近寄存器最高位置1，送入D/A转换器，经D/A转换后生成的模拟量送入比较器，称为UO,与送入电压比较器的待转换的模拟量Ui进行比较，若UoUi，该位1被保留，否则被清除。然后再置逐次渐近寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，输出的Uo再与Ui比较，若UoUi，该位1被保留，否则被清除。重复此过程，直至渐近寄存器最低位。转换结束后，寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。2、设计的总体原理框图下图是设计的逐次渐近型A/D转换器的总体原理框架，主要有顺序脉冲发生器、逐次渐近寄存器、D/A转换器和电压比较器等几部分组成。逐次渐近型A/D转换器原理框图3、总电路图（见附图）-2-四、部分电路的设计1、顺序脉冲发生器顺序脉冲发生器的作用是产生比较用的节拍脉冲，由74LS42和74LS161产生CP节拍脉冲。电路如下图：利用74LS161的计数功能输出四位二进制数码，然后输入到74LS42的输入端A3~A0，由74LS42的译码功能产生9个节拍脉冲。其波形如下图：74LS161与74LS42组成的顺序脉冲发生器的节拍脉冲74LS42引脚图及引出端功能符号如下：-3-引出端功能符号A0～A3BCD码输入端VDD正电源VSS接地Y0～Y9译码输出端74LS161引脚图及功能表：-4-当CP为上升沿时，清零端和预置端为高电平，且把使能端设置为高电平时，此芯片开始计数。2、逐次渐近寄存器有JK触发器和D触发器组成寄存器，在节拍脉冲作用下记忆每次比较的结果，并向D/A转换器提供输入数字量。JK触发器及其功能：R为强制置“0”端，S为强制置“1”端。RS都为“1”时，J=0,K=1时,Q=0;J=1,K=0时,Q=1;J=0,K=0时，Q保持，J=1,K=1时,Q翻转。-5-D触发器引脚图及其功能：D触发器的输出Q总与输入D相同3、D/A转换器D/A转换器的作用是按不同的输入数码，产生一组数值不同的参考电压Uo，送到电压比较器与输入信号Ui进行比较。此时利用芯片AD7524产生Uo。AD7524引脚图及其引脚功能如下：-6-AD7524引脚功能：OUT1、OUT2电流流出端DDV为供电源可在+5V至15V范围内选择GND为接地RETV为基准电源可取正、负，输出电源极性也相交改变RF为反馈电阻0D～7D为数据引入端CS为片选端WR为写入控制端节拍脉冲CP0的作用下，将JK触发器的状态QH～QA=10000000，若D/A参考电压U0。当U0＜UI时，比较器输出为1，反之为0，这样各级触发器的J=1,K=0。在节拍脉冲CP1作用下，其下降沿触发器JK触发器，使QG=1，同时CP1使触发器置1。这样在CP1作用后，D/A转换器输出参考电压U0，当U0＜UI，比较器输出为1，反之为0。就这样一次比较直到CP8，当CP8的上升沿时D触发器输出状态就是所得比较的结果。从上可以看出逐次渐近型A/D转换完成依次转换所需的节拍脉冲数为（n+1）。N为二进制代码，所以完成一次所需的时间为（n+1）Tcp。数据分析：分辨率用来说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。分辨率=2niMAXViMAXV为输入模拟信号最大值。分辨率=8550.019532256Ｖ转换误差也反映了A/D转换器所能辨认的最小输入量，因而转换误差与分辨是统一的，提高分辨率可减少转换误差。12n0.005则n8分辨率=8550.019532256Ｖ由于t≥(n+1)Tcp若n=8则410(n+1)Tcp所以Tcp1.1×510sfcp510HZ=1１0KHZ则fcp1１0KHZ以上都可以所以设计选择8位逐次渐近型A/D转换器。CP为100KHZ。-7-五、心得体会经过将近一周的电子学课程设计，完成逐次渐近A/D转换器的设计。拿到题目后，在图书馆和利用网络资源进行查阅和搜索与本设计有关的资料。在查阅中进一步了解了A/D转换器的知识，对与自己以前仅仅知道A/D有很大的进步。熟悉了使用AutoCAD绘制电气原理图及其芯片。由于时间短促对课题要求的采取抗干扰能力措施没能设计。在本次设计中利用常见的一些芯片来完成A/D的转换，自我感觉还不够完美。以后有机会要对这次设计结合以后所掌握的知识面进行补充。不足之处请各位老师批评、指教！-8-参考文献［1］康华光，邹寿彬，秦臻等.电子技术基础数字部分.高等教育出版社，2009.［2汪国强等.现代数字逻辑电路.电子工业出版社.［3］高吉祥等.数字电子技术学习辅导及习题详解.电子工业出版社.［4］岳怡等.数字电路与数字电子技术.西北工业大学出版社.