逐次比较AD转换器

电子技术课程设计课题：电子技术课程设计专业：电气工程及其自动化题目：逐次渐进型A\D转换器学生姓名：曹伟伟学号：091409173指导教师：王义明河南城建学院2011年6月24日2成绩评定·一、指导教师评语二、评分评分项目设计报告评分答辩评分平时表现评分合计（100分）任务完成情况（20分）课程设计报告质量（40分）表达情况（10分）回答问题情况（10分）工作态度与纪律（10分）独立工作能力（10分）得分课程设计成绩评定班级：姓名：学号：成绩：分（折合等级）指导教师签字年月日3目录一、设计题目..........................................................................................................................................4二、设计目的............................................................................................................................................4三、设计要求............................................................................................................................................4四、原理电路设计:..................................................................................................................................44.1方案比较：.................................................................................................................................44.2单元电路设计：..........................................................................................................................64.3所用器件................................................................................................................................124.4工作原理................................................................................................................................12五．设计总结........................................................................................................................................125.1设计过程中遇到的问题及解决方法....................................................................................125.2设计体会................................................................................................................................135.3对设计的建议........................................................................................................................13六、参考文献........................................................................................................................................134一、设计题目逐次渐进型A\D转换器二、设计目的2.1了解数—模和模—数转换的概念，数—模转换器和模—数转换器的用途。2.2数—模转换器和模—数转换器输入信号和输出信号间的关系。2.3D/A转换器和A/D转换器的主要性能指标，转换精度和转换速度的关系。2.4了解逐次渐进型A/D转换器的基本组成和工作原理。2.5增强思维能力和实践动手能力。三、设计要求3.1转换精度0.5%。3.2速度104/秒以上。3.3模拟电压输入范围为0V–5V。3.4要求采取必要的提高抗干扰能力措施。四、原理电路设计：4.1方案比较：4.1.1CLK时钟信号发生器选择方案一：用RC构成多谐振荡器。如下图所示，但是输出的脉冲波形有很大的畸形，不能满足系统要求。图1：RC多谐振荡器方案二：采用555定时器构成多谢振荡器。采用555定时器构成多谢振荡器能通过改变R1、R2和C2的参数来调节输出的时钟周期。周期T=ln2（R1+2R2）C2。基于以上分析，采用方案二。4.1.2DAC转换电路方案一：采用DAC0832。DAC0832比较常用，但是工作电压比较高，功耗大。5方案二：采用DAC0890。DAC0890能在+5V电压甚至更低电压下工作，功耗比较低，转换速度快。基于以上分析，采用方案二。4.1.3系统初始化电路方案一：采用手动开关给由D触发器构成的移位寄存器和由SR锁存器构成的数据寄存器进行初始化。方案二：采用定时继电器定时关断来给由D触发器构成的移位寄存器和由SR锁存器构成的数据寄存器进行初始化。基于以上分析，采用方案一初始化时间没法把握，很容易使整个移位寄存器的输出被置为1，最终会导致错误；而采用方案二，把定时继电器定好关断时间后，在给整个系统加时钟信号的同时打开定时继电器，这样就使第一个时钟信号期间内完成系统的初始化。4.1.4三态输出锁存器锁存控制方案一：使最后一个D触发器输出一个高电平脉冲时直接取反控制锁存使能。但是高电平过去之后锁存器的锁存使能端又被置高，锁存功能又变为无效，使数码管又无法显示当前的数据。方案二：在最后一个D触发器输出端与锁存器使能端之间加一个SCR晶闸管控制电路，当G门置高时AK之间导通，使能端被拉低，锁存有效。当G变为低电平时AK一直导通，使能端一直为低，故锁存一直有效，数码管能一直显示被测得的数据。基于以上分析，系统拟采用方案二。4.1.5显示电路选择方案一：采用8个发光二极管把转换过的二进制数字电压一位一位的显示出来，电路简单但是显示的结果不是太直观。方案二：采用两个16进制数码管显示器直接把八位二进制以十六进制的形式显示出来，电路简洁，结果显示非常直观。基于以上分析，系统拟采用方案二。采用两个16进制数码管显示器直接把八位二进制以十六进制的形式显示出来。4.1.6电路的总体原理框图该电路主要有CLK脉冲信号，初始化电路，电压比较器，D/A转换器，逐次渐近寄存器，十位环形移位寄存器，三态输出锁存器构成，八位数码管寄存器，数码管显示电路。6图2：系统框图4.2单元电路设计：4.2.1CLK设计电路该器件用555定时器做成的多谐振荡电路。由图知电容电压Vc在Vt+和Vt-之间往复振荡，输出波形为矩形谐波该电路的周期为T.,T=T=(R1+2R2)C2Ln2=9us。图3：555定时器构成的多谐振荡电路74.2.2DAC转换电路该电路采用有集成运算放大电路，DAC0890芯片，具有很高的抗干扰能力和转换精度和转换速度。改变参考电压能改变所测电压的范围，在参考电压为+16V，被测电压范围为0到5V的情况下，该电路的精确度为0%到0.4%。图4：DAC转换电路4.2.3电压比较器电压比较器是将一模拟信号与另一模拟信号进行比较而决定输出高低电平数字信号的电路。本例中设置了4个待测模拟电压分别如图所示。输出的高电平电压的大小由VCC_5决定，本设计设为5V，即输出的低、高电平为0、5V。图5：电压比较电路84.2.4系统初始化电路对十位环形移位寄存器和八位数码管寄存器进行初始化。当开关S按下之后，定时继电器的输出端输出5.9us的高电平信号（4.4us+1.5us，因为器件本身有1.5us的延时误差）对十位环形移位寄存器和八位数码管寄存器进行初始化，将十位环形移位寄存器的Q端输出置为1000000000和将八位数码管寄存器的Q端输出置为00000000。图6：定时继电器电路4.2.5十位环形移位寄存器由十个D触发器首尾相接组成，即D2=Q1，……,那么在连续不断地输入时钟信号时寄存器里的数据将循环右移。工作时Q1Q2Q3……….Q10置为100……..0,当第一个CLK脉冲到达时移位寄存器右移一位，使Q1Q2Q3….Q10=010…0,当第二个CLK脉冲到达时移位寄存器右移一位变成001…0,当CLK脉冲到达时依次右移，直到Q1Q2Q3…Q10变成000….1,第一次循环结束即A/D转换器完成一次转换。图7：十位环形移位寄存器4.2.6八位数码管寄存器9由八个SR锁存器联结组成，主要实现暂时存储测得数字电压的二进制代码以等待三态输出锁存器的读取。图8：八位数码管寄存器4.2.7三态输出锁存器主要用于锁存A/D转换完的数字电压的二进制代码，ENG使能端是低电平有效，当其为高电平时，对输入输出的数据没有影响，为低电平时将输入的数据锁存在输出端。10图9：三态输出锁存器4.2.8数码管显示电路图1为2V电压比较放大电路，因为三态输出锁存器输出的高低电平为2V和0V，即使是高电平也不能驱动数码管发光，故需要电压比较放大来增大高电平电压，R9为上拉电阻。VCC_5决定输出高电平的大小，R9决定输出电流的大小。图2为十六进制数码管显示器，能直接将测得的二进制数字电压信号以十六进制的形式直观的显示出来。11图10：电压比较放大电路图11：十六进制数码管显示4.2.9整体电路图图中测的是+1.5V的模拟电压，结果的到的是16进制数18，即二进制00011000，换算成数字电压为16V*(1/2*0+1/4*0+1/8*0+1/16*1+1/32*1+1/64*0+1/128*0+1/256*0)=1.5V，误差为0.00%。图12：整体仿真电路图124.3所用器件电压比较器LM393D、LM555CM定时器构成的多谐振荡器、D触发器构成的环形移位寄器、SR构成的八位数码管寄存器、74HC373DW三态输出锁存器、DAC0890数模转换器、十六进制数码管显示器、定时继电器、SCR晶闸管、与门、或门、非门、电容、电阻等。4.4工作原理转换开始前将逐次渐进寄存器各位清零；转换控制信号VL高电平转换开始，时钟信号先将逐次渐进寄存器最高位置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Vo，与送入比较器的待转换的模拟量Vi进行比较，若VoVi，该位1被保留，否则被清除。然后再置逐次渐进寄存器次高位为1，将寄存器中新的数字量送D/A转换器，输出的Vo再与Vi比较，若VoVi，该位1被保留，否则被清除。重复此过程，直至渐进寄存器最低位比较完为止。转换结束后，将逐次渐进寄存器中的数字量送入缓冲寄存器，得到数字量的输出，即为所求的输出数字量。逐次渐进的