计数型AD转换器的设计

课程设计说明书题目：计数型AD转换器的设计学生姓名：张朵朵学号：201306010209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2015年12月31日目录1设计背景.....................................................11.1指导思想...............................................11.2设计目的...............................................12电路设计....................................................22.1总框架图...............................................22.2各框图的功能和可选电路及特点...........................22.2.1模拟电压产生电路.................................22.2.2电压比较电路.....................................22.2.3D/A转换电路.....................................22.2.4脉冲产生电路.....................................22.2.6计数电路.........................................32.2.7输出电路.........................................33各单元电路工作原理..........................................33.1模拟电压产生电路.......................................33.2输出电路...............................................33.3555信号发生器.........................................43.3.1555定时器的调试.................................43.474HC11三入与门.......................................53.4.174HC11的调试....................................53.5计数器电路.............................................53.5.174HC161计数器的调试.............................63.6D/A转换器DAC0832......................................63.6.1DAC0832的调试...................................83.7M324比较器............................................83.7.1LM324转换器的调试...............................93.84HC574寄存器..........................................93.8.1HC574的调试....................................103.9整体调试..............................................103.10电路测试及测试结果...................................104结构分析...................................................114.1电路组成及工作原理:...................................114.2总体原理设计图和实物图................................115小结：.....................................................146设计体会及今后的改进意见：.................................156.1设计体会..............................................156.2存在的问题............................................156.3改进意见..............................................16参考文献...........................................1711设计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设计目的1）培养学生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。2）学习较复杂的电子系统设计的一般方法，提高基于模拟、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。3）进行基本技能训练，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。4）培养学生的创新能力。1)输出数字量8位；2)误差1LSB；3)带转换开始控制；4)输入电压直流电压0～5V；5)主要单元电路和元器件参数计算、选择；6)画出总体电路图；7)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；8)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；9)调试电路；10)电路性能指标测试；11)提交格式上符合要求，内容完整的设计报告。22电路设计2.1总框架图图3.1.1计数式8位A/D转换器的总体设计框图该八位A/D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③D/A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各框图的功能和可选电路及特点2.2.1模拟电压产生电路：在电位器上产生0～5V的待转换电压。2.2.2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。2.2.3D/A转换电路：将数字量转化为模拟量，可以选用DAC0832，不过输出为电流量，需转化成模拟电压量方能与待转换电压VY比较。2.2.4脉冲产生电路：产生一个频率较高的方波信号CP，可选用555振荡器。2.2.5控制电路：可选电路为74HC11，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,32.2.6计数电路：进行加计数，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。2.2.7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。3各单元电路工作原理3.1模拟电压产生电路图3-1模拟电压产生电路将10K电阻与10K电位器相连，电阻一段接+10V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0～5V。3.2输出电路图3-2输出电路4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。3.3555信号发生器信号发生器原理图如下图a所示，它是555定时器构成的多谐振荡器，VCC通过电阻R1、R2向电容C充电，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C充电，以及通过RB向放电端7端放电，使电路产生振荡。广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。电容C充电和放电，其波形如下图。图3-3信号发生器原理图3.3.1(a)555信号发生器图3.3.1(b)充电和放电波形图①多谐振荡器的振荡频率为：f=1÷［（R1+2R2）］×㏑21÷［（4.7+2×4.7）］×㏑2=10Hz②多谐振荡器的振荡周期：T=1÷f=1÷10=0.1s3.3.1555定时器的调试先卸下除555芯片的其他芯片,8端口接+5V电压,1端口接地,打开示波器,3端口接上示波器,按下示波器上的自动键,观察波形是否为方波,如果不是,检查电阻、电容、线路以及555元件。如果失真检查接触是否良好,是否有虚焊等。其调试波形如下：53-4555产生波形图3.474HC11三入与门2端接555的输出端产生的方波,1端接与LM393比较器输出的电压，13端接复位开关，三个信号经74HC构成的与门再输出，输出的信号再输入控制电路。图3-574HC11引脚图3.4.174HC11的调试将1、2、13分别接电平输入，将12端接电平显示。测试是否符合当1、2、13为高电平，输出为高电平。3.5计数器电路由两个74HC161计数器并联构成的,74HC161正常工作时由0000开始计数。控制电路的原理图如图所示：6图3-6原理图图3-774LS161引脚图74HC161是四位二进制加法计数器，具有计数、保持、预置、清零功能。它由四个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，Q3为最高位；CO是进位信号输出端；D0～D3为预置数并行输入端；CTT和CTP是工作状态控制端。3.5.174HC161计数器的调试先卸下除74HC161芯片的其他芯片,芯片接上电源GND端接地，接74HC11输出端的每个端接高电平,,Q0～Q7依次接在实验箱逻辑电平上,按下实验箱信号发生器上的按钮,观察逻辑电平显示结果是否是逐个增大，如果不是则检查线路.3.6D/A转换器DAC0832DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片电流输出型8位数/模转换器。它将输入的八位电平信号转换为电压信号输出，下图是DAC0832的逻辑框图7图3-8DAC0832的逻辑框图及引脚排列DAC0832能完成数字量输入到模拟量(电流)输出的转换。其主要参数如下：分辨率为8位，转换时间为1μs，满量程误差为±1LSB，参考电压为(+10～-10)V，供电电源为(+5～+15)V。特点：从第二个图中可见，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8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高电平，这种情况下，输入寄存器的输出随输入变化。此后，当/WR1由低电平变高时，控制信号成为低电平，此时，数据被锁存到输入寄存器中，这样输入寄存器的输出端不再随外部数据DB的变化而变化。对第二级锁存来说，传送控制信号/XFER和写信号/WR2同时为低电平时，二级锁存控制信号为高电平，8位的DAC寄存器的输出随输入变化，当/WR2由低电平变高时，控制信号变为低电平，将输入寄存器的信息锁存到DAC寄存器中。图中其余各引脚的功能说明如下：①CS：片选信号，低电平有效。②ILE：输入寄存器有效