AD基本原理仿真

1、北京化工大学毕业设计（论文）班级:通信1401学号：2014014450北京化工大学毕业设计（论文）论文题目：AD基本原理仿真诚信声明本人声明： 本人所呈交的毕业设计（论文），是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期： 本科生毕业设计（论文）设计（论文）题目： AD基本原理仿真 学院： 信息科学与技术学院 专业： 通信工程 班级： 通信1401 学生： 李晓萌 指导教师: 曹晰 专

2、业负责人：王学伟1设计（论文）的主要任务及目标(1) 学习并掌握并行比较型AD转换器、逐次渐进型AD转换器和双积分型AD转换器的基本原理；(2) 设计三种AD转换器；(3)利用Multisim对三种AD转换器进行仿真。2设计（论文）的基本要求和内容(1)阅读至少20篇文献，其中中文文献10篇，英文文献10篇，以近五年文献为主；(2)撰写文献综述，完成5000字英文文献翻译；(3) 查阅文献及课本知识，掌握ADC的基本原理；(4) 设计并行比较型AD转换器、逐次渐进型AD转换器和双积分型AD转换器；(5) 对三种AD转换器进行软件仿真，并分析三种电路的性能；(6) 撰写符合学校要求的毕业论文。3

3、. 主要参考文献1 康华光.电子技术基础（数字部分）（第4版）M.北京：高等教育出版社，2000：388416.2 闫石.数字电子技术基础（第4版）M.北京：高等教育出版社，1998： 4564393 余集成.电子测量检测剖析双积分AD转换器：技术讲座DOI:10.16589/11-3571/tn.2008.09134 石会.逐次逼近型ADC的电路分析：解放军理工大学通信工程学院 南京210007 中国电子教育 2016年第4期5 李云.超高速高精度并行ADC系统的设计与实现 1008- 0570(2008)07- 2- 0307- 036 高静 姚素英 徐江涛 史再峰.高速并行10位模数转换

4、电路的设计 文章编号 0493-2137 （2010）06-0498-064. 进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期阅读至少20篇文献（10篇中文，10篇英文，以近五年文献为主），撰写文献综述1月19日3月3日掌握该三种AD转换电路的原理3月4日3月20日设计该三种AD转换电路，并利用Multisim进行仿真3月20日4月1日搭建三种AD转换电路并对其性能进行分析4月2日5月11日撰写符合学校相关规定的毕业设计论文5月11日6月1日AD基本原理仿真摘要：目前，科学技术进步突飞猛进，数字系统技术被广泛应用于生活的方方面面，数字系统相对于模拟系统，显示出了其巨大的优势。然而，由于数字系统并

5、不能够用于模拟信号的应用处理，仅能够用于数字信号的处理，但是，人们日常生活生产当中，很多物理量都是取值连续的模拟量，如压力，温度，流量，速度，距离等等。我们可以通过传感器将这些取值连续的物理量变成幅值或者频率连续的电压量或者电流量。然后在经过一个模数转换电路，将模拟量转换成易于处理的数字量。编码、量化、保持以及抽样是吧模拟信号转换成数字信号的四大步骤。抽样通常都在特定的抽样-保持来完成，量化编码则在模数转换器（ADC）中完成。根据不同的原理，ADC也有不同的分类。压频变换型、并行比较型以及电容阵列逐次比较型都是比较常见的类型，而逐次渐进型（逐次比较型）、双积分型也是较为常见的一种。文章对三种常

6、见AD转换器的原理，比如双积分型、并行比较型以及逐次渐进型进行了重点研究。根据其原理设计三种不同的AD转换器。并且利用Multisim对三种不同的结构进行仿真。对这三种结构进行性能的分析。关键词：模数转换；软件仿真；性能分析Simulations of Basic AD PrinciplesABSTRACT:With the development of science and technology, digital systems have begun to be widely used in the production and life of modern society. Digita

7、l systems have shown great advantages over analog systems. However, digital systems can only process digital signals and cannot process analog signals. In production and life, many physical quantities are continuous analog values such as pressure, temperature, flow rate, speed, distance and so on. W

8、e can use these sensors to convert these continuous physical quantities into amplitudes or continuous voltages or currents. Then through an analog-to-digital conversion circuit, the analog quantity is converted into a digital quantity which can be easily processed. Four steps required to convert ana

9、log to digital are sample, hold, quantize, and encode. Sampling is done in a dedicated sample-and-hold circuit, and quantization coding is done in an analog-to-digital converter (ADC).According to different principles, ADCs have different classifications.Dual-slope ADC,Parallel ADC, - ADC, Voltage f

10、requency ADC, successive approximation ADC are common implementation. This article explores the principles of Dual-slope ADC parallel comparison and successive approximation ADC. According to its principle, three different AD converters are designed. And use Multisim to simulate three different circ

11、uits. And analysis performance of these three circuits.KEY WORDS:AD conversion,simulation,Hardware implementation,Performance analysis目 录前言7第1章绪论8第1.1节 AD转换概况81.1.1 ADC的历史及现状81.1.2 ADC发展方向10第1.2节 ADC的基本形式101.2.1积分型转换技术101.2.2逐次逼近型转换技术111.2.3并行转换技术111.2.4流水线转换技术111.2.5过采样转换技术11第1.3节 ADC的主要性能指标121.3.1

12、 转换时间121.3.2 分辨率12第1.4节 Multisim的简介121.4.1 Multisim概述121.4.2 Multisim的发展历程131.4.3 Multisim的特点13第2章并行比较型AD转换电路14第2.1节并行比较型AD转换电路简介142.1.1 电路结构142.1.2 电路原理14第2.2节并行比较型AD转换电路仿真152.2.1 仿真电路图152.2.2 所用元器件162.2.3 仿真结果20第3章逐次渐进型AD转换电路223.1.1 电路结构223.1.2 电路原理223.2.1 仿真电路图233.2.2 使用元器件233.2.3仿真结果26第4章双积分型AD转

13、换电路284.1.1 电路结构284.1.2 电路原理284.2.1 仿真电路图294.2.2 所用元器件29参考文献30致谢32前 言近几年以来，由于电子数字终端设备的大量普及，使得模拟信号转变数字信号的技术非常普遍，特别是电子计算机的应用。比如日常中，我们在用手机发微信语音的时候，人发出的语音是一种模拟信号，通过手机的传感器，可以把手机的语音信号转化为一种可以模拟的电信号，最终通过模数的转变，使之成为数字的电信号，这样才能使语音发送出去。不只是在通信系统中，当下几乎所有的电子高科技产品都要用到模数转换。自动驾驶汽车要将接收模拟的位置信号转换成数字信号，再通过进一步的分析，才能对自身的情况进

14、行判断，进而做出反馈处理。智能机器人要对人的声音甚至容貌做分析，也要经过模数转换。当今社会是数字的社会，绝大部分系统只能丢输入的数字信号就行处理。但是我们的视觉、听觉、感觉等确实模拟的世界。正是模数转换器姜数字世界和模拟世界连接起来。任何一个系统，都需要一个传感器来感知模拟世界中的电压、电流、温度等信号。模转换器到模拟信号，再到微处理器FPGA信号等等，这些信号之间的转换都能够完成整个过程，使得通信的每一个环节都能够以数字信号和模数信号来进行转换。对AD转换器的研究有着极其重要的意义。第1章 绪论第1.1节 AD转换概况1.1.1、 ADC的历史及现状众所周知，数字通信设备的诞生，被誉为方便、

15、快捷、安全以及高效的一种通讯方式。但是，要实现数字通信这项技术，必须要把声音、视频以及图像等等模拟量转变成数字量才能够实现，因为模拟量是不能够直接被传送的。在这样的背景下，电子式模数转换技术应运而生，这项新技术的产生，使得第二次世界大战末期以来，人类的数字通信技术得到质的飞跃，能够把模拟量转换成数字量，并把模拟量的声音、图像以及视频还原。至此完成整个通信过程。因此，人们开始研究和改善ADC。通讯技术的应用十分广泛，从最开始主要应用于军事领域，现已发展到人们日常生活的方方面面。由此可见，ADC技术已经越来越得到人们的重视，无论是多媒体领域、微电子领域，还是在的电子信息技术领域、计算机领域得到，随

16、处都可以看到ADC的身影。特别是在电子系统的后端及前端，比如视频显像、声呐雷达、军事医疗器械、无线电接收基站等等，这些领域都必须通过ADC才能得以实现，而在一些民用的信息系统当中，也可以见到ADC的应用身影，这表明ADC已经渗透到各个技术领域，这也是模数转换技术越来越成熟的表现。由于ADC在我国的发展历史比较短，起步相比于其他发达国家也是 比较晚，无论是在ADC的前期设计开发，还是对ADC的研究、制造等等方面，我国对于ADC这项技术还是相对陌生，大多数都是以中低端产品为主，并没有形成较强的竞争力。换言之，在ADC领域，国内尚处于发展萌芽阶段，而绝大多数ADC产品主要还是被国外发达国家所垄断，特

17、别是在ADC的高端产品市场，比如单通道、低功耗的ADC产品，这些产品的设计制造技术仍然掌握在国外发达国家公司手中，别应用于雷达通讯、无限通信以及视频显像等等领域。这些产品的生产规格都是被严格控制，譬如功耗必须要控制在660mw-780mw，无杂波动态范围（SFDR）达到82dB85dB,输出带宽为750MHz，对高输入频率的要求也比较严格，必须要采取64引脚HTQFP封装，否则无法正常工作，这是许多ADC产品的重要参数要求。通常而言，现在大多数ADC产品都应用于无线通讯以及宽带通讯，比如ADI公司生产制造的AD9230系列产品，其精度十分高，能够达到12bit，速率为250MSPS，相比于其它

18、同等级的产品，AD9230系列产品能够大大地降低功耗，降低噪音，提高工作效率，封装尺寸降低20%一下，而工作功率能够提高30%左右，这也是其它产品所无法与之比较的优势。我国从70年代开始研制ADC，也有一些专门从事ADC研究的高校、研究所。但是资金技术都不能与美日、欧洲等发达国家相比。我们在ADC研究方面的技术发展取得一定的进步，但是能够投入生产，批量给用户提供服务的产品却很少。这是由于长期以来，国外先进的产品进入我国市场，并在一定程度上占据着我国市场。我国自行研制的产品能够进入到市场，但是，尽管国内已经研发成功了不同位数的ADC产品，比如8位、10位、12位和16位等等产品，但是却为顾客提供

19、的服务却反而少了，还是主要以中低端产品为主，并没有多大的变革，仍然处于低速度、低分辨率的产品阶段，相比于国外ADC公司所生产的高端产品而言，仍然存在较大的距离。所以，高精度、高速度的ADC已经成为国内高校、研究所的研究热点。改革开放以来，我国纷纷设计生产成功了分辨率为11位的单片CMOS积分型ADC，由于那时的生产工艺、设计水平仍然没有国外公司那么高，但是，仍然占据了国内的重要市场，所采取的双极工艺，被大量应用于模拟数字的领域，也就是说，CMOS工艺已经越来越成熟，但是还是存在诸多不足之处以及工艺上的缺陷。此外，上世纪七十年代末期，AD转换器尚处于发展阶段，在国内并没有成熟的制造生产工艺，其生

20、产成本也比较高，BiCMOS工艺的出现，大大解决了这个难题，但是，BiCMOS工艺的制造工艺相当繁复，加工成本也比较昂贵，并不适用于大规模地生产制造，这也是需要解决的一大难题以及需要克服的技术难关。随着CMOS技术的越来越成熟，现今CMOS工艺已经成为了ADC技术领域的主力军，不少低功耗、低成本的ADC产品已经被设计出来，特别是到了上世纪九十年代初期，ADC的便携式产品便应用十分广泛。但是的ADC功耗在mV级，而现在的ADC功率已经到了W级。ADC的转换精度和转换速度也都在不断的提高，转换速度达到MSPS，分辨率达到24位。1.1.2 ADC发展方向从ADC的发展历史中，我们能看出，ADC的发

21、展趋势有以下几个特点。第1， 向高性能方面发展。ADC的性能主要包括转换精度和转换速率。通过采用-调制技术，随着激光修正技术的越来越精湛，还有统计匹配技术、自动校正技术的不断飞速发挥在那，现如今的数据转换的分辨率和精度都有非常大的提升，有些ADC的精度达到16位24位，分辨率能够达到9位14位，其转换速度也大大得到了提高，从原来的缓慢速度提升至5MHz200MHz，大大加快了ADC技术产品的普及。ADI公司所生产的CMOS 0.18m产品，能够达到180MHz的转换速率，其精度能够达到12位，使得180MHz的转换速率产品越来越得到认可。第2， 随着半导体制造工艺的转型升级加快，不少过去陈旧的

22、转换电路产品都纷纷被先进的制造工艺所取代，换言之，现如今的ADC制造工艺已经趋向单片化方向发展，比如LSI、VLSI这两项工艺的越来越成熟，大大提高了其体积以及功耗。第3， 低功耗、低电压以及单电源是ADC制造工艺水平的发展趋势，尤其是CMOS、BicMOS等等多项先进技术的普及，不少高精度、高分辨率以及高转换速度的产品越来越被重视，而对于那么低功率、低功耗的产品，也会越越被普及，这样能够适应所有ADC产品的发展需求，特别是采取(1.2V、1.8V)低电压的产品，能够大大地降低了功耗。第4， 基于VLSI技术的不断发展，高分辨率的ADC产品能够集成于同一个芯片桑，也就是说能够通过集成技术，从而

23、构成一个信号处理的混合处理，从而使得模拟技术越来越精准，大大提高了ADC的工作效率，并可以同一时间内处理模数、数字信号，增强了芯片功能，减少芯片外围电路，简化了电路，应用更加方便。总而言之，各种技术和工艺的相互配合，扬长避短，开发出适用于各种场合的，能满足不同需求的ADC，将是数模转换技术未来发展的方向。高速、高精度、低能耗的ADC将是今后数模转换器的发展重点。第1.2节 ADC的基本形式1.2.1积分型转换技术积分转换AD转换技术在低速率，高精度测量领域有广泛的应用，特别是数字测量领域。积分型AD转换技术主要分为单积分型和双积分型。实现ADC的转换，必须要记住单机分型AD转换技术，没有这项技

24、术就无法将电信号转换，利用这样的工作原理能够使得模拟信号直接地转换成可以传送的数字信号，最终达到AD转换的目的，但是，AD转换也存在很多缺陷。比如精度不够，传送速度缓慢以及稳定性较差等等，这些都是AD转换的主要不足之处，也影响了电压的稳定，基于此，一般采用双积分型AD转换技术。双积分型AD转换器，对模拟信号进行两次积分，削弱了斜坡电压发生器的误差，提高了转换精度。双积分型ADC的精度比较高，可以达到 22位。基于积分电容的因素，控制高频的噪声只能通过双积分型转换电路来完成。但是，它的转化速度比较慢。因此，该型AD转换器一般应用于低速率，高精度AD转换领域。1.2.2逐次逼近型转换技术逐次逼近型

25、转换技术即是一种直接AD的转换器它的工作转换原理比较复杂，但也没有其他转换技术那么繁复，通常逐次逼近型转换技术的初始都是以发麻为基础，通过对被称的物体来进行比较，假如物体过重，那么则要把砝码拿开，如果物体很轻的话话，那么则要留下砝码，以此类推，才能够求出物体的实际重量，直至留下最后砝码的时候，才是物体的真实重量。根据这种称物体重量的工作原理，逐次逼近型ADC技术也是应用这样的工作原理，通过对模拟信号的强弱以及模拟电压的高低，从中进行对比分析，最终逐步逼近型ADC模拟电压信号，通过这样的数字量转换，达到逐次逼近型ADC但是，逐次逼近型ADC越高，那么气分辨率就越高，在ADC模拟电压较地的时候，需

26、要100MPSP。转换时间确定。同时这种ADC需要数模转换器，因为高精度的数模转换器，必须要高的电阻或电容匹配网络，所以，其精度通常都不高。1.2.3并行转换技术并行转换技术是所有数模转换技术中转换速率最快的一种，并行转换技术是一样重直接的模数转换技术。大大降低了中间环节的不必要步骤，使得每一个数字代码都能够以最短的时间内达到转化的目的。因此并行转换技术又称为闪烁型AD转换技术。其最大的特点就是转换速度快。可达到50MPSP，适用于高速转换领域。其分辨率一般不高，基本在10位以下。当要求精度提高时，其电路的功率随之大幅增加。一个N位并行比较型ADC，需要2N-1个电压比较器和分压电阻。一个10

27、位并行比较型ADC，其电压比较器和分压电阻就会有1023个。其实现相当困难。因此，当精度要求比较高时，并行转换技术的缺点就凸显出来了。1.2.4流水线转换技术流水线转换技术是对并行转换技术的改进和提升。它继承了并行转换技术的高速率的优点，同时克服了并行比较型转换电路的实现困难的问题。以8位两级流水线型ADC为例，它首先进行第一级高四位的并行比较型转换。求出高四位的代码。紧接着，通过模拟信号的加减，还有对高四位代码的模拟量输入，最终得到低思维的代换，从而转化成第二级的转换器当中。流水线型转换技术可以设计为2级、3级、4级甚至更多级的转换器。其特点是，转换精度相较于并行比较型高。可达到16位，同时

28、拥有较高的转换速率。16位的该型ADC转换速率可达5MPSP。在分辨率相同的情况下，电路的功率和规模比并行比较型大大降低。此外，还存在转换差错的问题，当第一级转换后的差值不满足第二级量程时，会产生线性失真或代码丢失的问题。1.2.5过采样转换技术过采样型AD转换技术又称-型AD转换技术。这是一种近二十年才发展起来的技术。主要应用于音频领域。-型AD转换器主要由两个部分组成，即模拟部分和数字部分。模拟部分是一个调制器；数字部分是一个滤波器。模拟部分的调制器是电路的核心。它利用积分和反馈电路将大部分量化噪声移到高频，随后经过滤波器，将噪声滤除。因此该型ADC具有极高的精度，可达到24位以上。-型A

29、D转换器在工作时，得到一位的高速比特流，其中包含大量的高频噪声，再经过一个低频数字滤波器，过采样-型模数转换技术的主要优点是：转换精度高，可以达到24位以上。其采用过采样，噪声整形和数字滤波等技术，充分发挥了数模集成技术的优点。使用很少的模拟元器件和相对复杂的数字信号处理电路达到高精度的目的。第1.3节 ADC的主要性能指标1.3.1 转换时间通常而言，AD转换器的转换时间与转换器的规格存在一定的联系，AD转换器的类型不同，也会影响到它的转换速度，有些AD转换器的转换时间可以达到毫秒级别，而有些AD转换器的转换时间则可以达到微秒的级别，甚至有些AD转换器的转换时间可以达到纳米秒级别等等，这些都

30、是由AD转换器的类型来决定。1.3.2 分辨率从理论上来分析，AD转换器的分辨率与模拟电压信号的等级有关，不同的模拟电压信号能够影响AD转换器的分辨率，由于AD转换器的分辨率主要采取二进制数的位数来表达，也就意味着它对输入信号的分辨能力有多强。当输入的电压值为12n。，那么AD转换器的分辨率会随着位数的增高，而越来越清晰，分辨率也就越来越高，同时，他所输入的信号也就越来越清晰可见，这就是AD转换器的分辨率的二进制数以及最小电压为19.53V等等。第1.4节 Multisim的简介1.4.1 Multisim概述所谓NI Multisim，即是一款电子设计自动化软件，它是由美国著名电子仪器制造公

31、司研发制造的，被誉为二十世纪以来最伟大的电子自动化软件之一。它被应用于电路设计、电路教学等等方面，在NI Multisim领域具有相当高的评价以及得到广大电子技术爱好者的青睐。NI Multisim能够精准地图像、声音以及视频进行仿真谁、捕获分析，能够把复杂的spice仿真内容进行此时，十分适用于电子电路方面的应用教学，在各个虚拟技术、模拟技术领域被广泛使用，特别是对图片仿真设计、图像捕获等等，都能够应用到spiceMultisim仿真技术，值得人们发展推广的一项技术。因此，Multisim技术能够对电路原理、电路硬件语言等等进行应用，借用其强大的仿真技能分析能力，能够架构真实的电路原理分析图

32、，使得仿真技术得以解放，特别是对于板级的模拟数字电路板设计，能够大大节省了不少时间，提高了工作效率。1.4.2 Multisim的发展历程20世纪80年代，Multisim电路仿真软件最早诞生于加拿大，这项技术能够对所有数字电路、模拟电路进行混合的仿真转换，尽管是一项虚拟的电子工作技术，但是已经远远突破了以往的图像交互技术瓶颈。直至到了上世纪九十年代，我国引入了EWB，并顺利推出了EWB5.0版本，使得这项技术瞬间在我国爆发并得到大力推广普及，由于其具备易操作、界面友好、功能性强大得到优势，被广大电子专业学家所热捧。自Multisim推出以来，就得到不断地更新和优化。其功能日趋完善，电路分析能

33、力逐渐增强，仿真的准确性不断提高，操作界面友好。本文仿真使用的是2014年推出的Multisim14.1。1.4.3 Multisim的特点上世纪八十年代，仿真软件Multisim诞生，初期的Multisim版本都比较难以操作，经过多年的升级版本，现已十分易于操作，界面也十分友好、方便，新手很快就可以学会简单的操作，一些仿真电路也被逐步改进，当前，NI Multisim14.1具有以下四个特征：1） 虚拟实验仪器丰富。Multisim2014的操作界面与现实中的设备没有任何区别，能够十分接近现实的设备，而且还为用户提供了十分多的设备仪器，诸如万用表以及示波器等等，它的功能相当强大，能够仿真现实

34、的虚拟电子实验平台，能够与实验室当中的多项设备进行互联互通，从而提高工作效率。2） 集成环境简洁易用。能够极其方便地为前期设计人员提供便捷、高效的工作，无论是从电路设计，还是到仿真修改以及后期数据处理订单，都可以非常快速地做出各种操作以及建立，十分有利于软件的学习。3） 可自定义设计环境。根据客户的不同需求，Multisim2014能够允许设计人员随意地定义操作环境，为用户提供高效、便捷以及人性化的定制工具，大大提高了设计人员的工作效率，也使得电路更加人性化，各种元器件也更加准确。4） 分析功能强大。这是Multisim2014的最大特点质疑，无论是直流工作的分析，还是失真分析、瞬态分析以及噪

35、声分析等等，Multisim2014都能够解决这方面的问题，也能够为设计人员提供在这方面的分析方法，满足所有设计人员的设计要求，并具备强大的功能。第2章 并行比较型AD转换电路第2.1节 并行比较型AD转换电路简介2.1.1 电路结构图2·1并行比较型AD转换结构图电阻分压器、优先编码器、电压比较器以及寄存器共同组成了AD转换电路，它的比较器和分压电阻的个数与电路的精度有关。一个N位的并行比较型AD转换电路，要有2N-1个比较器和分压电阻。2.1.2 电路原理并行比较型AD转换电路是一种直接的AD转换电路。它通过将模拟电压与基准电压产生的各阶电压值相比较从而得到模拟量的大小。进而通过

36、编码器将模拟量用数字代码表示。下面以3位并行比较型AD转换电路为例说明。3位并行比较型AD转换电路的分压器是由7个阻值位R和1个阻值为R2的电阻串联得到。这样利用基准电压VREF得到7个不同的电压值。分别为1315VREF、1115VREF115VREF。这7个电压值分别作为各比较器的参考电压。输入的模拟信号决定了这7个电压比较器的输出。比较器的输出状态由寄存器储存。再经过优先编码器得到输出的数字信号。第2.2节 并行比较型AD转换电路仿真2.2.1 仿真电路图图2·2 3位并行比较型AD转换电路的仿真电路2.2.2 所用元器件电阻：10K×7、5K×1比较器：

37、OPA4130×2寄存器：74LS74×4优先编码器：74LS148发光二极管：LED_Red×3图2.3 OPA4130芯片逻辑管脚图OPA4130内部包含四个相同并且相互独立的电压比较器，4管脚和11管脚为电源接口。4管脚接5V电压；11管脚接地。2管脚和3管脚（5管脚和6管脚、12管脚和13管脚、9管脚和10管脚）为输入。1管脚（7管脚、8管脚、14管脚）为输出。当3管脚（5管脚、12管脚和10管脚）的输入电压大于2管脚（6管脚、13管脚和9管脚时），输出为高电平。否则，输出为低电平。图2·4 74LS74芯片逻辑引脚图74 ls74包含两个思想和

38、相互独立的边缘触发D触发器电路模块。14针和7针电源端;14针6 v电源,接地销7。1销和13针复位信号;74 ls74包含两个思想和相互独立的边缘触发D触发器电路模块。2管脚和12管脚接触发信号，也就是比较器的输出电压；3管脚和11管脚接时钟信号；5管脚和9管脚为同相输出，6管脚和8管脚为反相输出。在该电路中，要用到同相输出，即5管脚和9管脚。表2·1边沿触发D触发器真值表PRECLRCLKDQQ01XX1010XX0100XX1111-11011-001110XHLOD1图2·5 74LS148芯片逻辑引脚图0 7端位输出端(低电平)有效;EI的选通输入端(低电平)有效

39、;A0,A1,A2三个二进制代码输出信号,即编码输出有效(低级别);GS端传播作为一段代码输出端(低电平)有效;E0门输出端。行74 ls148很高优先编码器。第八条电缆(0 7)3线的二进制编码,编码数据的优先级最高。可以使用门端门(EI)和输出端(EO)八进制可以扩展。74LS148芯片的输出的逻辑方程为： A2=I4+I5+I6+I7×IE（2·1）A1=(I2I4I5+I3I4I5+I6+I7)×IE （2·2）A0=(I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)×IE （2·3）表2·2 74LS148芯片真值

40、表输出输入E101234567A2A1A0GSEO1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X01111111100100111111111101（X表示任意电平；1表示高电平；0表示低电平）74LS148芯片工作电压为4.75V5.25V；输入电压最小值为2V；0 70的工作环境。74 ls148是八线到3线有限的编码器。编码器有8信号输入,三个二进制代码输出。此外,该电路也配备了EI输入可以结束,可以使输出状

41、态标志GS EO和优先级编码工作。开始工作时,EI = 0,编码器;EI = 1时,8个输入端,无论什么样的状态,三个输出是高水平,和首选标准,允许输出端都是高水平,编码器在非工作状态。这种情况被称为低电平有效,和输出低电平有效。如EI = 0,和至少一个输入终端代码请求信号逻辑(0),优先编码器工作状态标志GS为0。在工作条件表明,编码器,否则1的工作状态识别。根据此真值表，使用74 ls148 2 8针作为输入信号。输入D0 1针接地。9针,10销,销11的数据输出。2.2.3 仿真结果当输入基准电压VREF=15V时：CC1 C7,比较器的输出,D1和D2 D0数字输出。输出为1,表示二

42、极管,输出是0,二极管不发光。图265 电压比较器的电压输出表2.3 3位并行比较型AD转换电路的输入输出结果对照模拟输入C1C2C3C4C5C6C7D1D2D31.2V00000000002.6V00000010014.7V00000110106.6V00001110118.7V00011111009.3V001111110112.4V011111111014.0V1111111111并行比较型AD转换电路由分压器、比较器、寄存器和优先编码器组成。VREF为电路的基准电压。本电路取基准电压VREF=15V。V1为输入的模拟信号，其电压值的取值范围是0VVREF，即015V。D2、D1、D0为

43、输出的3位二进制代码，CP为时钟控制信号。电阻分压器利用7个阻值为1K和1个阻值为0.5K串联起来对基准电压VREF进行分压，得到11 v,13 v7多电压3 v,1 v,把它们放在反相七比较器的输入。每个比较器的输入模拟电压阶段,而七电压。寄存器包含七个边缘D触发器、时钟控制信号时触发CP上升。74年注册优先编码器的输出信号ls148代码。编码器的输出三个二进制代码。因此在三个输出端接入三个发光二极管，当编码器输出为1时，二极管发光；当编码器输出为0时，二极管不发光。第3章 逐次渐进型AD转换电路第3.1节 逐次渐进型AD转换电路简介3.1.1 电路结构图3.1 逐次渐进型AD转换电路结构逐

44、次渐进型AD转换电路主要由逻辑控制电路、逐次逼近寄存器、电压比较器、数模转换器、时钟脉冲电路和数字输出电路组成。数据寄存器由5个D触发器构成。3.1.2 电路原理逐次渐进型AD转换电路是一种直接型AD转换电路。类似于天平称量其转换原则。平衡是称重的过程中,从开始尝试把最重的重量较重的物体。如果对象比体重更重要,重量保留。如果物体光和体重,然后移除权重。加上第二个的重量重复上述过程。以此类推，直到质量最小的砝码。最重，留下砝码的总重量就是被称量物体的总重量。仿照着这一个原理，连续增量型AD转换电路不同的参考电压从大到小,连续与输入模拟电压相比,数字量的转换的逐次逼近输入模拟。第3.2节 逐次渐进

45、型AD转换电路仿真3.2.1 仿真电路图图3·2 4位逐次比较型AD转换电路仿真电路图3.2.2 使用元器件比较器：LM393×1数据寄存器：74LS74×3反相器：7404N×1与门：74LS08×1模数转换器：VDAC8×18位双向移位寄存器：74198×1发光二极管：LED_RED×4图3·3 LM393芯片逻辑图LLM393双电压比较器集成电路。输出负载阻抗可以加入任何允许的电压范围内的电源电压。不限制终端电压值。芯片是高增益、宽带设备,像大多数比较器,如果输出输入很容易产生寄生电容和耦合。都需要

46、注意比较器不能使用别针。都需要注意比较器不能使用别针。图3·4 7404N芯片逻辑管脚图该芯片内部含有6组反相器。14管脚接电源，7管脚接地。电源电压为7V。A1输入高电平时，Y1输出低电平；A1输入低电平时，Y1输出高电平。其它五组反相器功能与之相同。图3·5 74LS08芯片内部逻辑图4LS08芯片内部为4组2输入与门。14管脚接电源，7管脚接地。当同一组中，两个输入端都为高电平时，输出为高电平。当两个输入都为低电平或者仅有一个输入为高电平时，输出为低电平。其他三组工作状态与之相同。图3·6 74198内部逻辑图74198是高速8位并行输入输出移位寄存器。该芯

47、片有四种模式，分别为保持、左移、右移和数据加载。每种模式由两个功能选择输入端控制。分别为S0和S1。当至少一个使能端为高电平时，八个输入、输出为高阻抗状态。而顺序操作和清除寄存器不受影响。74198的清除功能是异步的，并且所有的输入端都有防静电放电和瞬态过电压保护功能。表3·2 74198芯片真值表模式输入输入输出输出CLEAR功能选择输出控制CLOCK串行输入输出AQAHQHQA'QH'S1S0G1G2SLSRZ011XXXXXZZ00CLEAR00X00XXX00000X000XXX0000保持 10000XXXQA0QH0QA0QH0右移10100X11QGn1

48、QGn10100X0QBn1QBn1左移110001XQBn0QBn1110000XQBnLQBnQGn数据加载111XXXXahaH（X为任意电平；Z为高阻抗；a和h表示输入A和H的稳态电平；QNn和QGn为指示最近一次激活转换之前的QN或QG的级别。）74198芯片的1管脚和19管脚为模式选择输入端；2管脚和3管脚为三态输出（低电平有效）；7、13、6、14、5、14、16管脚为并行数据输入。8管脚和17管脚为串行输入（标准输出）；9管脚为异步主复位输入（低电平有效）；20针电源输入销和10、20针连接5 v电压,10针接地;12针时钟脉冲输入;销11和18针分别为串行数据右移输入和串行数

49、据输入左移。3.2.3仿真结果图3·7 启动脉冲生成电路图3·8启动脉冲生成结果启动脉冲生成电路由一个5V,1kHz时钟电压源和一个常开式按钮开关构成，当按下此开关时，输出端输出一个启动脉冲。输入基准电压VREF为8V，时钟脉冲接入100KHz的方波。表3·2 4位逐次渐进型AD转换电路的输入输出对照模拟信号D3D2D1D0表示电压误差7.2V11107V2.78%6.6V11016.5V1.51%5.3V10105V5.66%4.6V10014.5V2.17%3.5V01113.5V0%2.1V01002V4.76%1.0V00101V0%4位逐次渐进型AD转换

50、电路的工作过程如下：启动脉冲到来后，电路开始工作。首先启动脉冲先将由5个D触发器构成的数据寄存器清零，并使U9A的Q端输出为1。在开始脉冲和时钟脉冲的作用,U8A开门。时钟脉冲CP到移位寄存器。第一个时钟脉冲的作用下CP,移位寄存器设置= 01111。被置QAQBQCQDQE=01111。低水平的最高水平的数据寄存器1,即Q4Q3Q2Q1为1000。数模转换器1000对应的模拟电压与被测模拟电压比较器的比较。测电压大于数字量所对应的模拟电压时，比较器输出为1，当被测电压小于数字量所对应的电压时，比较器的输出是零。比较器的结果发送给数据寄存器的输出D3。当第二个时钟脉冲到来时,认为寄存器设置为1

51、时,同时高到低。第三季度改变了从0到1,这个正跳变作为作为有效触发信号加到U5E的C1管脚，是第一次保存的结果存在Q4中。此时其他触发器无脉冲跳变，因此状态保持不变。此时，Q4Q3Q2Q1为1100。DA转换器再将1100所对应的模拟电压与被测电压相比较。此过程经历四次，则可以得到四个比较结果，即为此电路输出的数字信号。第4章 双积分型AD转换电路第4.1节 双积分型AD转换电路简介4.1.1 电路结构图4·1 双积分型AD转换电路结构二重积分AD转换电路主要由标准的电源、计数器、时钟控制电路、比较器和积分器的零。N二重积分AD转换电路使用一个计数器。N计数器由JK触发器，N位双积分

52、型AD转换电路使用N位计数器。4.1.2 电路原理双积分型AD转换电路的重要思想是两次积分。第一次积分是输入的模拟信号向电容C充电，充电的时间对应的时钟脉冲的个数与电压值成正比。第一次积分也叫正向积分。当第一次积分结束后，逻辑控制单元将将模拟开关切换到标准电压源，由于标准电压源与输入的模拟信号极性相反，因此，电容器开始放电。同样，放电过程对应的时钟脉冲的个数反应了放电过程的时间。这就是第二次积分，也叫反向积分。当电容器放电结束后比较器输出信号是计数器停止工作。计数器的计数反映了输入模拟电压的大小。第4.2节 双积分型AD转换电路仿真4.2.1 仿真电路图图4·2 双积分型AD转换电路

53、仿真电路图4.2.2 所用元器件电阻:1K×1集成运算放大器：3288RT×2电容：1F×1JK触发器：JK_FF_NEGSR×4与门：ADN2×14.2.3 仿真结果结 论AD转换电路是信息系统中至关重要的组成部分。它广泛应用于通信、测量等各种数字信号处理系统中。抽样、保持、量化以及编码共同组成了整个AD转换的所有过程抽样和保持两个过程在专门的抽样保持电路中完成。经过抽样保持后，输入的连续的模拟信号变为离散的模拟信号。因此真正做到模数转换的过程是在AD转换电路中完成的。对离散的模拟信号的量化和编码有许多不同的方法，依照不同的方法和原理，AD转换电路的形式也是多种多样的。本文主要研究了并行比较型、逐次渐进型和双积分型三种AD转换电路的基本原理，并通过Multisim对这三种不同原理的AD转换电路的仿真，实现了对模拟信号的量化、编码的过程。通过对三种AD转换电路的工作过程和结果的分析可以得到以下结论：1. 并行比较型AD转换电路是一种直接的AD转换电路。它通过将模拟电压与基准电压产生的各阶电压值相比较从而得到模拟量的大小。进而通过编码器将模拟量用数字代码表示。通过对比AD转换电路的数据信号，再输入模拟电压的终端信号，也就能够求出比较器的数据值。加入没有考量到各个元器件的延迟值，输入的模拟信号和输出的数字