AD与DA转换电路设计说明书

1、中北大学课程设计说明书学生 XX:XXX 学号：XXXXXXXXXX学 院：电子与计算机科学技术学院专业：微电子学题目：A/D与D/A转换电路设计指导教师：XXX2021年12月31日目录1、课程设计目的22、课程设计内容和要求1.1、 设计内容22. 2、设计内容23、设计方案2.1、 设计思路23. 2、总体设计框图23.1、 工作原理33.2、 硬件电路原理图93.3、 PCB幅员设计114、课程设计总结125、参考文献word 版1、课程设计目的掌握电子电路的一般设计方法和设计流程； 学习使用PROTEL软件绘制电路原理图及印刷板图；掌握应用EWB对所设冲的电路进展仿真，通过仿真结果验

2、证设计的正确性。2 .设计内容和要求查阅熟悉相关芯片资料； 输入正弦波通过A/D转换，把产生的数字信号通过LED数码管显示； 使该数字信号再通过D/A转换；通过仿真比较输入的正弦波和输出的模拟信号；利用PROTEL绘制原理图电路和印刷板图，并利用EWB软件仿真。3总体设计方案3 . 1A/D与D/A转换电路设计方案设计一个A/D与D/A转换电路，可以用单片机做主控制器，采集正弦波， 通过ADC转换器进展数字信号转换，利用单片机主控制器进展数据处理，通过 LED数码管显示数字信号，将转换的数字信号通过DAC转换器实现数模转换。将 输入的正弦波于最后转换输出的模拟信号进展比较，进而到达实现A/D与

3、D/A 转换电路设计。图1总体设“方框图A/D与D/A转换电路设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机 AT89C51,数字信号转换采用芯片ADC0809,模拟信号转换采用芯片DAC0832, 使用LED数码管显示数字信号。单片机AT89c51具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口 就能满足电路系统的设计需要，很适合便携手持式产品的设汁使用系统可用二节 电池供电。ADC0809有三个主要组成局部：256个电阻组成的电阻阶梯及树状开关、逐 次比较存放器SAR和比较器。电阻阶梯和树状开关是ADC0809的一个特点。另一 个不特点是，它含有一个8通道单端信号模拟开关和一个地址译码器

4、。地址译码 器选择8个模拟信号之一送入ADC进展A/D转换，因此适用于数据采集系统。图2T 6 2 4 or 1 2 D p D D D V D图2为引脚图。各引脚功能如下：(1) INo是八路模拟输入信号；(2) ADDA、ADDB、ADDC为地址选择端；(3)"2-8为变换后的数据输出端；(4) START (6脚)是启动输入端。(5) ALE (22脚)是通道地址锁存输入端。当ALE上升沿到来时，地址锁 存器可对ADDA、ADDB、ADDC锁定。下一个ALE上升沿允许通道地址更新。实际 使用中，要求ADC开场转换之前地址就应锁存，所以通常将ALE和TART连在一 起，使用同一个

5、脉冲信号，上升沿锁存地址，下降沿那么启动转换。(6) 0E (9脚)为输出允许端，它控制ADC内部三态输出缓冲器。(7) EOC (7脚)是转换完毕信号，由ADC内部控制逻辑电路产生。当EOC二0 时表示转换正在进展，当EOC二1表示转换已经完毕。因此EOC可作为微机的中断 请求信号或查询信号。显然只有当E0O1以后，才可以让0E为高电平，这时读 出的数据才是正确的转换结果。显示电路显示电路采用8位共阳LED数码管，段选接POD,位选接P16P1.3,在AT89c51 的控制下，由ADC0809采集且转换为数字信号，由PO 口输出送液晶显示模块LED上显示。 数字信号通过芯片DAC0832进展

6、转换为模拟信号，通过示波器显示。DAC0832是用CMOS工艺制成的20只脚双列直插式单片八位D/A转换器。它 由八位输入存放器、八位DAC存放器和八位D/A转换器三大局部组成。它有两个 分别控制的数据存放器，可以实现两次缓冲，所以使用时有较大的灵活性，可根 据需要接成不同的工作方式。DAC0832芯片上各管脚的名称和功能说明如下：1.引脚功能DAC0832的逻辑功能框图和引脚图如图3所示。各引脚的功能说明如下:图3DAC0832的逻辑功能框图和引脚图CS：片选信号，输入低电平有效。ILE：输入锁存允许信号，输入高电平有效。两：输入存放器写信号，输入低电平有效。呵：DAC存放器写信号，输入低电

7、平有效。XFER,数据传送控制信号，输入低电平有效。DioDm 8位数据输入端,Dio为最低位,Dr?为最高位。Iouti ： DAC电流输出lo此输出信号一般作为运算放大器的一个差分输入信号 （通常接反相端）。IoUT2 : DAC 电流输出 2, Iouti + IoUT2 =常数。Rfb：反响电阻。Vref ：参考电压输入，可在+10V10V之间选择。Vcc：数字局部的电源输入端，可在+5V+15VX围内选取，+15V时为最正确工作 状态。AGND：模拟地。DGND：数字地。3.3工作原理及硬件框图A/D转换器是模拟系统和数字系统之间的接口电路，A/D转换器在进展转换 期间，要求输入的模

8、拟电压保持不变，但在A/D转换器中，因为输入的模拟信号 在时间上是连续的，而输出的数字信号是离散的，所以进展转换时只能在一系列 选定的瞬间对输入的模拟信号进展采样，然后再把这些采样值转化为输出的数字 量，一般来说，转换过程包括取样、保持、量化和编码四个步骤。A/D转换的一般步骤如下：（一）采样和保持采样（乂称抽样或取样）是对模拟信号进展周期性地获取样值的过程，即将 时间上连续变化的模拟信号转换为时间上离散、幅度上等于采样时间内模拟信号 大小的模拟信号，即转换为一系列等间隔的脉冲。为了不失真地用采样后的输出信号U。来表示输入模拟信号5，采样频率fs 必须满足：采样频率应不小于输入模拟信号最高频率

9、分量的两倍，即fs22fw, 其中,fw为输入信号山的上限频率（即最高次谐波分量的频率）。ADC把采样信号转换成数字信号需要一定的时间，所以在每次采样完毕后都 需要将这个断续的脉冲信号保持一定时间以便进展转换。（二）量化和编码输入的模拟信号经采样一保持电路后，得到的是阶梯形模拟信号，它们是连 续模拟信号在给定时刻上的瞬时值，但仍然不是数字信号。必须进一步将阶梯形 模拟信号的幅度等分成n级，并给每级规定一个基准电平值，然后将阶梯电平分 别归并到最邻近的基准电平上。这个过程称为量化。量化中采用的基准电平称为 量化电平，采样保持后未量化的电平s值与量化电平5值之差称为量化误差8 , 即3=5-5。量

10、化的方法一般有两种：只舍不入法和有舍有入法（或称四舍五入 法）。我们将用二进制数码来表示各个量化电平的过程称为编码。此时把每个样 值脉冲都转换成与它的幅度成正比的数字量，才算全部完成了模拟量到数字量的 转换。只舍不入的方法是：取最小量化单位八二口/才，其中上为模拟电压最大值, n为数字代码位数，将0之间的模拟电压归并到0,把2之间的模 拟电压归并到1-A,依此类推。这种方法产生的最大量化误差为八。比方，将 01/的模拟电压信号转换成三位二进制代码。有勿8,那么01勿8之间 的模拟电压归并到0,用000表示，1勿82勿8之间的模拟电压归并到1, 用001表示，依此类推直到将7勿81 P之间的模拟

11、电压归并到7,用in 表示，此时最大量化误差为1勿8。该方法一一简单易行，但量化误差比较大， 为了减小量化误差，通常采用另一种量化编码方法，即有舍有入法。有舍有入的方法是：取最小量化单位AYU/ （2心一1）,其中区仍为模拟电 压最大值，n为数字代码位数，将04/2之间的模拟电压归并到0A,把八 /234/2之间的模拟电压归并到1，依此类推。这种方法产生的最大 量化误差为4/2。用此法重做上例，将01/的模拟电压信号转换成三位二进制 代码。有A=215,那么将。1/15之间的模拟电压归并到0A,用000表 示，把1/153勿15以内的模拟电压归并到1A,用001表示，直到将 13勿151/之间

12、的模拟电压归并到7,用H1表示，很明显此时最大量化误 差为1/15。比上述只舍不入方法的最大量化误差1勿8明显减小了(减小了近一 半)。因而实际中广泛采用有舍有入的方法。当然，无论采用何种划分量化电平 的方法都不可防止地存在量化误差，量化级分的越多(即ADC的位数越多)，量 化误差就越小，但同时输出二进制数的位数就越多，要实现这种量化的电路将更 加复杂。因而在实际工作中，并不是量化级分的越多越好，而是根据实际要求，Ui(V)输入信息1二进制编码代表的模拟电平U1(V)输入信息1 二进制编码代表的模拟电平1r /o-Ill7 A =7/8V11 Q/1 CTil7A=14/15V7/8一A HO

13、6 A =6/8V13/1311/15 7106A = 12/15VO/os/« . 1015 A =5/8V1 i/，J9/15 -1015A=1O/15VO A /OA 1004 A =4/8V7/1 sTOO4 A =8/15 V4/dc zoOU3 A =3/8V/IDC/1 C -on3A=6/15V3/8-0102 A =2/8V3/ID3/15-0102A=4/15V2/o1 /O-0011 A=1/8V1/15 0011 A =2/15 V1/8”000A=0Vn)0000A=0V0 u合理地选择A/D转换器的位数。图4表示了两种不同的量化编码方法。(a)只舍不入法(

14、b)有舍有入法图4两种量化编码方法的比较设需要转换的n位的二进制数字量是dO, dl.dn，其大小可表示为：D= d0+ d 卜21 + d 2 22 + + dn-l*2n-l,DAC按照上式将二进制数的每一位转换成与其大小成正比的模拟量，然后相 加起来,就得到与该数字量大小成正比的模拟量。通常一个D/A变换器的一般式, 主要由电子开关，电阻网络和运放组成.如以下图所示：该电阻网络加有基准电源US,与权电阻配合产生各种规格的电压。U0是这 一系列二进制电压的迭加值，电压正是US量化的结果，U0的表达式为：UO =(dl+ d 221 + d 3 22+ + d n 2n-l) US从上式可看

15、出，输出的模拟电压U0的大小与数字量d成正比，从而实现了 从数字量到模拟量的变化。3. 41硬件电路原理图t，3HE7T-n.1)»>Q£TAX1 2 y602T.W 22T3 ，0 ，P8 ，皿X >a?1wP2CA« »>zv*« rzwurz.*upsam. Q.1MHpM/zr ,2?nr£EVEH. U PX4-C C-Q LUE*0*31.1« G。电路图3. 42电路仿真电路仿真图1»cky»a«<»<:FI仿真图23.5 PCB幅员PCB幅员1PCB幅员24、课程设计总结这是自己第一次做的课程设计，从查资料到完成设计整整花了两个星期。在 设计电路中遇到了很多自己不懂的知识，必须自己去查阅，去学习。特别是单片 机，以前没学过在这花费的时间比较多，单片机的软件语言还没学会，还需要自 己以后多加的学习。一开场本想用protel99se软件去做，但是后来发现有很多 器件在protel99se软件中都没找到，给自己设计电路带来了很多的不便，只能 改在proteus软件上去做。PCB幅员的制作要细心，耐心的去布线。从这次的课 程设计中，加强了自己独立思考和解决问题的能力，使我深刻的意识到，在以