课程设计AD转换器设计

1、.电子信息工程专业基础课程设计研究报告AD转换器设计学生姓名：王欢学生学号： 20094075XXX指导教师：赵肖宇所在学院：信息技术学院专业班级：电子信息工程1 班中国大 庆2012 年 12 月.目录1设计任务要求 .12方案设计与比较 .12.1总体设计框图 .12.2各框图的功能和可选电路及特点 .13单元电路设计 .23.1模拟电压产生电路 .23.2输出电路 .23.3555 信号发生器 .33.4555 信号清零 .43.574LS00.43.6计数器电路 .53.7 DA 转换器 DAC0832 .53.8LM324 比较器 .74元件选择 .75整体电路 .86电路工作原理

2、.97困难问题及解决措施 .98总结与体会 .99致谢.1010 参考文献 .11.1 设计任务要求电源5V；输出数字量 8 位；误差 1LSB；带转换开始控制；输入直流电压 0-2.5V ；主要单元电路和元器件参数选择；用绘图软件画出总体电路图；应用仿真软件仿真；2 方案设计与比较2.1 总体设计框图上图为 8 位为计数式 8 位 A/D 转换器的总体设计框图。 该八位 AD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 3 ） DA 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1）模拟电压产生电路：在电位

3、器上产生0 2.5V 的待转换电压。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 Vx Vy ，则比较器输出为高电平，反之为低电平。.3）DA转换电路：将数字量转化为模拟量，可以选用DAC0832，输出为电流量，需转化成模拟电压量才可以与待转换电压Vx 比较。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 构成的多谐振荡器。5）控制电路：可选电路为74LS00，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 , 555 构成的多谐振荡器

4、输出上升沿时, 加计数器开始计数。6）计数电路：进行加记数，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。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 单元电路设计3.1 模拟电压产生电路将 1K 电阻与 1K 电位器相连，电阻一段接 +5V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 02.5V 。3.2 输出电路将 Q7 Q0分别接 330的电阻和发光二极管，构成D7 D0的输出电路。.3.3 555 信号发生器555 定时器它是一种时基电路，它是一种应用极为广泛的中规

5、模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。由于 555 内部的比较器灵敏度较高 , 而且采用差分电路方式 , 他的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。由 555 定时器和外接元件RA，RB，C构成多谐振荡器，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向电容 C充电，充电到两端电压为 2/3 的 Vcc 时，触发器复位， Vo为低电平，电容 C473通过 RB向放电端 7 端放电，当两端电压下降到 1/3 的 Vcc 时，触发器又被复位

6、， Vo 翻转为高电平。电容 C在（ 1/3 ） Vcc 和（ 2/3 ）Vcc 之间充电和放电，从而使信号发生器产生方波信号。.充电时间为 0.7 （ R1+R2） C=0.7（ 10103 +10103） 4700010-12 =6.58 10-4 s，放电时间为 0.7 R2 C=0.710103 4700010-12 =3.29 10-4 s，周期 T=6.5810-4 +3.2910-4 s=9.87 10-4 s3.4 555 信号清零数据显示时间为 0.7 （ R1+R2）C=0.7（ 33 103+330）4710-6 =1.097s ，放电时间为 0.7 R2C=0.7330

7、4710-6 =10.86ms，周期 T=1.1s 。3.5 74LS00输入方波信号， 10 端接 LM324的输出端产生的方波， 9 端接比较器输出的电压，8 端为输出的信号接入计数器电路。与逻辑真值表ABL=A&B000010100111.3.6 计数器电路控制电路是由两个74LS161计数器构成的 ,74LS161 正常工作时由 0000 开始计数，现在外接了与非门，同步预置数计数过程从0001 开始。74LS161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， A D是输入端。最高位是 Q3；CO是进位信号输出端； D0D

8、3 为预置数并行输入端； CTT和 CTP是工作状态控制端。 74LS161具有计数、预置、保持、清零等功能。3.7 DA 转换器 DAC0832D/A 转换器的结构有很多种，分为电压定标、电荷定标、电流定标等。不同结构的D/A转换器在性能上是有差异的。单纯采用一种定标方式，需要有很高的匹配精度，否则很难实现高精度转换。我们采用集成块DAC0832。.DAC0832是一个 8 位 D/A 转换器。单电源供电，从 +5V+15V均可正常工作，基准电压范围为 10V，电流建立时间为 1s，CMOS工艺，低功耗 20mW。DAC0832转换器芯片为20 引脚，双列直插式封装，能完成数字量输入到模拟量

9、( 电流 )输出的转换。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 1 时，输入寄存器的输出随输入而变化。此后，当（ WR1）由低电平变高时，控制信号成为低电平，数据被锁存到输入寄存器中，此时输入寄存器的输出端不再随外部数据的变化而变化。使用时，数据输入可以采用两级锁存 ( 双锁存 ) 形式，或单级锁存 ( 一级锁存，一级直通 ) 形式，或直接输入( 两级直通 ) 形式。

10、3 个门电路组成寄存器输出控制逻辑电路，该逻辑电路的功能是进行数据锁存控制。DAC0832的引脚功能说明如下：ILE：输入寄存器允许，高电平有效。D0D7：数字信号输入端。CS：片选信号，低电平有效。WR1：写信号 1，低电平有效。XFER：传送控制信号，低电平有效。WR2：写信号 2，低电平有效。Iout1,Iout2：DAC电流输出端。.Rfb: 反馈电阻，是集成在片内的外接运放的反馈电阻。Vref: 基准电压（ -10 +10）V。Vcc: 电源电压 (+5 +15)V。AGND:模拟地。NGND:数字地。3.8 LM324 比较器LM324是四运放集成电路， 它采用 14 脚双列直插塑

11、料封装， 外形如下图所示。 它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。每一组运算放大器可用图 (a) 所示的符号来表示，它有 5 个引出脚，其中“ +”、“ - ”为两个信号输入端，“V+”、“ V- ”为正、负电源端，“ Vo”为输出端。两个信号输入端中， Vi- （- ）为反相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的位相反； Vi+ （+）为同相输入端，表示运放输出端 Vo 的信号与该输入端的相位相同。当去掉运放的反馈电阻时, 或者说反馈电阻趋于无穷大时 , 即开环状态 , 理论上运放的开环放大倍数为无穷大，此时运放形成一个电压比较器，其输出如不是高

12、电平（ V+），就是低电平（ V-或接地）。当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。4 元件选择元件名称元件数量10K 电阻21K 电阻11K 电位器133K 电阻9.发光二极管8C473电容147u 电容1集成块 LM3241集成块 5552集成块 74LS1612集成块 74LS0018 位 D/A 转换器 DAC0832120 针插座116 针插座214 针插座28 针插座2通用板15 整体电路计数式八位 AD 转换器设计原理图.6 电路工作原理计数式 8 位 A/D 转换器设计的思路是：先由 555 定时器构成的多谐振荡器产生方波信号，输入由控制芯片 74LS00 构成的与非

13、门， 再把 74LS00 的输出信号输入到由两片74161 构成的计数器 ,74161 的输出信号经 DAC0832数模转换器后 , 输出的信号经 LM324构成的比较器与待转换电压进行比较 , 最后结果由 Q7， Q6，Q5， Q4，Q3，Q2， Q1，Q0输出。7 困难问题及解决措施在此次设计中我们遇到了不少的问题，但是经过我们的不懈努力，查找资料，最终都找到了解决的办法。1. 如何选择高速模数转换之前的信号调理器件； 如何解决多路模数转换的同步题目？ADC之前的信号调理， 最根本的原则就是信号调理引起的噪声和误差要在ADC的 1 个 LSB之内。根据这个目的，可以需要选择指标合适的运放。

14、至于多路ADC同步的题目，一般在高速 ADC的数据手册中都会有一章来先容多片同步题目，你可以看一下里面的先容。2. 在挑选 ADC时如何确定内部噪声这个参数 ?一般 ADC都有信噪比 SNR或者信纳比 SINAD这个参数， SINAD=6.02*有效位数 +1.76, 您可以根据专业这个公式来确定您选择的ADC能否符合您的要求 .3. 如何对流水线结构 ADC进行校准？需要校准哪些参数？一般来讲， ADC的 offset和 gain error会比较轻易校准。只要外接0V 和 full scale进行采样，然后得到校准系数。另外，假如需要作温度补偿的话，一般需要加一个温度传感器，然后利用查表的

15、方式来补偿。4. 对 ADC和 DAC四周的布线有哪些建议？ADC和 DAC属于模拟数字混合型器件，在布局布线时最重要的是要留意地分割，即模拟地和数字地的处理题目。对于高采样率的器件，建议使用一块地。而低采样率的器件，建议模拟数字地分开，最后在芯片下方连接在一起。8 总结与体会此次课程设计虽然只有短短三周，但是，在这三周我学到的东西比一年的收获还要大。通过此次 AD转化器的设计，我们掌握了计数式8位 A/D 转换器的设计原理，了解了555定时.器、 74LS00、 74161、DAC0832及 LM324等元器件的使用。使我更加扎实的掌握了有关数字电子技术、单片机方面的知识， 在设计过程中虽然

16、遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和pcb 连接图，和芯片上的选择。我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。在制作pcb 时，发现细心耐心，恒心一定要有才能做好事情，首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单

17、，兼顾到方方面面去考虑是很需要的，否则只是一纸空话。在画好原理图后的做pcb 版时，由于项目组成员对单面板的不熟悉，导致布线后元件出现在另一边，增加了布线难度，也产生很多不曾注意的问题，今后要牢记这个教训，使以后布线更加顺利。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个课程设计对我们的作用是非常大的。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的

18、，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!9 致谢这次课程设计终于顺利完成了， 在设计中遇到了各种各样的困难，在老师的辛勤指导下，.在同学们的帮助下，终于得以解决。没有他们的帮助，我是难以完成这次设计。因此，在这里，我要首先感谢信息院电子系给了我这次独立动手的机会，使我不断的完善自己；