位逐次渐进式AD转换器设计

1、XXX 大学课程设计资料归档名 称 逐次渐进式A/D转换器设计 院 部 机械工程学院 班 级 机电11-2BF 指导教师 XXX 审 核 材 料 目 录序号名称数量备注1课程设计计划12课程设计任务书13课程设计管理材料14课程设计总结1组长：XXX组员：XXX、XXXXXX 大学电子技术课程设计任务书设计题目： 逐次渐进式A/D转换器设计 院 部： 机械学院 专 业： 机械电子工程 学生姓名: XXX 学 号: XXXXXXXXXXX 起迄日期: 2013 年 12月30日 2014 年1月5日 指导教师: XXX 教研室主任： 目录一、 设计目的二、 设计要求三、 元器件列表四、 设计内容

2、1、 总体设计2、 工作原理3、 电路图与仿真运行现象4、 各部分电路设计五、 设计过程中遇到的问题以及解决过程六、 电路参数七、 设计总结八、 参考文献8位逐次渐近式A/D转换器的设计一、 设计目的：1、培养学生理论联系实际的正确设计思想，严谨治学的态度，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

3、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，根据逐次渐进式原理设计一个8位的A/D转换器。二、 设计要求：1、能够将05V的直流信号转换为8位二进制数。2、要求转换误差小于0.1V。3、设置一启动键，按下启动键开始转换。4、设置一个指示灯，显示转换完毕。三、 元器件列表编号器件型号数量1D触发器2028位D/A转换器DAC083213发光二极管114通用电路板150.47uF电容160.01uF电容17集成块55518200定植电阻119与门210与非门111TL0822125.1K定植电阻2四、 设计内容4.1总体设计（1）总框架图图4.1.1 计数式8位A/D转换器的总体

4、设计框图 图2：8位逐次比较型A/D转换器波形图4.2工作原理：逐次逼近转换过程和用天平称物重非常相似。天平称重物过程是，从最重的砝码开始试放，与被称物体行进比较，若物体重于砝码，则该砝码保留，否则移去。再加上第二个次重砝码，由物体的重量是否大于砝码的重量决定第二个砝码是留下还是移去。照此一直加到最小一个砝码为止。将所有留下的砝码重量相加，就得此物体的重量。仿照这一思路，逐次比较型A/D转换器，就是将输入模拟信号与不同的参考电压作多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量对应值。 对图1的电路，它由启动脉冲启动后，在第一个时钟脉冲作用下，控制电路使时序产生器的最高位置1，其他位置0

5、，其输出经数据寄存器将10000，送入D/A转换器。输入电压首先与D/A器输出电压（VREF/2）相比较，如v1VREF/2，比较器输出为1，若vI< VREF/2，则为0。比较结果存于数据寄存器的Dn-1位。然后在第二个CP作用下，移位寄存器的次高位置1，其他低位置0。如最高位已 存1，则此时 vO'=（3/4）VREF。于是v1再与（3/4）VREF相比较，如v1（3/4）VREF，则次高位Dn-2存1，否则Dn-2=0；如最高位为0，则vO'=VREF/4，与vO'比较，如v1VREF/4，则 Dn-2位存1，否则存0。以此类推

6、，逐次比较得到输出数字量。为了进一步理解逐次比较A/D转换器的工作原理及转换过程。下面用实例加以说明设图1电路为8位A/D转换器，输入模拟量vA=6.84V，D/A转换器基准电压VREF=10V。 根据逐次比较D/A转换器的工作原理，可画出在转换过程中CP、启动脉冲、D7D0及D/A转换器输出电压图2所示。 由图2可见，当启动脉冲低电平到来后转换开始，在第一个CP作用下，数据寄存器将D7D0=10000000送入D/A转换器，其输出电压 v0'=5V，vA与v0'比较，vA>v0'存1；第二个CP到来时，寄存器输出D7D0=11000000，v0'

7、;为7.5V，vA再与7.5V比较，因vA<7.5V，所以D6存0；输入第三个CP时，D7D0=10100000，v0'=6.25V；vA再与v0'比较，如此重复比较下去，经8个时钟周期，转换结束。由图中v0'的波形可见，在逐次比较过程中，与输出数字量对应的模拟电压v0'逐渐逼近vA值，最后得到A/D转换器转换结果D7D0为10101111。该数字量所对应的模拟电压为6.8359375V，与实际输入的模拟电压6.84V的相对误差仅为0.06%。4.3电路图与仿真运行现象 （1）本次课程设计电路图由Proteus软件进行仿真设计与运行，电路总图如下； （2）

8、电路图左下角的脉冲指示灯（红色）、运行指示灯（黄色）、停止指示灯（绿色），电路工作时，脉冲指示灯闪烁，表示有脉冲，闪烁频率=脉冲频率，运行指示灯一直亮着，表示电路正在运行，电路转换完成时，只有停止指示灯亮，表示电路已经准换完成； （3）电路图右上角LED指示灯D7、D6D1、D0，分别代表5/2V、5/4V、 5/256V电压，电路转换完成后，将其中亮着的灯所代表的数值相加，便得到输入的模拟电压的数字量；（4）转换过程是从最高位（D7）逐步向低位进行的，通过调节555集成电路的外接电阻，可以得到不同的工作频率，这里采用5.1K电阻，所得频率为500Hz，若想看清转换过程，可将频率调为1Hz。

9、图4.2总体电路设计图4.4各部分电路设计（1） 555信号发生器 信号发生器原理图如下图所示，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C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在和之间充电和放电其波形如下图所示图4.3.1(a) 充电和放电波形 图4.3.1(b) 555信号发生器多谐振荡器的振荡频率为：多谐振荡器的振荡周期：（2） D/A转换器DAC0832DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片电

10、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的逻辑框图及引脚排列。图4.3.4 DAC0832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1s，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：从左图中可见，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

11、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： CS：片选信号，低电平有效。 ILE：输入寄存器有效，高电平有效。 WR1：写信号1，低电平有效；WR2：写信号2，低电平有效。 XFER：传送

12、控制信号，低电平有效，用来控制WR2。 D0D7：8位的数据输入端，D7为最高位。 IOUT1：DAC电流输出端1；IOUT2：DAC电流输出端2。 RFB：反馈电阻引出端，DAC0832内部已经有反馈电阻，所以 RFB端可以直接接到外部运算放大器的输出端，这样相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输出端和输入端之间。 VREF：基准电压，VREF范围为（-10+10）V。 Vcc：电源电压，范围为(+515)V。 AGND：模拟量地，即模拟电路接地端；DGND：数字量地。（3） TL082 TL082由两个运放组成，其中一个可以用来将DAC0832的输出电流转换成对应的电压，另一个则用做比较器

13、。                  五、设计过程中遇到的问题以及解决过程问题1：确定启动脉冲与工作脉冲的频率关系解决过程：经过对电路工作原理的分析，认为工作脉冲开始工作时，移位寄存器应事先已经置好数，而工作脉冲开始工作则是启动脉冲的上升沿控制，所以启动脉冲上升时间必须极短，且启动脉冲的脉冲频率不能小于工作脉冲1/8；问题2：控制工作脉冲进入工作电路的与门输出端总是低电位解决过程：通过分析，发现实际电路图的FF19的R端与原理

14、图的FF19的R端初始电位不一样，实际为100000001，而应该是000000001，于是又接了一个D触发器FF20，用FF20的输出Q作为FF19的触发信号C，用FF19的输出Q控制工作脉冲的通断。问题3：DAC0832D/A转换器的输出电流经过TL082转换出来的比较电压不变解决过程：通过分析，认为连线没有问题，换用其它的运放器件，问题依然存在，于是将目标放在DAC0832上，经测试，其输出电流有变化，但强度太小，只有0.00013A0.00018A，经过分析，发现是内置电源有差错。六、电路参数测量范围： 0V 5V精度：5/256 = 0.01953V电路保护电压：-15V +15V启

15、动脉冲： 性质：单脉冲 脉冲宽度 500ms （可调） 工作脉冲： 性质：连续脉冲 脉冲频率 1s （可调）七、设计总结这次对计数式8位A/D转换器的设计与制作，使我对电路设计的方法、原理与设计理念有了一定的掌握，更深层次的了解了555定时器、TL082、DAC0832等元器件的使用，对电路的总体设计及各单元的设计等有了进一步的理解和掌握。 为了使设计更加合理，必须充分做好设计前的准备工作，原理图时要仔细标明元器件的引脚及其他接口，学习Proteus软件也是很有收获的，感觉这个软件很强大。在整个设计过程中碰到不少的错误，从中吸取到的经验是难能可贵的，我将从错误中不断完善课程设计，尽自己的能力将设计做到完美。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且是对自己能力的一种提高。这次课程设计使我明白了原来自己的知识还比较欠缺。要学习的东西还太多，以前总是觉得自己什么都会，有点眼高手低。通过这次课程设计，我才明白仅仅掌握理论知识是远远不够的，课程设计帮助我将理论与实践相结合，使我进一步巩固了理论知识，提高了我分析问题、解决问题的能力。 知识必须通过应用才能实现其价值。这次课程设计，拓宽了我的知识面，锻炼了我的动手能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难。同时我的综合素质得到较大提高，培养了我独立工作的能力，相信会对今后的学