双积分模数转换电路的设计优秀课件

双积分模数转换电路的设计第1页，共27页，2023年，2月20日，星期三双积分A/D转换电路的设计应用背景：3位半电压表

技术指标：

测量电压范围：0~2V

测量精度：1mV

转换速率：50msor20ms

显示方式：LED数码管显示大型应用性电路设计与调试第2页，共27页，2023年，2月20日，星期三课程内容双积分A/D转换原理

V-T转换原理时间刻度细分原理三个控制开关设计原理数码显示原理系统主要参数计算实验安排及实验报告要求第3页，共27页，2023年，2月20日，星期三A/D转换的方法和种类双积分法--------电压的充电和放电

（与运放的频带宽度有关）（三位半数字电压表）逐次比较法-----每次与减一半的电压比较

（与转换精度有关，8位需比较9次）（0800D/A转化器、全加器和逻辑组合电路实现）量化反馈法-----量化后的电压反馈回输入端再进行比较

（速率比逐次比较快一些）（几个电压比较）并行法-----------同时一次性与不同的电压比较

（速率最高，一个时钟脉冲）（多个电压比较）第4页，共27页，2023年，2月20日，星期三设计目的不过分注重设计结果，而是注重设计过程通过实验电路的设计，加强光电仪器电子学系统的设计、调试能力。熟悉双积分A/D转换原理加强运放构成的积分电路的应用技术加强模拟电路和数字电路的混合应用技术锻炼科技写作能力（研究报告）第5页，共27页，2023年，2月20日，星期三双积分A/D转换原理

V-T转换原理时间刻度细分原理三个控制开关设计原理数码显示原理第6页，共27页，2023年，2月20日，星期三V-T转换原理

电压（V）用时间（T）来度量时间测量电路在数字电路中易于实现实现方法：双积分原理第7页，共27页，2023年，2月20日，星期三积分电路若分时段施加不同电压：第8页，共27页，2023年，2月20日，星期三双积分电路一次积分（充电过程）T=t1-t0Vi为被测电压

（恒定电压）二次积分（放电过程）Ti=ti-t1VR为基准电压（恒定电压）令V0初为零；若t=ti时刻，V0末也为零时，则Vi电压为正，VR必须为负；第9页，共27页，2023年，2月20日，星期三双积分电路斜率是可变的当积分过程结束时，Vi越大V0越负采样过程斜率是固定的当V0末为零时，Ti为对应的过零时刻测量过程Vi越大，过零的时间越长若基准电压VR为负电压采样时间T恒定则只要测出Ti（用数字表示）的大小，就可知被测电压Vi第10页，共27页，2023年，2月20日，星期三双积分输出电压随时间变化的关系曲线清零阶段（K3）采样阶段（K1）测量阶段（K2）设：K1:K2:K3=1:2:1重复测量时间=50msK1=12.5msK2=25msK3=12.5ms第11页，共27页，2023年，2月20日，星期三双积分电路原理跟随器积分电路比较器模拟开关第12页，共27页，2023年，2月20日，星期三双积分转换电路各点波形关键技术：时间刻度细分原理三个模拟开关设计原理第13页，共27页，2023年，2月20日，星期三关键技术1：时间刻度细分原理其中，TS为计时周期；时钟电路

n为采样时间内的时钟脉冲个数；n进制计数器

ni为测量时间内的脉冲个数；数据锁存器

VR为基准电压-2V

Vi为被测电压0~2V第14页，共27页，2023年，2月20日，星期三测量显示时间计数器原理框图第15页，共27页，2023年，2月20日，星期三关键技术2：三个模拟开关设计原理

--------开关控制脉冲的产生利用两类门电路组合逻辑实现第16页，共27页，2023年，2月20日，星期三三个模拟开关设计原理

--------4066模拟开关4066有四个模拟开关VDD–VSS=15V，工作在双电源，则最大为±7.5V若VDD和VSS分别为±5V，则不需要电平提升电路第17页，共27页，2023年，2月20日，星期三开关控制脉冲发生器原理第18页，共27页，2023年，2月20日，星期三四张电路原理框图基准电压宽脉冲变窄脉冲第19页，共27页，2023年，2月20日，星期三第20页，共27页，2023年，2月20日，星期三系统主要参数计算

系统主频CP

基准电压VR第21页，共27页，2023年，2月20日，星期三系统主频CP（4MHz）系统主频与设计指标的关系：（1）被测电压的最小分辨率---------1mV（定计数值）

（2）被测电压的最大值---------------2V（定参考电压）

（3）转换速率------------------------50ms（定周期）根据公式：其中，T=12.5ms、n=2000、TS=6.25μs，fS=160KHz。采用4MHz的时钟（石英晶体）经25分频得160KHz。第22页，共27页，2023年，2月20日，星期三基准电压VR（–2V）当n=2000、ni=2000时，Vi=–VR

由此可设想，当VR不等于–2V时，ni=2000，也不再代表Vi=2V。结论：基准电压的基准值和稳定性十分重要第23页，共27页，2023年，2月20日，星期三实验要求-两周完成整理出完成电路原理图计数（计时）电路调试（2000进制计数器）控制开关脉冲调试与测量测量电压与参考电压的调试双积分电路的调试显示电路的调试（仅连接BCD码即可）测量误差分析（测量多组待测电压）第24页，共27页，2023年，2月20日，星期三实验报告要求格式要求:四人共同完成一份报告，分工明确，电子打印，封面与装订。内容要求：设计目的设计指标成员分工基本原理设计步骤装调与测试过程系统改进与评价实验收获与体会对本课程的建议第25页，共27页，2023年，2月20日，星期三第26页，共27页，2023年，2月20日，星期三积分时间常数RC（12.5ms）充电过程：放电过程：由于Vi的最大电压为2V，运放的输出饱和电压与电源电压有关