AD计数式转换器设计

电子技术课程设计任务书课程名称：电子技术课程设计设计题目：AD转换器设计院系：机械学院专业：机械电子班级：11级机电一班学生姓名:李判学号：起迄日期：2021年12月30日201年1月5日指导教师：余晓峰教研室主任：AD转换器是一种能把输入模拟电电压或电电流变成与它成正比的数数字量，即能把被控对对象的各类模拟信息变成计运算性能够识别的数字信息。本电路由AD转换器器，按时器，计数器组成，其中AD转换器器由ADC0809集成芯片组成，按时器器由NE555D按时器组成，计数器由74LS161组成。本设计有以下电路组成：（1）电压比较电路（2）NE555D按时器时钟取样电路（3）ADC集成芯片转换电路（4）LS161芯片计数器通道电路。AD转换器要将时刻和幅值都持续的模拟量，转换为时刻、幅值都离散的数字量，一样要通过取样、维持和量化、编码几个进程。本设计与市场同类产品设计相较，具有电路简单、结构合理、制作方便、工作靠得住、功能齐全等优势。在要求转换速度比较高的场合可选用并行AD转换器。关键词：AD转换器按时器时钟信号计数器单次脉冲目录TOC\o"1-5"\h\z1引言4A/D转化器的大体原理与种类4取样定理4.二、方案对照4设计方案4方案一4方案二4方案三4方案优选53、原理分析5整体思路5.电路组成及工作原理………………6各框图的功能和可选电路及特点……………………6电路制作所需的工具………………7元器件列表…………74单元电路设………………………8模拟电压产生电路………………8输出电路……………8555信号发生器…………555信号清零…………1074LS00.10计数器电路10D/A转换器DAC083211LM324比较器………………………13调试………………13模拟电压产生电路的调试………13输出电路的调试…………………13信号发生器的调试………………13555信号清零的调试1374LS00的调试…………………1474161的调试14DAC0832的调试14LM324的调试……………………14电路测试及测试结果…………14设计总结…………………15参考文献………15附录……………..161引言AD转换器的产生和用途在运算机进程操纵系统中，常常要处置一些在在时刻上数值持续转变的物理量。这种物理量称为模拟量，如温度，压力，流量，速度等，通过传感器后与取得与此相对应的电信号称为模拟电信号。由于运算机内部处置的都是数字信号，因此模拟信号需要换成数字信号，才能被运算机所加工处置。另外推动执行机构动作需要的是电压或流等模拟信号，因此运算机输出的数字信号还要换成模拟信号。因此要实行模拟信号转化成数字信号需要利用A/D转换器。本次课程设计编写的程序用DAC0832转换器将A/D转化结果用Proteus软件表示出来。1.1A/D转化器的大体原理与种类A/D转化器是一种把输入模拟电压或电流信号变成与其成正比的数字信号，确实是能把被操纵对象的各类模拟信息变成运算机可识别的数字信息。在A/D转化器中，因为输入的模拟信号在时刻上是持续的，而输出的数字信号在时刻上是离散的，因此转化只能在选定的刹时对输入的模拟信号进行取样，然后把这些取值的模拟量变成数字量。因此，A/D转化的进程第一是对输入的模拟信号取样，取样终止后进行时刻维持，在这段时刻内将取样模拟信号变成数字信号，并按必然的编码顺序给出转化结果，然后开始下一次取样。取样定理为了准确无误的用取样信号的输入取样信号VS表示模拟信号VI，取样信号必需有足够高的频率。能够证明，为了保证能从取样信号到原先被取样信号的恢复，必需知足FS>=FI(MAX)式中FS为取样频率，FI(MAX)为输入模拟信号VI的最高频率分量的频率的上式。这确实是取样定理。因此A/D转化器工作时的取样频率必需高于上式规定的频率，取样频率提高以后留给每次进行转化的时刻也就相应缩短了，这就要求转化电路必需有更快的工作速度。因此不能无穷制的提高取样频率，通常取样FS=(3〜5)*FI(MAX)就知足要求。二、方案对照设计方案AD转换器设计有多种设计方案，各有各的优势和缺点，以下咱们来介绍分析方案一：计数式计数式8位A/D转换器设计的思路是：先由555按时器组成的多谐振荡器产生方波信号，输入由操纵芯片74LS00组成的与非门，再把74LS00的输出信号输入到由两片74161组成的计数器，74161的输出信号经DAC0832数模转换器后，输出的信号经LM324组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,QLQ0输出方案二：双积分式以二进制或BCD码的形式输出，精度高，抗干扰能力强，价钱廉价，但转换速度较低，但电路设计与连接比较复杂，且速度太慢。方案三：VFC式利用积分原理，将输入电压（或电流）转换成频率输出，脉冲频率与输入电压（或电流）成比例，其精度高、线性度好、转换速度居中、转换位数与速度可调、与CPU的连线最少，且增加转换位数时可不能增加与CPU的连线，这不太适合本实验。方案优选综上所述，咱们选择第一种方案。3、原理分析整体思路总体设计框图

上图为8位为计数式8位A/D转换器的整体设计框图。该八位AD转换器由以下几部份组成：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）操纵电路6）计数电路7）输出电路电路组成及工作原理+5V计数式日为以D转化器的设计原理图各框图的功能和可选电路及特点1）模拟电压产生电路：在电位器上产生0〜的待转换电压。2）电压比较电路：比较两个电压值进行判定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那么进入比较器负端与Vx比较。假设Vx>Vy,那么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，能够选用DAC0832,输出为电流量，需转化成模拟电压量才能够与待转换电压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组成的多谐振荡器。

5）操纵电路：可选电路为74LS00,操纵计数电路的计数功能，由比较器的输出结果和脉冲信号CP一起决定，555组成的多谐振荡器输出上升沿时，加计数器开始计数。6）计数电路：进行加记数，输出的数字量进入口人转换电路变成模拟电流量，为了完成八位计数,可利用两个74LS161。7）输出电路：输出八位别离为Q7,Q6,Q5,Q4,Q3,Q2,Q1,Q0,能够用发光二极管显示。电路制作所需的工具工具名称工具数量电烙铁1万用表1剪刀1镊子1元器件列表元件名称元件数量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1焊锡丝若干导线若干4单元电路设计模拟电压产生电路

■+5V模拟电压产生电路将ik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，那么能够取得输出电压在0〜。输出电路330!1r330\\名3Q{TZ1330!3^0czn330JQ1输出电路将330!1r330\\名3Q{TZ1330!3^0czn330JQ1输出电路555信号发生器555按时器它是一种时基电路，它是一种应用极为普遍的中规模集成电路。该电路利用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就能够够组成单稳、多谐和施密特触发器。因此普遍用于信号的产生、变换、操纵与检测。由于555内部的比较器灵敏度较高，而且采纳差分电路方式,他的振荡频率受电源电压和温度转变的阻碍很小。555定时器内部结构图+5V?RIR2前日信号筑生器由555555定时器内部结构图+5V?RIR2前日信号筑生器由555按时器555定时器充电和放电波形图V®:C.tTHWe555GNDH,OUTRD和外接元件RA,RB,C组成多谐振荡器，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RI,R2向电容C充电，充电到两头电压为2/3的Vcc时，触发器复位，V。为低电平，电容C473通过RB向放电端7端放电，当两头电压下降到1/3的Vcc时，触发器又被复位，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。+5V可Rl=R2=10K甲Yc.cCtTHVc.555CNJ正OUT_IDT-LC473充电时刻为X(R1+R2)C=X(10X103+10X103)X47000X10-i2=X10-4s,放电时刻为XR2XC=X10X103X47000)10-12=义10-4s，周期T二义10-4+)10-4s=义10-4S555信号清零

32.0■H5VT33K了或32.0■H5VT33K了或：.C.tTH555_1T._pui_^D_L2Tu555信号清零数据显示时刻为X(R1+R2)C=X(33X103+330)X47X10e=,放电时刻为XR2XC二X330X47X106=,周期T=。H-5VY4L50。引脚图H-5VY4L50。引脚图输入方波信号，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计数器电路计数器电路操纵电路是由两个74LS16此刻外接了与非门，同步预置%©c：计数器电路操纵电路是由两个74LS16此刻外接了与非门，同步预置%©c：&防口。QdI口）mnr14fl712rniiog实验测试电路1计数器组成的，74LS161正常工作时由0000开始计数,数计数进程从0001开始。£4£3上口上1pQ丸QrQcQd[qF74LSI61bc.口加・'74LE1J1管脚图74LS161由四个JK触发器和一些操纵门组成，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；D0〜D3为预置数并行输入端；CTT和CTP是工作状态操纵端。74LS161具有计数、预置、维持、清零等功能。D/A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不同的。单纯采纳一种定标方式，需要有很高的匹配精度，不然很难实现高精度转换。咱们采纳集成块DAC0832。DAC0832是一个8位D/A转换器。单电源供电，从+5V〜+15V都可正常工作，基准电压范围为10V,电流成立时刻为lus,CMOS工艺，低功耗20mW。DAC0832转换器芯片为20弓|脚，双列直插式封装，能完成数字量输入到模拟量（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放器，它的许诺锁存信号为ILE,第二级锁存器称为DAC寄放器，它的锁存信号也称为通道操纵信号（XFER）,当ILE为高电平，片选信号（CS）和写信号（WR1）为低电平常，输入寄放器操纵信号为1时，输入寄放器的输出随输入而转变。尔后，当（WR1）由低电平变高时，操纵信号成为低电平，数据被锁存到输入寄放器中，现在输入寄放器的输出端再也不随外部数据的转变而转变。利历时，数据输入能够采纳两级锁存（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。3个门电路组成寄放器输出操纵逻辑电路，该逻辑电路的功能是进行数据锁存操纵。口713<>——I4»-l—15°H—'5*j百丁Dq7^—A吕藤D/转换Q.Q

数据寄存器

nIG-UT2__LILE19TTFR(口713<>——I4»-l—15°H—'5*j百丁Dq7^—A吕藤D/转换Q.Q

数据寄存器

nIG-UT2__LILE19TTFR(AG口csVIWRi]LEAGMD两电8XFBRDaDiUn2019IS-LL]615incisWRi.2十WR.218^—&XFER「71DACU832(+^V)DGND10VREfD7Rcu10UT2i%r,wn15口13DACOB能单片D他转换器逻辑植图和引脚排列DAC0832的引脚功能说明如下:工£：输入寄放器许诺，高电平有效。D0〜D7：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：传送操纵信号，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。LM324比较器LM就心结构图及管脚图LM324NGND:数字地。LM324比较器LM就心结构图及管脚图脚双列直插塑料封装，外形如以下图所示。它的内部包括四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放彼此独立。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，现在运放形成一个电压比较器，其输出如不是高电平川+），确实是低电平川-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。5调试模拟电压产生电路的调试连接好电路，用数字电压表测量电位器中间输出电压是不是在0〜内在0〜内，那么模拟电压产生电路正常。输出电路的调试将Q7〜Q0接逻辑电平输入，当逻辑电平为1时，发光二极管亮，那么输出电路正常。信号发生器的调试先卸下除555芯片的其他芯片，在8端口接+5V电压，1端口接地,3端口接上示波器，调剂示波器，观看波形，是不是为方波，其频率是f=1/（Tph+Tpl）。若是不是，检查电阻，电容，线路，和555元件。若是失真，检查接触是不是良好，是不是有虚焊等。在测试中发觉输出的波形不为方波，经检查发觉有一根导线不导电，导线的内部中间端了，改换导线后，测得输出波形为方波，频率f=。555信号清零的调试先卸下除555芯片的其他芯片,在8端口接+5V电压,1端口接地,3端口接上示波器,调剂示波器,观看波形,是不是为矩形波。若是不是,检查电阻,电容,线路,和555元件。若是失真，检查接触是不是良好,是不是有虚焊等。74LS00的调试将九、10两头别离接电平输入，将8端接电平显示。测试是不是符合当9端为低电平，10端为低电平常，输出为低电平；9端为低电平，10端为高电平常，输出为低电平；9端为高电平，10端为低电平常，输出为低电平；当九、10两头均为高电平常，输出为高电平。74161的调试先卸下除74LS161芯片的其他芯片，芯片Vcc接+5V电压，GND端接地，两个计数器的ET,RD,LD,EP端接高电平，CP端接上单次脉冲，八个输出端别离按顺序接在八个电平显示上,按单次脉冲按钮,观看8位电平显示的输出是不是为逐个增大的二进制数,达到同步加计数器的功能。DAC0832的调试先卸下除DAC0832芯片的其他芯片，芯片Vcc接+5V电压，VREF接-5V电压，WR一、WR二、XFER、CS、Iout二、AGND、GND端接地，八个输入端接电平输入，用万用表测量观看输出端的电压转变情形，黑表笔接地，红表笔接Rfb,依次打开逻辑开关，看万用表示数是不是慢慢增大，如电压随输入电平二进制数的增大而增大，那么DAC0832芯片调试成功。LM324的调试将LM324与已调好的DAC0832相连，DAC0832的Vcc接+5V电压，VREF接-5V电压，WR一、WR二、XFER、CS、Iout二、AGND、GND端接地，八个输入端接电平输入，用万用表测LM324输出端14端的电压，如随电平二进制数增大而增大，那么LM324调试成功。