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1、班级：电子 1141 姓名:冯申申 学号：07 课题：计数式 8 位 AD 转换器的设计与制作 11电子技术课程设计报告课题：计数式 8位 AD转换器的设计与制作班级 电子 1141 学号 1141202207学生姓名 冯申申 专业 电子信息工程 系别 电子信息工程系 指导教师 电子技术课程设计指导小组淮阴工学院电子信息工程学院2016年 06月班级：电子 1141 姓名:冯申申 学号：07 课题：计数式 8 位 AD 转换器的设计与制作 22计数式 8位 A/D转换器的设计与制作1、 设计目的：a) 培养理论联系实际的正确设计思想，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
2、问题的能力。b) 学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、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。c) 进行基本技术技能训练，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软件、实验设备进行调试和数据处理等。d) 培养学生的创新能力。2、 技术指标及要求：1 电源5V2 输出数字量 8 位3 误差 1LSB4 定时开始转换或手动控制开始5 有转换结束标志6 输入电压直流电压 02.5V；7 主要单元电路和元器件参数计算、选择；班级：电子 1141 姓名:冯申申 学号：07 课题：
3、计数式 8 位 AD 转换器的设计与制作 338 画出总体电路图；9 安装自己设计的电路，按照自己设计的电路，在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象；10 调试电路；11 电路性能指标测试；12 提交格式上符合要求，内容完整的设计报告；3、 总体设计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）输出电路班级：电子 1141 姓名:冯申申 学号：07 课题：计数式 8 位 AD
4、转换器的设计与制作 443.2 电路组成及工作原理计数式 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。3.3 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 02.5V 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
5、，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。班级：电子 1141 姓名:冯申申 学号：07 课题：计数式 8 位 AD 转换器的设计与制作 555）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
6、 构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 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。3.4 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 3.5 元器件列表元件名称 元件数量 10K 电阻 610K 电阻 21K 电位器 233K 电阻 9 发光二极管 8 C473 电容 1 47u 电容 1 集成块 LM324 1 集成块 555 2 集成块 74LS161 2 集成块 7
7、4LS00 1 8 位 D/A 转换器 DAC0832 1 20 针插座 1 16 针插座 2 14 针插座 2 8 针插座 2 通用板 1 焊锡丝 若干 导线 若干 班级：电子 1141 姓名:冯申申 学号：07 课题：计数式 8 位 AD 转换器的设计与制作 664、 单元电路设计4.1 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。4.2 输出电路将 Q7Q0 分别接 330 的电阻和发光二极管，构成 D7D0 的输出电路。4.3 555信号发生器555 定时器它是一种时基电路，它是一种应用
8、极为广泛的中规模集成电路。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。班级：电子 1141 姓名:冯申申 学号：07 课题：计数式 8 位 AD 转换器的设计与制作 77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
9、 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，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（1010 3+10103）4700010 -12=6.5810-4s，放电时间为 0.7R2C=0.7101034700010-12=3.2910-4s，周期 T=6.5810-4+3.2910-4s=9.8710-4s班级：电子 1141 姓名:冯申申 学号：07 课题：计数式 8 位 AD 转换器的设计与制作 88
10、4.4 555信号清零数据显示时间为 0.7（R1+R2）C=0.7（3310 3+330）4710 -6=1.097s，放电时间为 0.7R2C=0.73304710-6=10.86ms，周期 T=1.1s。4.5 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A B L=A&B 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 4.6 计数器电路班级：电子 1141 姓名:冯申申 学号：07 课题：计数式 8 位 AD 转换器的设计与制作 99控制电路是由两个 74LS161 计数器构成的,74L
11、S161 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；Q0Q3 是计数输出端，AD 是输入端。最高位是 Q3；CO 是进位信号输出端；D0D3 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。4.7 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
12、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(电流)输出的转换。班级：电子 1141 姓名:冯申申 学号：07 课题：计数式 8 位 AD 转换器的设计与制作 1010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
13、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。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
14、：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。班级：电子 1141 姓名:冯申申 学号：07 课题：计数式 8 位 AD 转换器的设计与制作 1111AGND:模拟地。NGND:数字地。 4.8 LM324比较器LM324 是四运放集成电路，它采用 14 脚双列直插塑料封装，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
15、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。5、 调试5.1 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否在 02.5V 内在 02.5V 内，则模拟电压产生电路正常。5.2 输出电路的调试将 Q7Q0 接逻辑电平输入，当逻辑电平为 1 时，发光二极管亮，则输出电路正常。5.3 信号发生器的调试班级：电子 1141 姓名:冯申申 学号：07 课题：计数式 8 位 AD 转换器的设计与制作 1212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,调节示波器,观察波形,是否为方波, 其频率是 f=1/(Tph+Tpl)。如果不
