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1、班级：电气1094 姓名：蒋亚林 学号：10 课题：计数式8位AD转换器设计与制作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 电气1094 学号 1091205410 学生姓名 蒋亚林 专业 电气工程及其自动化 系别 电子信息工程系 指导教师 王 士 湖 淮阴工学院电子信息工程系2011年5月一、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问题的能力。b)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。c)进行基本技能训练，如基
2、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、设计要求1.电源5V；2.输出数字量8位；3.误差1LSB；4.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；8.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、总体设计输入直流电
3、压比较器D/A转换计数脉冲产生电路控制电路二进制计数器十进制计数器译码显示电路图 3-11.总体设计框图 图3-1为计数式8位AD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）输入直流电压 （2）比较电路 （3）D/A转换电路 （4）计数脉冲产生电路 （5）控制电路 （6）二进制计数器 （7）十进制计数器 （8）译码显示电路2.电路组成图及工作原理 总体原理图计数式8位AD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
4、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,最后结果由数码管输出。3.各框图的功能和实现该功能的可选电路及特点1) 输入直流电压：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，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)D/A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、。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,为了完成计数,可使用两个74LS161。7）输出电路：输出分别为百十个位,可以用数码管显示。3.4 电路制作所需的工具表 3-1工具名称 工具数量 电烙铁 1 万用表 1 剪刀 1 镊子 1 钳子1 3.5 元器件列表表 3-2元件名称 元件数量 10K电阻 31K电阻 3 10K电位器 1 330电阻 9 数码管 1474电容 1 1000pF电容 1 集成块LM
6、324 1 集成块555 2 集成块74LS161 2 集成块74LS00 1 8位D/A转换器DAC0832 1 20孔插座 1 16孔插座 414孔插座 2 8孔插座 1 电路板 1 焊锡丝 若干 导线 若干 4、单元电路设计4.1 模拟电压产生电路图 4-1 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 输出电路日日日 图 4-2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，它是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需
7、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。 图 4-3 图 4-4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，Vo翻转为高电平。电容C在（1/3）Vcc和（2/3）Vcc之间
8、充电和放电，从而使信号发生器产生方波信号。图 4-5充电时间为0.7（R1+R2）C=0.7（10103+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=9.8710-4s4.4 555信号清零 图 4-6数据显示时间为0.7（R1+R2）C=0.7（33103+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图 4-7输入方波信号，10端接LM324的输出端产生的方波，
9、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。表 4-1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 计数器电路图 4-8 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。图 4-974LS161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
10、。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。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
11、，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。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。图 4-10DAC0832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
12、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。 4.8 LM324比较器图 4-11LM324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5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端
13、，“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。4.9控制电路 CD4553是三数字BCD计数器： 1-DS2，2-DS1，3-CEXTB，4-CEXTA，5-Q3，6-Q2， 7-Q1，8-VSS，9-
14、Q0，10-LE，11-DIS，12-CLK， 13-MR，14-QF，15-DS3，16-VDD。计数器是脉搏测试系统的重要组成部分，若选用有选通脉冲输出控制的计数器，可使得电路设计中采取动态扫描显示方式，将大大简化电路，节省器件。此次实验采用CD4553作为计数器。CD4553是3位十进制计数器，但只有1个输出端，要完成3位输出，采用扫描输出方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制3位十进制的输出，从而实现扫描显示方式。4显示和译码电路 如图所示 显示译码器CD4511CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动
