

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文檔簡介
1、<p><b> 課程設(shè)計說明書</b></p><p> 題目:計數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計</p><p> 學(xué)生姓名: </p><p> 學(xué) 號: </p><p> 院 (系): </p><p&
2、gt; 專 業(yè): </p><p> 指導(dǎo)教師: _ </p><p><b> 摘 要</b></p><p> 目的:學(xué)習(xí)較復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計的一般方法,了解和掌握模擬、數(shù)字電路等知識解決電子信息方面常見實際問題的能力,由學(xué)生自行設(shè)計、自行制作和自行調(diào)試。</p><
3、;p> 方法:計數(shù)式8位A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計的思路是:先由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波信號,輸入由控制芯片74LS00構(gòu)成的與非門,再把74LS00的輸出信號輸入到由兩片74161構(gòu)成的計數(shù)器,74161的輸出信號經(jīng)DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器后,輸出的信號經(jīng)LM324構(gòu)成的比較器與待轉(zhuǎn)換電壓進行比較,最后結(jié)果由Q7,Q6,Q5,Q4,Q3,Q2,Q1,Q0輸出。</p><p><b> 目
4、 錄</b></p><p> 1、 設(shè)計目的:1</p><p> 2、 設(shè)計要求:1</p><p><b> 3、 總體設(shè)計1</b></p><p> 3.2 電路組成及工作原理2</p><p> 3.3 各框圖的功能和可選電路及特點2<
5、;/p><p> 3.4 電路制作所需的工具3</p><p> 4、 單元電路設(shè)計3</p><p> 4.1 模擬電壓產(chǎn)生電路3</p><p> 4.2 輸出電路3</p><p> 4.3 555信號發(fā)生器4</p><p> 4.4 5
6、55信號清零5</p><p> 4.5 74LS005</p><p> 4.6 計數(shù)器電路6</p><p> 4.7 D/A轉(zhuǎn)換器DAC08326</p><p> 4.8 LM324比較器8</p><p><b> 5、 調(diào)試8</b></p&
7、gt;<p> 5.1 模擬電壓產(chǎn)生電路的調(diào)試8</p><p> 5.2 輸出電路的調(diào)試8</p><p> 5.3 信號發(fā)生器的調(diào)試8</p><p> 5.4 555信號清零的調(diào)試9</p><p> 5.5 74LS00的調(diào)試9</p><p> 5.6 7416
8、1的調(diào)試9</p><p> 5.7 DAC0832的調(diào)試9</p><p> 5.8 LM324的調(diào)試9</p><p> 6、 設(shè)計總結(jié)、收獲體會10</p><p> 6.1 電路測試及測試結(jié)果10</p>&
9、lt;p> 6.2、 設(shè)計總結(jié)10</p><p><b> 參考文獻:11</b></p><p><b> 附錄一11</b></p><p><b> 附錄二11</b></p><p><b> 正 文</b>&l
10、t;/p><p><b> 1、 設(shè)計目的:</b></p><p> a) 培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的正確設(shè)計思想,訓(xùn)練綜合運用已經(jīng)學(xué)過的理論和生產(chǎn)實際知識去分析和解決工程實際問題的能力。</p><p> b) 學(xué)習(xí)較復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計的一般方法,了解和掌握模擬、數(shù)字電路等知
11、識解決電子信息方面常見實際問題的能力,由學(xué)生自行設(shè)計、自行制作和自行調(diào)試。</p><p> c) 進行基本技術(shù)技能訓(xùn)練,如基本儀器儀表的使用,常用元器件的識別、測量、熟練運用的能力,掌握設(shè)計資料、手冊、標準和規(guī)范以及使用仿真軟件、實驗設(shè)備進行調(diào)試和數(shù)據(jù)處理等。</p><p> d) 培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。<
12、/p><p><b> 2、 設(shè)計要求:</b></p><p> 2.1 電源±5V;</p><p> 2.2 輸出數(shù)字量8位;</p>
13、<p> 2.3 誤差1LSB;</p><p> 2.4 帶轉(zhuǎn)換開始控制;</p><p> 2.5 輸入電壓直流電壓0~
14、2.5V;</p><p> 2.6 主要單元電路和元器件參數(shù)計算、選擇;</p><p> 2.7 畫出總體電路圖;</p><p> 2.8 &
15、#160; 安裝自己設(shè)計的電路,按照自己設(shè)計的電路,在通用板上焊接。焊接完畢后,應(yīng)對照電路圖仔細檢查,看是否有錯接、漏接、虛焊的現(xiàn)象;</p><p> 2.9 調(diào)試電路;</p><p> 2.10 電路性能指標測試;</p>
16、<p> 2.11 提交格式上符合要求,內(nèi)容完整的設(shè)計報告;</p><p><b> 3、 總體設(shè)計</b></p><p> 3.1 總體設(shè)計框圖 </p><p> 上圖為8位為計數(shù)式8位A/D轉(zhuǎn)換器的總體設(shè)計框圖。該八位AD轉(zhuǎn)換器由以下幾部分組成:1)模擬電壓產(chǎn)生電路
17、2)電壓比較電路 3) DA轉(zhuǎn)換電路 4)脈沖產(chǎn)生電路 5)控制電路 6)計數(shù)電路 7)輸出電路</p><p> 3.2 電路組成及工作原理</p><p> 計數(shù)式8位A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計的思路是:先由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波信號,輸入由控制芯片74LS00構(gòu)成的與非門,再把74LS00的輸出信號輸入到由兩片74161構(gòu)成的計數(shù)器,74161的輸出信號經(jīng)DAC0832數(shù)模
18、轉(zhuǎn)換器后,輸出的信號經(jīng)LM324構(gòu)成的比較器與待轉(zhuǎn)換電壓進行比較,最后結(jié)果由Q7,Q6,Q5,Q4,Q3,Q2,Q1,Q0輸出。</p><p> 3.3 各框圖的功能和可選電路及特點</p><p> 1)模擬電壓產(chǎn)生電路:在電位器上產(chǎn)生0~5V的待轉(zhuǎn)換電壓。</p><p> 2)電壓比較電路:比較兩個電壓值進行判斷并輸出高電平或低電平,待轉(zhuǎn)換電壓Vx進
19、入比較器正端,而經(jīng)DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換出的模擬電壓量Vy則進入比較器負端與Vx比較。若Vx > Vy,則比較器輸出為高電平,反之為低電平。</p><p> 3)DA轉(zhuǎn)換電路:將數(shù)字量轉(zhuǎn)化為模擬量,可以選用DAC0832,輸出為電流量,需轉(zhuǎn)化成模擬電壓量才可以與待轉(zhuǎn)換電壓Vx比較。</p><p> 4)脈沖產(chǎn)生電路:產(chǎn)生一個頻率較高的方波信號CP,可選用555構(gòu)成的多諧振蕩器。<
20、;/p><p> 5)控制電路:可選電路為74LS00,控制計數(shù)電路的計數(shù)功能,由比較器的輸出結(jié)果和脈沖信號CP共同決定, 555構(gòu)成的多諧振蕩器輸出上升沿時,加計數(shù)器開始計數(shù)。</p><p> 6)計數(shù)電路:進行加記數(shù),輸出的數(shù)字量進入DA轉(zhuǎn)換電路變?yōu)槟M電流量,為了完成八位計數(shù),可使用兩個74LS161。</p><p> 7)輸出電路:輸出八位分別為Q7,
21、Q6,Q5,Q4,Q3,Q2,Q1,Q0,可以用發(fā)光二極管顯示。</p><p> 3.4 電路制作所需的工具</p><p> 4、 單元電路設(shè)計</p><p> 4.1 模擬電壓產(chǎn)生電路</p><p> 將1K電阻與1K電位器相連,電阻一段接+5V電壓,電位器一端接地,電位器中間接輸出,則可以得到輸出
22、電壓在0~2.5V。</p><p><b> 4.2 輸出電路</b></p><p> 將Q7~Q0分別接330Ω的電阻和發(fā)光二極管,構(gòu)成D7~D0的輸出電路。</p><p> 4.3 555信號發(fā)生器</p><p> 555定時器它是一種時基電路,它是一種應(yīng)用極為廣泛的中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活
23、、方便,只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而廣泛用于信號的產(chǎn)生、變換、控制與檢測。由于555內(nèi)部的比較器靈敏度較高,而且采用差分電路方式,他的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。</p><p> 由555定時器和外接元件RA,RB,C構(gòu)成多諧振蕩器,腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài),僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài),電路也不需要外加觸發(fā)信號,利用電源通過R1,R2向電容C充電,充電到兩端電壓為2
24、/3的Vcc時,觸發(fā)器復(fù)位,Vo為低電平,電容C473通過RB向放電端7端放電,當兩端電壓下降到1/3的Vcc時,觸發(fā)器又被復(fù)位,Vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容C在(1/3)Vcc和(2/3)Vcc之間充電和放電,從而使信號發(fā)生器產(chǎn)生方波信號。</p><p> 充電時間為0.7×(R1+R2)C=0.7×(10×103+10×103)×47000×10-12
25、=6.58×10-4s,放電時間為0.7×R2×C=0.7×10×103×47000×10-12=3.29×10-4s,周期T=6.58×10-4+3.29×10-4s=9.87×10-4s</p><p> 4.4 555信號清零</p><p> 4.5 74LS00&
26、lt;/p><p> 輸入方波信號,10端接LM324的輸出端產(chǎn)生的方波,9端接比較器輸出的電壓,8端為輸出的信號接入計數(shù)器電路。</p><p><b> 與邏輯真值表</b></p><p> 4.6 計數(shù)器電路</p><p> 控制電路是由兩個74LS161計數(shù)器構(gòu)成的,74LS161正常工作時由0000開
27、始計數(shù),現(xiàn)在外接了與非門,同步預(yù)置數(shù)計數(shù)過程從0001開始。</p><p> 74LS161由四個 JK 觸發(fā)器和一些控制門組成,其中 CP 是計數(shù)輸入脈沖,上升沿有效;Q0~Q3 是計數(shù)輸出端,A~D是輸入端。最高位是Q3;CO是進位信號輸出端;D0~D3 為預(yù)置數(shù)并行輸入端;CTT和CTP是工作狀態(tài)控制端。74LS161具有計數(shù)、預(yù)置、保持、清零等功能。</p><p> 4.7
28、 D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832</p><p> D/A轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)有很多種,分為電壓定標、電荷定標、電流定標等。不同結(jié)構(gòu)的D/A轉(zhuǎn)換器在性能上是有差異的。單純采用一種定標方式,需要有很高的匹配精度,否則很難實現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)換。我們采用集成塊DAC0832。</p><p> DAC0832是一個8位D/A轉(zhuǎn)換器。單電源供電,從+5V~+15V均可正常工作,基準電壓范圍為10V,電流建立時
29、間為1μs,CMOS工藝,低功耗20mW。</p><p> DAC0832轉(zhuǎn)換器芯片為20引腳,雙列直插式封裝,能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。</p><p> 在DAC0832中有兩級鎖存器,第一級鎖存器稱為輸入寄存器,它的允許鎖存信號為ILE,第二級鎖存器稱為DAC寄存器,它的鎖存信號也稱為通道控制信號(XFER),當ILE為高電平,片選信號(CS)和寫信號(WR1
30、)為低電平時,輸入寄存器控制信號為1時,輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此后,當(WR1)由低電平變高時,控制信號成為低電平,數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中,此時輸入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù)的變化而變化。使用時,數(shù)據(jù)輸入可以采用兩級鎖存(雙鎖存)形式,或單級鎖存(一級鎖存,一級直通)形式,或直接輸入(兩級直通)形式。3個門電路組成寄存器輸出控制邏輯電路,該邏輯電路的功能是進行數(shù)據(jù)鎖存控制。</p><p> DAC
31、0832的引腳功能說明如下:</p><p> ILE:輸入寄存器允許,高電平有效。</p><p> D0~D7:數(shù)字信號輸入端。</p><p> CS:片選信號,低電平有效。</p><p> WR1:寫信號1,低電平有效。</p><p> XFER:傳送控制信號,低電平有效。</p>
32、<p> WR2:寫信號2,低電平有效。</p><p> Iout1,Iout2:DAC電流輸出端。</p><p> Rfb:反饋電阻,是集成在片內(nèi)的外接運放的反饋電阻。</p><p> Vcc:電源電壓(+5~+15)V。</p><p><b> AGND:模擬地。</b></p>
33、;<p> NGND:數(shù)字地。 </p><p> 4.8 LM324比較器</p><p> LM324是四運放集成電路,它采用14腳雙列直插塑料封裝,外形如下圖所示。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運算放大器,除電源共用外,四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖(a)所示的符號來表示,它有5個引出腳,其中“+”、“-”為兩個信號輸入端,“V+”、“V-”為正、負電源
34、端,“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中,Vi-(-)為反相輸入端,表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的位相反;Vi+(+)為同相輸入端,表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。當去掉運放的反饋電阻時,或者說反饋電阻趨于無窮大時,即開環(huán)狀態(tài),理論上運放的開環(huán)放大倍數(shù)為無窮大,此時運放形成一個電壓比較器,其輸出如不是高電平(V+),就是低電平(V-或接地)。當正輸入端電壓高于負輸入端電壓時,運放輸出低電平。</p>&l
35、t;p><b> 5、 調(diào)試</b></p><p> 5.1 模擬電壓產(chǎn)生電路的調(diào)試</p><p> 連接好電路,用數(shù)字電壓表測量電位器中間輸出電壓是否在0~2.5V內(nèi)在0~2.5V內(nèi),則模擬電壓產(chǎn)生電路正常。</p><p> 5.2 輸出電路的調(diào)試</p><p> 將Q7~Q0接邏
36、輯電平輸入,當邏輯電平為1時,發(fā)光二極管亮,則輸出電路正常。</p><p> 5.3 信號發(fā)生器的調(diào)試</p><p> 先卸下除555芯片的其他芯片,在8端口接+5V電壓,1端口接地,3端口接上示波器,調(diào)節(jié)示波器,觀察波形,是否為方波, 其頻率是f=1/(Tph+Tpl)。如果不是,檢查電阻,電容,線路,以及555元件。如果失真,檢查接觸是否良好,是否有虛焊等。</p>
37、;<p> 在測試中發(fā)現(xiàn)輸出的波形不為方波,經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有一根導(dǎo)線不導(dǎo)電,導(dǎo)線的內(nèi)部中間端了,更換導(dǎo)線后,測得輸出波形為方波,頻率f=1.471KHZ。</p><p> 5.4 555信號清零的調(diào)試</p><p> 先卸下除555芯片的其他芯片,在8端口接+5V電壓,1端口接地,3端口接上示波器,調(diào)節(jié)示波器,觀察波形,是否為矩形波。 如果不是,檢查電阻,電容,線路,
38、以及555元件。如果失真,檢查接觸是否良好,是否有虛焊等。</p><p> 5.5 74LS00的調(diào)試 </p><p> 將9、10兩端分別接電平輸入,將8端接電平顯示。測試是否符合當9端為低電平,10 端為低電平時,輸出為低電平;9端為低電平,10端為高電平時,輸出為低電平;9端為高電平,10端為低電平時,輸出為低電平;當9、10兩端均為高電平時,輸出為高電平。</p&g
39、t;<p> 5.6 74161的調(diào)試</p><p> 先卸下除74LS161芯片的其他芯片, 芯片Vcc接+5V電壓,GND端接地,兩個計數(shù)器的ET,RD,LD,EP端接高電平, CP端接上單次脈沖,八個輸出端分別按順序接在八個電平顯示上,按單次脈沖按鈕,觀察8位電平顯示的輸出是否為逐個增大的二進制數(shù),達到同步加計數(shù)器的功能。</p><p> 5.7 DAC0
40、832的調(diào)試</p><p> 先卸下除DAC0832芯片的其他芯片,芯片Vcc接+5V電壓,VREF接-5V電壓,WR1、WR2、XFER、CS、Iout2、AGND、GND端接地,八個輸入端接電平輸入,用萬用表測量觀察輸出端的電壓變化情況,黑表筆接地,紅表筆接Rfb,依次打開邏輯開關(guān),看萬用表示數(shù)是不是逐漸增大,如電壓隨輸入電平二進制數(shù)的增大而增大,則DAC0832芯片調(diào)試成功。</p>&l
41、t;p> 5.8 LM324的調(diào)試</p><p> 將LM324與已調(diào)好的DAC0832相連,DAC0832的Vcc接+5V電壓,VREF接-5V電壓,WR1、WR2、XFER、CS、Iout2、AGND、GND端接地,八個輸入端接電平輸入,用萬用表測LM324輸出端14端的電壓,如隨電平二進制數(shù)增大而增大,則LM324調(diào)試成功。</p><p> 6、
42、0; 設(shè)計總結(jié)、收獲體會</p><p> 6.1 電路測試及測試結(jié)果</p><p> 先檢查線路是否短路,斷路,是否有虛焊。按原理圖,接上所有元器件,接通電源。勻速調(diào)節(jié)電位器,從而改變輸出電壓。觀察發(fā)光二極管是否隨其緩慢改變。記錄顯示數(shù)據(jù),統(tǒng)計數(shù)據(jù)。</p><p><b> 數(shù)
43、據(jù)記錄</b></p><p> 輸出電壓的值隨輸入電壓值的增大而增大,輸入電壓的值與輸出電壓的值幾乎相等,誤差小于1LSB。</p><p><b> 6.2、 設(shè)計總結(jié)</b></p><p> 通過本次課程設(shè)計,我們掌握了計數(shù)式8位A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計原理,了解了555定時器、74LS00、74161、DAC08
44、32及LM324等元器件的使用。</p><p> 電路設(shè)計時,應(yīng)考慮各個部分的功能,盡可能使電路簡單,方便電路的焊接。畫原理圖時,應(yīng)標明各元器件的引腳及其他接口,方便焊接。</p><p> 焊接時,把各集成塊從插座上拔下,以免電烙鐵加熱時將集成塊燒壞,要保證各接口都接觸穩(wěn)定。應(yīng)注意焊腳之間保持適當間距,避免短路,焊好接點后,要用萬用表歐姆檔測試端口之間是否虛焊,在焊電容時,電烙鐵頭
45、不宜電容針腳上加熱太長時間,這樣電容易損壞。 </p><p> 調(diào)試時,應(yīng)先單個調(diào)試,最好是焊好一個調(diào)一個,以免整體調(diào)試會燒壞元器件。應(yīng)注意輸入輸出關(guān)系,測試實驗值與理論計算值是否一致。最后再整體調(diào)試。</p><p> 本次課程設(shè)計,培養(yǎng)了我們綜合運用理論知識解決實際問題的能力,讓我們懂得了理論聯(lián)系實際的重要,為以后的學(xué)習(xí)和工作起到了促進作用。也鍛煉了我們的實踐動手能力,提高了自己
46、學(xué)習(xí)的積極性。</p><p><b> 參考文獻:</b></p><p> ?。?)閻石 《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》第五版 高等教育出版社 2009年12月</p><p> (2)黨宏社 《電路電子技術(shù)試驗與電子實訓(xùn)》 電子工業(yè)出版社 2009年1月</p><p><b> 附錄一&
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