計(jì)數(shù)型ad轉(zhuǎn)換器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)</b></p><p>　　題目：計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　院 （系）： </p><p&

2、gt;　　專(zhuān) 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(jì)的一般方法，了解和掌握模擬、數(shù)字電路等知識(shí)解決電子信息方面常見(jiàn)實(shí)際問(wèn)題的能力，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)、自行制作和自行調(diào)試。</p><

3、;p>　　方法：計(jì)數(shù)式8位A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的思路是：先由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波信號(hào)，輸入由控制芯片74LS00構(gòu)成的與非門(mén)，再把74LS00的輸出信號(hào)輸入到由兩片74161構(gòu)成的計(jì)數(shù)器,74161的輸出信號(hào)經(jīng)DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器后,輸出的信號(hào)經(jīng)LM324構(gòu)成的比較器與待轉(zhuǎn)換電壓進(jìn)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(jì)目的：1</p><p>　　2、 設(shè)計(jì)要求：1</p><p><b>　　3、 總體設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jì)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(hào)發(fā)生器4</p><p>　　4.4 5

6、55信號(hào)清零5</p><p>　　4.5 74LS005</p><p>　　4.6 計(jì)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(hào)發(fā)生器的調(diào)試8</p><p>　　5.4 555信號(hào)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(jì)總結(jié)、收獲體會(huì)10</p><p>　　6.1   電路測(cè)試及測(cè)試結(jié)果10</p>&

9、lt;p>　　6.2、 設(shè)計(jì)總結(jié)10</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：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(jì)目的：</b></p><p>　　a)    培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練綜合運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過(guò)的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)去分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。</p><p>　　b)    學(xué)習(xí)較復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法，了解和掌握模擬、數(shù)字電路等知

11、識(shí)解決電子信息方面常見(jiàn)實(shí)際問(wèn)題的能力，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)、自行制作和自行調(diào)試。</p><p>　　c)    進(jìn)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(shí)別、測(cè)量、熟練運(yùn)用的能力，掌握設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及使用仿真軟件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)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(jì)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(kāi)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(jì)算、選擇；</p><p>　　2.7        畫(huà)出總體電路圖；</p><p>　　2.8    &

15、#160;   安裝自己設(shè)計(jì)的電路，按照自己設(shè)計(jì)的電路，在通用板上焊接。焊接完畢后，應(yīng)對(duì)照電路圖仔細(xì)檢查，看是否有錯(cuò)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(biāo)測(cè)試；</p>

16、<p>　　2.11    提交格式上符合要求，內(nèi)容完整的設(shè)計(jì)報(bào)告；</p><p><b>　　3、 總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 總體設(shè)計(jì)框圖 </p><p>　　上圖為8位為計(jì)數(shù)式8位A/D轉(zhuǎn)換器的總體設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)數(shù)式8位A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)的思路是：先由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生方波信號(hào)，輸入由控制芯片74LS00構(gòu)成的與非門(mén)，再把74LS00的輸出信號(hào)輸入到由兩片74161構(gòu)成的計(jì)數(shù)器,74161的輸出信號(hào)經(jīng)DAC0832數(shù)模

18、轉(zhuǎn)換器后,輸出的信號(hào)經(jīng)LM324構(gòu)成的比較器與待轉(zhuǎn)換電壓進(jìn)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(diǎn)</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(gè)電壓值進(jìn)行判斷并輸出高電平或低電平，待轉(zhuǎn)換電壓Vx進(jìn)

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(jìn)入比較器負(fù)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(gè)頻率較高的方波信號(hào)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(jì)數(shù)電路的計(jì)數(shù)功能，由比較器的輸出結(jié)果和脈沖信號(hào)CP共同決定, 555構(gòu)成的多諧振蕩器輸出上升沿時(shí),加計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。</p><p>　　6）計(jì)數(shù)電路：進(jìn)行加記數(shù)，輸出的數(shù)字量進(jìn)入DA轉(zhuǎn)換電路變?yōu)槟M電流量,為了完成八位計(jì)數(shù),可使用兩個(gè)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(jì)</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(hào)發(fā)生器</p><p>　　555定時(shí)器它是一種時(shí)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(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。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(shí)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(méi)有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路也不需要外加觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò)R1，R2向電容C充電，充電到兩端電壓為2

24、/3的Vcc時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，Vo為低電平，電容C473通過(guò)RB向放電端7端放電，當(dāng)兩端電壓下降到1/3的Vcc時(shí)，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(hào)發(fā)生器產(chǎn)生方波信號(hào)。</p><p>　　充電時(shí)間為0.7×（R1+R2）C=0.7×（10×103+10×103）×47000×10-12

25、=6.58×10-4s，放電時(shí)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(hào)清零</p><p>　　4.5 74LS00&

26、lt;/p><p>　　輸入方波信號(hào)，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(hào)接入計(jì)數(shù)器電路。</p><p><b>　　與邏輯真值表</b></p><p>　　4.6 計(jì)數(shù)器電路</p><p>　　控制電路是由兩個(gè)74LS161計(jì)數(shù)器構(gòu)成的,74LS161正常工作時(shí)由0000開(kāi)

27、始計(jì)數(shù)，現(xiàn)在外接了與非門(mén)，同步預(yù)置數(shù)計(jì)數(shù)過(guò)程從0001開(kāi)始。</p><p>　　74LS161由四個(gè) JK 觸發(fā)器和一些控制門(mén)組成，其中 CP 是計(jì)數(shù)輸入脈沖，上升沿有效；Q0～Q3 是計(jì)數(shù)輸出端，A～D是輸入端。最高位是Q3；CO是進(jìn)位信號(hào)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(jì)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(biāo)、電荷定標(biāo)、電流定標(biāo)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(biāo)方式，需要有很高的匹配精度，否則很難實(shí)現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)換。我們采用集成塊DAC0832。</p><p>　　DAC0832是一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器。單電源供電，從+5V～+15V均可正常工作，基準(zhǔn)電壓范圍為10V，電流建立時(shí)

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(jí)鎖存器，第一級(jí)鎖存器稱(chēng)為輸入寄存器，它的允許鎖存信號(hào)為ILE，第二級(jí)鎖存器稱(chēng)為DAC寄存器，它的鎖存信號(hào)也稱(chēng)為通道控制信號(hào)（XFER），當(dāng)ILE為高電平，片選信號(hào)（CS）和寫(xiě)信號(hào)（WR1

30、）為低電平時(shí)，輸入寄存器控制信號(hào)為1時(shí)，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。此后，當(dāng)（WR1）由低電平變高時(shí)，控制信號(hào)成為低電平，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，此時(shí)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(shí)，數(shù)據(jù)輸入可以采用兩級(jí)鎖存(雙鎖存)形式，或單級(jí)鎖存(一級(jí)鎖存，一級(jí)直通)形式，或直接輸入(兩級(jí)直通)形式。3個(gè)門(mén)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(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存控制。</p><p>　　DAC

31、0832的引腳功能說(shuō)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(hào)輸入端。</p><p>　　CS：片選信號(hào)，低電平有效。</p><p>　　WR1：寫(xiě)信號(hào)1，低電平有效。</p><p>　　XFER：傳送控制信號(hào)，低電平有效。</p>

32、<p>　　WR2：寫(xiě)信號(hào)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(yùn)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(yùn)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(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器可用圖(a)所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“-”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V-”為正、負(fù)電源

34、端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。當(dāng)去掉運(yùn)放的反饋電阻時(shí),或者說(shuō)反饋電阻趨于無(wú)窮大時(shí),即開(kāi)環(huán)狀態(tài),理論上運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為無(wú)窮大，此時(shí)運(yùn)放形成一個(gè)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(dāng)正輸入端電壓高于負(fù)輸入端電壓時(shí)，運(yùn)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(cè)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(dāng)邏輯電平為1時(shí)，發(fā)光二極管亮，則輸出電路正常。</p><p>　　5.3 信號(hào)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(xiàn)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(cè)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(xiàn)不導(dǎo)電，導(dǎo)線(xiàn)的內(nèi)部中間端了，更換導(dǎo)線(xiàn)后，測(cè)得輸出波形為方波，頻率f=1.471KHZ。</p><p>　　5.4 555信號(hào)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(xiàn)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(cè)試是否符合當(dāng)9端為低電平，10 端為低電平時(shí)，輸出為低電平；9端為低電平，10端為高電平時(shí)，輸出為低電平；9端為高電平，10端為低電平時(shí)，輸出為低電平；當(dāng)9、10兩端均為高電平時(shí)，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(gè)計(jì)數(shù)器的ET,RD,LD,EP端接高電平, CP端接上單次脈沖,八個(gè)輸出端分別按順序接在八個(gè)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(gè)增大的二進(jìn)制數(shù),達(dá)到同步加計(jì)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(gè)輸入端接電平輸入，用萬(wàn)用表測(cè)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(kāi)邏輯開(kāi)關(guān)，看萬(wàn)用表示數(shù)是不是逐漸增大，如電壓隨輸入電平二進(jìn)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(gè)輸入端接電平輸入，用萬(wàn)用表測(cè)LM324輸出端14端的電壓，如隨電平二進(jìn)制數(shù)增大而增大，則LM324調(diào)試成功。</p><p>　　6、 

42、0;   設(shè)計(jì)總結(jié)、收獲體會(huì)</p><p>　　6.1   電路測(cè)試及測(cè)試結(jié)果</p><p>　　先檢查線(xiàn)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(jì)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(jì)總結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我們掌握了計(jì)數(shù)式8位A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)原理，了解了555定時(shí)器、74LS00、74161、DAC08

44、32及LM324等元器件的使用。</p><p>　　電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮各個(gè)部分的功能，盡可能使電路簡(jiǎn)單，方便電路的焊接。畫(huà)原理圖時(shí)，應(yīng)標(biāo)明各元器件的引腳及其他接口，方便焊接。</p><p>　　焊接時(shí)，把各集成塊從插座上拔下，以免電烙鐵加熱時(shí)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(dāng)間距，避免短路，焊好接點(diǎn)后，要用萬(wàn)用表歐姆檔測(cè)試端口之間是否虛焊，在焊電容時(shí)，電烙鐵頭

45、不宜電容針腳上加熱太長(zhǎng)時(shí)間，這樣電容易損壞。 </p><p>　　調(diào)試時(shí)，應(yīng)先單個(gè)調(diào)試，最好是焊好一個(gè)調(diào)一個(gè)，以免整體調(diào)試會(huì)燒壞元器件。應(yīng)注意輸入輸出關(guān)系，測(cè)試實(shí)驗(yàn)值與理論計(jì)算值是否一致。最后再整體調(diào)試。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，讓我們懂得了理論聯(lián)系實(shí)際的重要，為以后的學(xué)習(xí)和工作起到了促進(jìn)作用。也鍛煉了我們的實(shí)踐動(dòng)手能力，提高了自己

46、學(xué)習(xí)的積極性。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</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>　?。?）黨宏社 《電路電子技術(shù)試驗(yàn)與電子實(shí)訓(xùn)》 電子工業(yè)出版社 2009年1月</p><p><b>　　附錄一&