數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告(數(shù)字積分器)

1、<p><b>　　題目二：數(shù)字積分器</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求:</p><p><b>　　(一)、設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　1、模擬輸入信號(hào)0-10V，積分時(shí)間1—10秒，步距1秒。</p><p>　　2、積分值為0000-9999。</p

2、><p>　　3、誤差小于1％±1LSB。</p><p>　　4、應(yīng)具有微調(diào)措施，以便校正精度。</p><p><b>　　(二)、設(shè)計(jì)方案：</b></p><p>　　1、通過(guò)數(shù)字積分器，對(duì)輸入模擬量進(jìn)行積分，并將積分值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并顯示。</p><p>　　輸入與輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系為

3、：輸入1V，轉(zhuǎn)化為頻率100HZ，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為100，積分時(shí)間為1S，積分10次，輸出為1000。</p><p>　　輸入模擬量的范圍為0—10V，通過(guò)10次積分，輸出積分值為0000—9999。誤差要求<</p><p><b>　　1％±1LSB。</b></p><p>　　數(shù)字積分器應(yīng)具有微調(diào)措施，對(duì)于由元件參數(shù)引起的

4、誤差，可以通過(guò)微調(diào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其達(dá)到誤差精度。微調(diào)的設(shè)置應(yīng)盡可能使電路簡(jiǎn)單，并使測(cè)量時(shí)易于調(diào)節(jié)，能通過(guò)微小調(diào)節(jié)，盡快達(dá)到要求，完成微調(diào)的任務(wù)。</p><p><b>　　2、方案選擇</b></p><p>　　(三)、所用元器件：</p><p>　　組件：74LSl61 74LS00 741LS08</p>&l

5、t;p>　　uA741 74LS20</p><p>　　555 3DK7</p><p><b>　　電容、電阻 若干</b></p><p>　　電位器：10K(調(diào)零)</p><p><b>　　二、方案選擇與論證</b></p><p><b

6、>　　三、方案說(shuō)明</b></p><p><b>　　(一)V/F轉(zhuǎn)換器</b></p><p>　　最終確定的 電壓-頻率轉(zhuǎn)換器 電路的原理圖如下圖所示(R1為可調(diào)電阻):</p><p>　　在該電路中，通用運(yùn)算放大器uA741被接成了積分器的形式。輸入電壓經(jīng)R3、R4分壓后送入uA741的3腳作為參考電壓。假設(shè)Q1管截

7、止，那么就有IR1R2=IC1，Vi給C1充電，uA741的6腳的電壓不斷下降。當(dāng)uA741的6腳的電壓下降到NE555的5腳的電壓的一半也就是2.5V時(shí)NE555狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，3腳輸出高電平15V，Q1導(dǎo)通，C1放電，uA741的6腳的電壓上升。當(dāng)該電壓上升至NE555的5腳的電壓5V時(shí)NE555的狀態(tài)再次翻轉(zhuǎn)，Q1截止，電容C1再次被充電。電路輸出一個(gè)周期的脈沖方波振蕩信號(hào)。</p><p>　　NE555的7腳

8、是集電極開(kāi)路輸出，R6為上拉電阻，其上端接至+5V從而使得電壓-頻率轉(zhuǎn)換器的輸出與TTL電平相匹配。</p><p>　　下面計(jì)算確定R1、R2和C1的值：</p><p>　　設(shè) R=R1+R2 , R3=R4 則有</p><p><b>　　解得</b></p><p>　　設(shè) R7=5kΩ, Vi=1V , 則輸

9、出頻率f應(yīng)為100Hz</p><p><b>　　代入可得 </b></p><p>　　解得 R(1)=5.278kΩ</p><p>　　R(2)= 94.72kΩ(采用此值)</p><p><b>　　至此確定:</b></p><p>　　R1為100kΩ可調(diào)電

10、阻, R2=51kΩ, R1+R2≈95kΩ</p><p>　　R3=R4=2.1kΩ，R7=5KΩ</p><p><b>　　C1=0.02μF</b></p><p>　　該電壓-頻率轉(zhuǎn)換器電路各點(diǎn)的波形如下圖所示。波形左邊的字符串為網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，它們已在上面的電路原理圖的相應(yīng)位置被標(biāo)出。該波形為計(jì)算機(jī)仿真的結(jié)果，下同。</p>

11、<p>　　上面所述電壓-頻率轉(zhuǎn)換器電路為最終確定的方案。在最初的設(shè)計(jì)中：</p><p>　　R7的值為，這就使得: </p><p>　　晶體管Q1的ce間的壓降對(duì)電路線(xiàn)性的影響比較大。</p><p>　　計(jì)算可知，當(dāng)時(shí)，。因此微調(diào)多圈可調(diào)電阻R1起不到調(diào)整輸出頻率的作用。</p><p>　　因此，將R7的值改為5kΩ

12、左右。</p><p>　　(2) NE555的5腳僅接有小電容而不接到+5V，這將使得NE555的5腳的電壓為10V。因此，uA741的輸出電壓就會(huì)在5V-10V間振蕩。uA741在輸出為5V-10V時(shí)的輸入電阻等的線(xiàn)性程度沒(méi)有在其輸出為2.5V-5V時(shí)好。故將NE555的5腳接到電源+5V。不過(guò)這樣做是否會(huì)使電路的精度有可以測(cè)量到的改善尚待計(jì)算和實(shí)驗(yàn)證實(shí)。</p><p>　　(二)

13、單穩(wěn)電路(積分時(shí)間)</p><p>　　用于控制積分時(shí)間的單穩(wěn)態(tài)電路的原理圖如下(R1為可調(diào)電阻)：</p><p>　　該電路為555時(shí)基集成塊組成非可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)電路。</p><p>　　該單穩(wěn)態(tài)電路各點(diǎn)的波形如下圖所示：</p><p>　　(三)四位十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器</p><p>　　四位十六

14、進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路原理圖如下：</p><p>　　由于十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160的價(jià)格較貴(3-4元一片)，故采用較為廉價(jià)(1元多一片)的16進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS161。</p><p>　　在第一個(gè)74LS161 (U1)的2腳(clock)輸入計(jì)數(shù)脈沖。當(dāng)計(jì)數(shù)進(jìn)行到9 (1001B)時(shí)與該74LS161輸出相連的與非門(mén)輸出低電平。這樣當(dāng)下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖到來(lái)的時(shí)候，由于74LS161的 為

15、低電平，故74LS161 被置數(shù)為0。這樣就把16進(jìn)制計(jì)數(shù)器改為了十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。</p><p>　　同時(shí)，與非門(mén)的輸出還可以作為下一片74LS161的時(shí)鐘信號(hào)。</p><p>　　該四位十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路各點(diǎn)的波形如下圖所示：</p><p>　　由上面的波形圖可以看出，當(dāng)?shù)谝粋€(gè) 74LS161計(jì)數(shù)器由７計(jì)到８時(shí)，由于競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)，致使作為下一個(gè)74LS1

16、61的時(shí)鐘信號(hào)的與非門(mén)的輸出有短暫的下降。但是由于該下降時(shí)間很短，幅度不夠等因素，它并不能在實(shí)際電路中觸發(fā)下一個(gè)74LS161。盡管上述電路并不是很可靠，但是由于其較簡(jiǎn)單，故在實(shí)驗(yàn)中還是采用了上述電路。</p><p>　　經(jīng)改進(jìn)后的較為可靠的四位十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電路原理圖如下(未在實(shí)驗(yàn)中采用)：</p><p>　　上圖所示四位十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路各點(diǎn)的波形如下：</p>&

17、lt;p>　　(四)最終設(shè)計(jì)-總體</p><p>　　整個(gè)數(shù)字積分器電路的電路原理圖如下：</p><p>　　整個(gè)數(shù)字積分器電路各點(diǎn)的波形如下：</p><p><b>　　(五)電路調(diào)試：</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行，使用面包板連線(xiàn)。</p><p><b&g

18、t;　　調(diào)試步驟：</b></p><p>　　(1) 分別調(diào)試電壓-頻率轉(zhuǎn)換器、單穩(wěn)電路、四位十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器，確認(rèn)它們可以工作。然后連好整個(gè)電路。</p><p>　　調(diào)整決定單穩(wěn)態(tài)電路穩(wěn)定時(shí)間的電阻R9，使得單穩(wěn)電路的穩(wěn)定時(shí)間在1秒左右。</p><p>　　調(diào)整R1，使電路計(jì)數(shù)的精度達(dá)到要求。</p><p>　　實(shí)驗(yàn)得到的