《電子技術(shù)》課程設(shè)計報告計數(shù)式8位AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)計與制作

1、電子技術(shù)課程設(shè)計報告課題：計數(shù)式8位ad轉(zhuǎn)換器的 設(shè)計與制作班級 學(xué)號 學(xué)生姓名 專業(yè) 電氣工程及其自動化 系別 電氣信息類 指導(dǎo)教師 電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)小組 淮陰工學(xué)院電子信息工程系2014年6月一、設(shè)計目的a)培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計思想，訓(xùn)練綜合運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識去分析和解決工程實(shí)際問題的能力。b)學(xué)習(xí)較復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計的一般方法，提高基于模擬、數(shù)字電路等知識解決電子信息方面常見實(shí)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。c)進(jìn)行基本技能訓(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(yùn)用的能力，掌握設(shè)計資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及使用仿真軟件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

2、進(jìn)行調(diào)試和數(shù)據(jù)處理等。d)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。二、設(shè)計要求1.電源5v；2.輸出數(shù)字量8位；3.誤差1lsb；4.定時開始轉(zhuǎn)換或手動控制開始；5.有轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志；6.輸入電壓直流電壓02.5v；7.主要單元電路和元器件參數(shù)計算、選擇；8.畫出總體電路圖；9.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(xì)檢查，看是否有錯接、漏接、虛焊的現(xiàn)象；10.調(diào)試電路；11.電路性能指標(biāo)測試；12.提交格式上符合要求，內(nèi)容完整的設(shè)計報告。三、總體設(shè)計1.總體設(shè)計框圖 輸入給定比較器控制電路d/a轉(zhuǎn)換器i/v變換計數(shù)器參考電壓給定電路輸出指示脈沖產(chǎn)生電路為計數(shù)式8位ad轉(zhuǎn)

3、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）輸入給定電壓 （2）比較電路 （3）d/a轉(zhuǎn)換電路 （4）計數(shù)脈沖產(chǎn)生電路 （5）控制電路 （6）計數(shù)器電路 （7）i/v變換電路 （8）參考電壓給定電路 （9）輸出指示電路2.電路組成圖及工作原理計數(shù)式8位ad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，輸入到由控制芯片74ls00構(gòu)成rs觸發(fā)器，再把74ls00的輸出信號輸入到由兩片74l161級聯(lián)構(gòu)成的計數(shù)器當(dāng)做時序信號,74l161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(jìn)行比較,最后結(jié)果由輸出指示電路的發(fā)光二

4、極管顯示。3.各框圖的功能和實(shí)現(xiàn)該功能的可選電路及特點(diǎn)1) 輸入給定電壓：在電位器上產(chǎn)生02.5v的待轉(zhuǎn)換電壓。2)電壓比較電路：可選用lm324，比較兩個電壓值進(jìn)行判斷并輸出高電平或低電平，待轉(zhuǎn)換電壓vx進(jìn)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。3)d/a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。4）計數(shù)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。5）控制電路：可選電路為74ls00，連接出一個rs觸

5、發(fā)器，有計數(shù)和置零功能；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)。6）計數(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,為了完成計數(shù),可使用兩個74ls161級聯(lián)。7）i/v變換電路：選用lm324，da轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換出的模擬電流量經(jīng)運(yùn)放通過反饋轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號vy。8）參考電壓給定電路：利用電位器、運(yùn)放和-5v的電源得到一個-2.50的參考電壓。9）輸出指示電路：輸出八位分別為q7，q6，q5，q4，q3，q2，q1，q0,可以用發(fā)光二極管顯示。4電路制作所需的工具工具名稱 工具數(shù)量 電烙鐵 1 萬

6、用表 1 剪刀 1 鑷子 1 鉗子1 5電路制作所需元器件列表元件名稱 元件數(shù)量 10k電阻 34.7k電阻21k電阻 1010k電位器 2 0.01uf電容 2 發(fā)光二極管8集成塊lm324 1 集成塊555 2 集成塊74ls161 2 集成塊74ls00 1 8位d/a轉(zhuǎn)換器dac0832 1 20孔插座 1 16孔插座 214孔插座 2 8孔插座 1 電路板 1 焊錫絲 若干 導(dǎo)線 若干 四、單元電路設(shè)計1.輸入給定電壓 將10k電阻與10k電位器相連，電阻一端接+5v電壓，電位器一端接地，電位器中間接輸出，則可以得到輸出電壓在02.5v。2. 比較電路(lm324比較器)lm324是

7、四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如上圖所示。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(fù)電源端，“vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，vi-（-）為反相輸入端，表示運(yùn)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(yùn)放輸出端vo的信號與該輸入端的相位相同。當(dāng)去掉運(yùn)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(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)為無窮大，此時運(yùn)放形成一個電壓比較器，其輸出如不是高電平（v+），

8、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，運(yùn)放輸出高電平。其中vi+接輸入給定電壓，vi-接da轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換出的模擬電壓量，當(dāng)vi+ vi-時，vo為低電平，計數(shù)停止。3. d/a轉(zhuǎn)換電路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。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(zhǔn)電壓范圍為10v，電流建立時間為1s，cmos工藝，低功耗20mw。dac0832轉(zhuǎn)換器芯片為20引腳，雙列

9、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。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(dāng)ile為高電平，片選信號（cs）和寫信號（wr1）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(dāng)（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

10、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。dac0832的引腳功能說明如下：ile：輸入寄存器允許，高電平有效。d0d7：數(shù)字信號輸入端。cs：片選信號，低電平有效。wr1：寫信號1，低電平有效。xfer：傳送控制信號，低電平有效。wr2：寫信號2，低電平有效。iout1,iout2：dac電流輸出端。rfb:反饋電阻，是集成在片內(nèi)的外接運(yùn)放的反饋電阻。vref:基準(zhǔn)電壓（-10+10）v。vcc:電源電壓(+5+15)v。agnd:模擬地。ngnd:數(shù)字地。 4.計數(shù)脈沖產(chǎn)生電路本設(shè)計可采用555定時器構(gòu)成計數(shù)脈沖產(chǎn)生電路，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、方

11、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。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2/3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(dāng)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

12、使信號發(fā)生器產(chǎn)生方波信號。如下圖：充電時間為0.7（r1+r2）c=0.7（4.7103+4.7103）110-8=6.5810-5s，放電時間為0.7r2c=0.74.7103110-8=3.2910-5s，周期t=6.5810-5+3.2910-5s=9.8710-5s5. 控制電路 控制電路可以用74ls00構(gòu)成,如上圖可知，74ls00內(nèi)有四個獨(dú)立的與非門。應(yīng)用該集成塊，可用兩個與非門組成一個rs觸發(fā)器。再將555輸出的方波信號與rs觸發(fā)器的q端接入同一與非門，將前面的輸出cp與比較器輸出的電壓vo接入同一與非門，可得到穩(wěn)定的時序信號cp，接入計數(shù)器電路。（當(dāng)vo由高電平轉(zhuǎn)換成低電平時

13、，cp為1不在變化，自動停止計數(shù)）當(dāng)開關(guān)接上時，q為1，如上圖所示開始計數(shù)；開關(guān)接下時，q為0（q與計數(shù)器的清零端cr相連），計數(shù)器置零；開關(guān)斷開時，保持上一狀態(tài)）。6計數(shù)器電路74ls161是4位二進(jìn)制同步加法計數(shù)器，除了有二進(jìn)制加法計數(shù)功能外，還具有異步清零、同步并行置數(shù) 、保持等功能。74ls161的邏輯電路圖和引腳排列圖如圖1所示，cr是異步清零端，ld是預(yù)置數(shù)控制端，d0 ，d1，d2，d3是預(yù)置數(shù)據(jù)輸人端，p和t是計數(shù)使能端，c是進(jìn)位輸出端，它的設(shè)置為多片集成計數(shù)器的級聯(lián)提供了方便。該課程設(shè)計便級聯(lián)圖如下（清零端與控制電路rs觸發(fā)器的q端相連）l74ls161具有以下功能。計數(shù)器電

14、路是由兩個74ls161計數(shù)器構(gòu)成的,74ls161正常工作時由0000開始計數(shù)。 （1）異步清零功能 當(dāng)cr0時，不管其他輸人端的狀態(tài)如何（包括時鐘信號cp），4個觸發(fā)器的輸出全為零。 （2）保持功能 在cr=ld1的條件下，當(dāng)tp0時，不管有無cp脈沖作用，計數(shù)器都將保持原有狀態(tài)不變（停止計數(shù)） 。 （3）同步二進(jìn)制計數(shù)功能 當(dāng)crldpt1時，74ls161處于計數(shù)狀態(tài)，電路從0000狀態(tài)開始，連續(xù)輸入16個計數(shù)脈沖后，電路 將從1111狀態(tài)返回到0000狀態(tài).7.i/v變換電路dac0832輸出的結(jié)果是電流信號，而比較電路比較的是電壓，所以需要將電流轉(zhuǎn)換成電壓。此單元電路需使用運(yùn)放lm

15、324，將運(yùn)放的輸出端口與dac0832的rfb端口連接構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，得到電壓信號v=-iout1*rfb。8. 參考電壓給定電路因?yàn)関=-iout1*rfb需要為正，即iout1需為負(fù)，所以參考電壓為負(fù)值，電路類似電壓給定電路。9. 輸出指示電路將q7q0分別接1k的電阻和發(fā)光二極管，構(gòu)成d7d0的輸出電路。與d/a轉(zhuǎn)換器的d7d0相連。相應(yīng)位置輸出高電平時，二極管發(fā)光，因此根據(jù)的發(fā)光個數(shù)及對應(yīng)位置可讀出與模擬電壓相對應(yīng)的數(shù)字量。五、調(diào)試1電壓給定電路的調(diào)試連接好電路，用數(shù)字電壓表測量電位器中間輸出電壓是否在02.5v內(nèi)在02.5v內(nèi)，則模擬電壓產(chǎn)生電路正常。2輸出電路的調(diào)試將q7q0接邏輯

16、電平輸入，當(dāng)邏輯電平為1時，發(fā)光二極管亮，則輸出電路正常。3脈沖產(chǎn)生電路的調(diào)試先卸下除555芯片的其他芯片,在vcc端口接+5v電壓,gnd端口接地,out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。4.控制電路（74ls00）的調(diào)試 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(dāng)9端為低電平，10 端為低電平時，輸出為高電平；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(dāng)9、10兩端均為高電平時，

17、輸出為低電平。5計數(shù)器電路（74ls161）的調(diào)試先卸下除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,按單次脈沖按鈕,觀察8個二極管是否從00000000到11111111逐個增大變化,達(dá)到同步加計數(shù)器的功能。6dac0832的調(diào)試先卸下除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

18、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。7比較電路（ lm324）的調(diào)試將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(jìn)制數(shù)增大而增大，則lm324調(diào)試成功。六、電路測試及測試結(jié)果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)。輸入電壓/v 輸出電壓（二進(jìn)制） 輸出電壓（十進(jìn)制）/v 0.17 00001001 0.1660 0.56 00111011 0.5564 0.82 01010010 0.8155 1.05 01101011 1.0535 1.25 10000000 1.2504 1.55 1