计数型A/D转换器数电课程设计说明书与proteus仿真原理图

课程设计说明书

目录

和《电路分析》后，进行一次实际动手设计训练。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。

2)熟悉几种常用集成数字芯片，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。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。

3)进行基本技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力；初步掌握数字电子线路安装、布线、焊接、调试等基本技能；掌握组装、调试方法；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， 并按要求编写相关的设计说明书、技术文档和总结报告等。

4)培养学生的创新能力，锻炼主动思考的思维方式。

5)培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。

3) 带转换开始控制；

4) 输入电压直流电压0～5V；

5) 主要单元电路和元器件参数计算、选择；

6) 画出总体电路图；

7) 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；

8) 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；

9) 调试电路；

10) 电路性能指标测试；

11）提交格式上符合要求，内容完整的设计报告。

将数字信号通过DAC0832转换成模拟信号，与所给出的电平进行比较，并将比较的结果通过二极管间接表示出来。

    设计原理：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74HC11构成的三输入与门，再把74HC11的输出信号输入到由两片74HC161构成的计数器,74HC161的输出信号经DAC0832数模转换器后,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Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2，Q1，Q0输出。

    设计电路特点：转换速度快、电路设计与连接简单、价格便宜。

   将数字信号通过DAC0832转换成模拟信号，与所给出的电平进行比较，并将比较的结果通过二极管间接表示出来。

图3-1 计数型A/D转换器框图

图3-2 总体设计框图

上图为计数式8位A/D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）模拟电压产生电路  2）电压比较电路 3） DA转换电路 4）脉冲产生电路 5）控制电路 6）计数电路 7）输出电路。

    工作原理：计数式8位A/D转换器先由555定时器构成的多谐振荡器产生方波信号，产生的方波信号通过控制芯片74HC11构成的三输入与门，再把74HC11的输出信号输入到由两片74HC161构成的计数器,由控制电路将信号发送方波出现一次上升沿,计数器由零开始向上计数74HC161的输出信号经DAC0832数模转换器后,数摸转换器连续的将计数值转换为电压信号，输出的信号经LM324构成的比较器与待转换电压进行比较,当输入电压大于数模输出电压时，计数器继续计数，直到两者相等的瞬间才停止计数，保存在计数器内的数即代表输入电压值。最后结果由Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2，Q1，Q0输出。

3.3.1 模拟电压产生电路：在电位器上产生0～5V的待转换电压。

   将10K电阻与10K电位器相连，电阻一段接+10V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0～5V。

3.3.2 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。

LM324比较器：

LM324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，“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。

3.3.3  DA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。

D／A转换器DAC0832

图3-6 DACO832实物图

图3-7 DA转换电路

    D/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1μs，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，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。

DAC0832的引脚功能说明如下：

ILE：输入寄存器允许，高电平有效。

D0～D7：数字信号输入端。

CS：片选信号，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。

3.3.4 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。

555信号发生器

   图3-8 555实物图

         图3-9 555波形图

图3-10 信号发生器原理图

    图3-11 脉冲产生电路

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,它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。信号发生器如图所示，它是555定时器构成的多谐振荡器，VCC通过电阻R1、R2向电容C充电，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C充电，以及通过R向放电端7端放电，使电路产生振荡。广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。电容C充电和放电，其波形如图。

多谐振荡器的振荡频率为：f=1÷［（R1+2R2）］×㏑21÷［（4.7+2×4.7）］×㏑2=10Hz

多谐振荡器的振荡周期：T=1÷f=1÷10=0.1s

3.3.5 控制电路：可选电路为74LHC11，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。

  图3-12 74HC11引脚图

图3-13 74HC11真值表

   图3-14 控制电路图3-15 74HC11实物图

    2端接555的输出端产生的方波，1端接与LM324比较器输出的电压，13端接复位开关，三个信号经74HC11构成的与门再输出，输出的信号再输入控制电路。

3.3.6 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,为了完成八位计数,可使用两个74LS161。

图3-16 计数电路

图3-17 74HC161引脚图

74LS161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；Q0～Q3 是计数输出端，A～D是输入端。最高位是Q3；CO是进位信号输出端；D0～D3 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。

3.3.7 输出电路：输出八位分别为Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2，Q1，Q0,可以用发光二极管显示。

                 

图3-18 输出电路

将Q7～Q0分别接330Ω的电阻和发光二极管，构成D7～D0的输出电路。

74HC574寄存器

寄存器由74HC574构成，其引脚图如图，它可以存放8位二进制代码，其中一位二进制代码是由一个D触发器来存储的。

     

  图3-19 74HC574实物图                          图3-20 74HC574引脚图

将所有设备全部接入电路，接通电源，调动10k电位器的阻值以改变10K电位器输出的电压，八位输出端口接电平显示，看电平显示是否随其缓慢改变。用万用表检查线路是否短路、断路或者虚焊。按原理图，接上所有元器件，接通电源。匀速调节电位器，从而改变输出电压。观察三位共阴数码管是否正常显示，观察是否计数。

图3-21 设计原理图

图3-22 实物图

表4-1 数据记录

计算公式：

U=10÷2^8*D7+10÷2^7*D6+10÷2^6*D5+10÷2^5*D4+10÷2^4*D3+10÷2^3*D2+10÷2^2*D1+10÷2^1*D0

误差计算：相对误差 = | 测量值 - 真实值 |/真实值*100%
输出电压的值随输入电压值的增大而增大，输入电压的值与输出电压的值几乎相等，误差小于1LSB。

表5-1 元器件清单

表5-2 元器件所需工具

1）通过此次课设掌握了多种芯片的工作原理，如ADC0832、74HCII、LM324、555、74HC161、74HC574等。

2）电路设计仿真。电路仿真应考虑各个部分的功能，尽可能使电路简单，方便电路的焊接。画原理图时，应标明各元器件的引脚及其他接口，方便焊接。先前设计仿真图时，通过设计框图和网上资料查询，仿真的不正确，一直仿真错误，最后经过多方改正设计成功。

3）要特别注意各个+5v、+10v和-10v接口，接地端口都确保都连接好，用万用表测量就可以。电路板的两个外圈是联通的可以分别做电源和接地端。

4）焊接。焊接时把各集成块从插座上拔下，以免电烙铁加热时将集成块烧坏，要保证各接口都接触稳定。应注意焊脚之间保持适当间距，避免短路，焊好接点后，要用万用表欧姆档测试端口之间是否虚焊，焊一条线需用万用表检查其是否断路。在焊电容时，电烙铁头不宜电容针脚上加热太长时间，这样电容易损坏。焊接容易焊错，第一个板子不小心把555的一个焊盘焊掉了，导致555一直没有波形。第二个板子也是555的问题，焊锡弄得太多，弄到接地端上，导致短路，555也不出波形，经过多次查看和同学的帮助下才找到错误。改正之后出方波。  

5）本次课程设计，培养了我们综合运用理论知识解决实际问题的能力，让我们懂得了理论联系实际的重要，为以后的学习和工作起到了促进作用。也锻炼了我们的实践动手能力，提高了自己学习的积极性。

这次课程设计是继收音机制作之后关于专业的实物制作，考了多方面的知识，数电知识、电路知识、焊接知识。从开始的选题、查资料到之后的设计仿真，焊接。我觉得很遗憾的事情是我所焊的板子不够美观，开始二极管胡乱跳变，时好时坏，数据显示不正确。最后亲手做成功之后是一件非常有成就感的事情。