标题: 计数式8位AD转换器的设计与制作(Proteus仿真+设计文档) [打印本页]
作者: wubin990501    时间: 2019-1-13 11:49
标题: 计数式8位AD转换器的设计与制作(Proteus仿真+设计文档)
课题： 计数式8位AD转换器的Proteus仿真设计与制作

1、设计目的2、设计指标及要求3、总体设计
图 3-1
3.1总体组成及框图图3-1为计数式8位AD转换器的总体框架图，分别由输入直流电压电路、比较器电路、D/A转换电路、计数脉冲产生电路、控制电路、二进制计数器电路、十进制计数器电路、译码显示是电路八个部分组成。
3.2实现电路的组成图及原理
图3-2 总体原理图
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74LS20构成的四输入与非门，再把74LS20的输出信号输入到由两片74161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74161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实现电路的功能及特点





3.3主要器件通用运放LM324、DA转换器DAC0832、与非门74LS00
元件名称
元件数量
10K电阻
6
1K电阻
2
10K电位器
2
33K电阻
9
发光二极管
8
C473电容
1
47u电容
1
集成块LM324
1
集成块555
2
集成块74161
2
集成块74LS00
1
8位D/A转换器DAC0832
1
导线
若干

4、单元电路设计
4.1 模拟电压产生电路

图4-1
将1K电阻与1K电位器相连，电阻一段接+5V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0～2.5V。
4.2 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：


图4-2 电压比较电路
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。
4.3  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4-3 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。
4.4 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4-4-1 信号发生器原理图

图4-4-2 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
4.5 控制电路
可选电路为74LS20，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3-13 74LS20真值表
A
B
C
Z
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
0
1
0
1
1
0
0
1
1
1
1


图4-5 控制电路
   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74LS20构成的与门再输出，输出的信号再输入控制电路。
4.6 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74161。

图4-6 计数电路
74161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。74161具有计数、预置、保持、清零等功能。
4.7 输出电路
输出八位分别为Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2，Q1，Q0,可以用数码管显示。

图4-7 输出电路
将Q7～Q0接两个数码显示管，构成D7～D0的输出电路。
5、调试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。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。观察共阴数码管是否正常显示，观察是否计数。
5.1 原理设计图
图5-1 设计原理图
5.2 结果分析表5-2 数据记录
输入电压/V
输出电压（二进制）
输出电压（十进制）/V
误差计算
0
00000000
0
0
1.72
11010100
1.67
2.9%
2.17
01011100
2.26
4.14%
2.66
01100010
2.73
2.6%
2.62
11100010
2.77
5.7%
3.55
11101010
3.40
4.2%
3.82
01100110
3.9
2.0%
4.5
00011110
4.68
4.0%
4.78
10111110
4.88
2.0%
5
11111111
5.01
0.2%
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。
六. 设计总结
通过此次课设掌握了多种芯片的工作原理，如DAC0832、LM324、555、74161、74LS20、NOT等。
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，方便连接。画原理图时，应标明各元器件的引脚及其他接口，方便连线。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。
要特别注意各个+5v、+10v和-10v接口，接地端口都确保都连接好。
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。




全部资料51hei下载地址(Proteus仿真+Word格式设计报告)：
电工实习--计数型8位AD转换器.rar (6.38 MB, 下载次数: 150)


作者: 霞霞啊    时间: 2020-3-27 16:39
楼主，有做过逐次逼近式的ad转换吗
作者: wubin990501    时间: 2020-11-29 14:43
霞霞啊 发表于 2020-3-27 16:39
楼主，有做过逐次逼近式的ad转换吗

没得，这就是我们之前弄得实习
作者: 慰藉    时间: 2021-9-11 19:29
楼主有没有做过连续计数式的呀嘤嘤嘤
作者: 慰藉    时间: 2021-9-13 19:57
怎么才能换成8位以上呢
作者: 2129853845    时间: 2023-2-16 11:45
和我实习好像



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