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標題: 計數式8位AD轉換器的設計與制作(Proteus仿真+設計文檔) [打印本頁]
作者: wubin990501    時間: 2019-1-13 11:49
標題: 計數式8位AD轉換器的設計與制作(Proteus仿真+設計文檔)
課題： 計數式8位AD轉換器的Proteus仿真設計與制作

1、設計目的2、設計指標及要求3、總體設計
圖 3-1
3.1總體組成及框圖圖3-1為計數式8位AD轉換器的總體框架圖，分別由輸入直流電壓電路、比較器電路、D/A轉換電路、計數脈沖產生電路、控制電路、二進制計數器電路、十進制計數器電路、譯碼顯示是電路八個部分組成。
3.2實現電路的組成圖及原理
圖3-2 總體原理圖
工作原理：計數式8位A/D轉換器先由555定時器構成的多諧振蕩器產生方波信號，產生的方波信號通過控制芯片74LS20構成的四輸入與非門，再把74LS20的輸出信號輸入到由兩片74161構成的計數器,由控制電路將信號發送方波出現一次上升沿,計數器由零開始向上計數74161的輸出信號經DAC0832數模轉換器后,數摸轉換器連續的將計數值轉換為電壓信號，輸出的信號經LM324構成的比較器與待轉換電壓進行比較,當輸入電壓大于數模輸出電壓時，計數器繼續計數，直到兩者相等的瞬間才停止計數，保存在計數器內的數即代表輸入電壓值。最后結果由Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2，Q1，Q0輸出。
3.3實現電路的功能及特點





3.3主要器件通用運放LM324、DA轉換器DAC0832、與非門74LS00
元件名稱
元件數量
10K電阻
6
1K電阻
2
10K電位器
2
33K電阻
9
發光二極管
8
C473電容
1
47u電容
1
集成塊LM324
1
集成塊555
2
集成塊74161
2
集成塊74LS00
1
8位D/A轉換器DAC0832
1
導線
若干

4、單元電路設計
4.1 模擬電壓產生電路

圖4-1
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，則可以得到輸出電壓在0～2.5V。
4.2 電壓比較電路
比較兩個電壓值進行判斷并輸出高電平或低電平，待轉換電壓VX進入比較器正端，而經DA轉換器轉換出的模擬電壓量VY則進入比較器負端與VX比較。若VX>VY，則比較器輸出為高電平，反之為低電平。
LM324比較器：


圖4-2 電壓比較電路
LM324是四運放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝，外形如下圖所示。它的內部包含四組形式完全相同的運算放大器，除電源共用外，四組運放相互獨立。每一組運算放大器可用圖(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，表示運放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。當去掉運放的反饋電阻時,或者說反饋電阻趨于無窮大時,即開環狀態,理論上運放的開環放大倍數為無窮大，此時運放形成一個電壓比較器，其輸出如不是高電平（V+），就是低電平（V-或接地）。當正輸入端電壓高于負輸入端電壓時，運放輸出低電平。
4.3  DA轉換電路
將數字量轉化為模擬量，可以選用DAC0832，輸出為電流量，需轉化成模擬電壓量才可以與待轉換電壓Vx比較。
D／A轉換器DAC0832



圖4-3 DA轉換電路
    D/A轉換器的結構有很多種，分為電壓定標、電荷定標、電流定標等。不同結構的D/A轉換器在性能上是有差異的。單純采用一種定標方式，需要有很高的匹配精度，否則很難實現高精度轉換。我們采用集成塊DAC0832。DAC0832是一個8位D/A轉換器。單電源供電，從+5V～+15V均可正常工作，基準電壓范圍為10V，電流建立時間為1μs，CMOS工藝，低功耗20mW。DAC0832轉換器芯片為20引腳，雙列直插式封裝，能完成數字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉換。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（WR1）由低電平變高時，控制信號成為低電平，數據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據的變化而變化。使用時，數據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輸出控制邏輯電路，該邏輯電路的功能是進行數據鎖存控制。
DAC0832的引腳功能說明如下：
ILE：輸入寄存器允許，高電平有效。
D0～D7：數字信號輸入端。
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，是集成在片內的外接運放的反饋電阻。
Vref:基準電壓（-10～+10）V。
Vcc:電源電壓(+5～+15)V。
AGND:模擬地。
NGND:數字地。
4.4 脈沖產生電路
產生一個頻率較高的方波信號CP，可選用555構成的多諧振蕩器。
555信號發生器:
   

圖4-4-1 信號發生器原理圖

圖4-4-2 脈沖產生電路
555定時器它是一種時基電路，它是一種應用極為廣泛的中規模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩、多諧和施密特觸發器。因而廣泛用于信號的產生、變換、控制與檢測。由于555內部的比較器靈敏度較高,而且采用差分電路方式,它的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響很小。信號發生器如圖所示，它是555定時器構成的多諧振蕩器，VCC通過電阻R1、R2向電容C充電，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩態，僅存在兩個暫穩態，電路也不需要外加觸發信號，利用電源通過R1，R2向C充電，以及通過R向放電端7端放電，使電路產生振蕩。廣泛用于信號的產生、變換、控制與檢測。電容C充電和放電，其波形如圖。
多諧振蕩器的振蕩頻率為：f=1÷［（R1+2R2）］×㏑21÷［（4.7+2×4.7）］×㏑2=10Hz
多諧振蕩器的振蕩周期：T=1÷f=1÷10=0.1s
4.5 控制電路
可選電路為74LS20，控制計數電路的計數功能，由比較器的輸出結果和脈沖信號CP共同決定, 555構成的多諧振蕩器輸出上升沿時,加計數器開始計數.
圖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


圖4-5 控制電路
   2端接555的輸出端產生的方波，1端接與LM324比較器輸出的電壓，13端接復位開關，三個信號經74LS20構成的與門再輸出，輸出的信號再輸入控制電路。
4.6 計數電路
進行加記數，輸出的數字量進入DA轉換電路變為模擬電流量,為了完成八位計數,可使用兩個74161。

圖4-6 計數電路
74161由四個 JK 觸發器和一些控制門組成，其中 CP 是計數輸入脈沖，上升沿有效；Q0～Q3 是計數輸出端，A～D是輸入端。最高位是Q3；CO是進位信號輸出端；D0～D3 為預置數并行輸入端；CTT和CTP是工作狀態控制端。74161具有計數、預置、保持、清零等功能。
4.7 輸出電路
輸出八位分別為Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2，Q1，Q0,可以用數碼管顯示。

圖4-7 輸出電路
將Q7～Q0接兩個數碼顯示管，構成D7～D0的輸出電路。
5、調試將所有設備全部接入電路，接通電源，調動10k電位器的阻值以改變10K電位器輸出的電壓，八位輸出端口接電平顯示，看電平顯示是否隨其緩慢改變。按原理圖，接上所有元器件，接通電源。勻速調節電位器，從而改變輸出電壓。觀察共陰數碼管是否正常顯示，觀察是否計數。
5.1 原理設計圖
圖5-1 設計原理圖
5.2 結果分析表5-2 數據記錄
輸入電壓/V
輸出電壓（二進制）
輸出電壓（十進制）/V
誤差計算
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%
計算公式：
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
誤差計算：相對誤差 = | 測量值 - 真實值 |/真實值*100%
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。
六. 設計總結
通過此次課設掌握了多種芯片的工作原理，如DAC0832、LM324、555、74161、74LS20、NOT等。
電路設計仿真。電路仿真應考慮各個部分的功能，盡可能使電路簡單，方便連接。畫原理圖時，應標明各元器件的引腳及其他接口，方便連線。先前設計仿真圖時，通過設計框圖和網上資料查詢，仿真的不正確，一直仿真錯誤，最后經過多方改正設計成功。
要特別注意各個+5v、+10v和-10v接口，接地端口都確保都連接好。
本次課程設計，培養了我們綜合運用理論知識解決實際問題的能力，讓我們懂得了理論聯系實際的重要，為以后的學習和工作起到了促進作用。也鍛煉了我們的實踐動手能力，提高了自己學習的積極性。




全部資料51hei下載地址(Proteus仿真+Word格式設計報告)：
電工實習--計數型8位AD轉換器.rar (6.38 MB, 下載次數: 150)


作者: 霞霞啊    時間: 2020-3-27 16:39
樓主，有做過逐次逼近式的ad轉換嗎
作者: wubin990501    時間: 2020-11-29 14:43
霞霞啊 發表于 2020-3-27 16:39
樓主，有做過逐次逼近式的ad轉換嗎

沒得，這就是我們之前弄得實習
作者: 慰藉    時間: 2021-9-11 19:29
樓主有沒有做過連續計數式的呀嚶嚶嚶
作者: 慰藉    時間: 2021-9-13 19:57
怎么才能換成8位以上呢
作者: 2129853845    時間: 2023-2-16 11:45
和我實習好像



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