一種兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)

1、   一種兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的（1）、掌握電子系統(tǒng)的一般設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)流程；（2）、學(xué)習(xí)使用PROTEL軟件繪制電路原理圖及印刷板圖；（3）、掌握應(yīng)用Protues等軟件對所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，通過仿真結(jié)果驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。二、設(shè)計(jì)要求（1）、設(shè)計(jì)電路實(shí)現(xiàn)兩路的數(shù)/模轉(zhuǎn)換；（2）、設(shè)置好元件屬性，生成網(wǎng)絡(luò)表；（3）、分別使用手工布置和自動布線制作相應(yīng)的印制電路板，注意可采用總線形式進(jìn)行走線。（4）、利用PROTEL繪制電路原理圖和印刷板圖，并利用Protues軟件仿真。三、相關(guān)知識的介紹1、數(shù)模轉(zhuǎn)換器的作用：將輸入的二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成電壓或電流形式的

2、模擬量輸出。2、電路組成：由電阻陣列和n個(gè)電流開關(guān)（或電壓開關(guān)）組成的譯碼網(wǎng)絡(luò)、求和運(yùn)算放大器、參考基準(zhǔn)電壓源等部分組成。組成框圖如下：3、 分類：根據(jù)譯碼網(wǎng)絡(luò)的不同，分為權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)型、T型電阻網(wǎng)絡(luò)型、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型、權(quán)電流型型。4、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)介紹：（1）電路形式： 圖9-6 倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器（2）、工作原理由于P點(diǎn)接地、N點(diǎn)虛地，所以不論數(shù)碼D0、D1、D2、D3是0還是1，電子開關(guān)S0、S1、S2、S3都相當(dāng)于接地，因此，圖中各支路電流I0、I1、I2、I3和IR大小不會因二進(jìn)制數(shù)的不同而改變。并且，從任一節(jié)點(diǎn)a、b、c、d向左上看的等效電阻都等于R，所以流出VR的總電流為

3、IR=VR/R，而流入各2R支路的電流依次為I3=IR /2 ； I2=I3 /2=IR /4 ； I1=I2 /2=IR /8 ； I0=I1 /2=IR /16流入運(yùn)算放大器反相端的電流為Iout1=D0×I0+D1×I1+D2×I2+D3×I3=(D0×20+D1×21+D2×22+D3×23)×IR /16 運(yùn)算放大器的輸出電壓為uO=-Iout1Rf= (D0×20+D1×21+D2×22+D3×23)×IR Rf /16若Rf=R，并將IR=V

4、R/R代入上式，則有uO=-×（D0×20+D1×21+D2×22+D3×23）可見，輸出模擬電壓正比于數(shù)字量的輸入。推廣到n位，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出為uO=-倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)也只用了R和2R兩種阻值的電阻，但和T型電阻網(wǎng)絡(luò)相比較，由于各支路電流始終存在且恒定不變，所以各支路電流到運(yùn)放的反相輸入端不存在傳輸時(shí)間，因此具有較高的轉(zhuǎn)換速度。5、相關(guān)芯片的介紹：（1） 、74LS192：它是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器， CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置，CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除，CO為進(jìn)位

5、輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出， BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。它的管腳圖如下圖所示： 74LS192管腳圖（2） 、NE555：此定時(shí)器是一種多用途的集成電路，只需外接少量的阻容元件，就可組成多諧振蕩器、施密特觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。管腳功能介紹：1腳接地，8腳是電源端，2腳稱觸發(fā)端（TR），是下比較器的輸入，3腳是輸出端（V0），它有0和1兩種狀態(tài)，由輸入端所加電平?jīng)Q定，7腳是放電端，它是內(nèi)部放電管的輸出，有懸空和接地兩種狀態(tài)，也是由輸入端的狀態(tài)決定，4腳為復(fù)位端，加上低電平可以使輸出為低電平，5腳是控制電壓端，用以改變上下觸發(fā)電平值。TH>2/3Vcc為高電平時(shí)，復(fù)位端有

6、效，置0；TR<1/3Vcc為低電平時(shí)，置數(shù)端有效，置1。 NE555管腳圖（3） 、DAC0832：它是8位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，內(nèi)含T型電阻網(wǎng)絡(luò)，差動電流輸出，D/A轉(zhuǎn)換可分為兩個(gè)階段：CS#=0、WR1#=0、ILE=1，使輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器；WR2#=0、XFER#=0，數(shù)據(jù)傳送到DAC寄存器，并開始轉(zhuǎn)換。輸出電壓V0與輸入電壓Vi的關(guān)系為：V0=-Rf/R*Vin，其中，Rf為反饋電阻，R為輸入電阻。管腳介紹：CS 輸入寄存器選擇信號，低電平有效，它和ILE信號一起來決定是否起作用；ILE為輸入寄存器的選通信號， 和 CS 、WR1一起將要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送入數(shù)據(jù)寄存器；WR

7、1輸入寄存器的寫選通信號， 必須和 CS 、ILE同時(shí)有效； WR2寫信號2，在傳送控制信號有效的情況下，用它將輸入寄存器的數(shù)字傳送到DAC寄存器，同時(shí)D/A轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換。XFER傳送控制信號，用來控制是DAC否起作用。IOUT1為模擬電流輸出端，當(dāng)DAC寄存器中內(nèi)容為0FFH時(shí),LOUT1電流最大，當(dāng)DAC寄存器中的內(nèi)容為00H時(shí)，IOUT1電流最小。IOUT2為模擬電流輸出端。DAC0832為差動輸出，一般情況下， IOUT1+ IOUT1=常數(shù)。 DAC0832的管腳圖6、 DA轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)：分辨率，轉(zhuǎn)換精度，轉(zhuǎn)換時(shí)間。四、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案1、根據(jù)題目要求，充分掌握數(shù)字電路的相關(guān)知

8、識，設(shè)計(jì)一種兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，來實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號。輸入信號輸入1,0經(jīng)過相關(guān)的電路后，已轉(zhuǎn)化為模擬信號輸出，輸出的模擬信號，可采用電壓表來測量，其波形可由示波器給出。電路的確定：有兩種方案：方案一：本設(shè)計(jì)主要由3大模塊組成，第一是倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)，第二是兩片CMOS4066芯片作為模擬開關(guān)組成4為輸入端，第三是運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電壓輸出電路，具體電路如下圖： 圖一：電路圖 由圖中知道，有4個(gè)輸入端，輸入數(shù)字量，以控制coms開關(guān)的通斷。在圖中只要vcc選定，電路的總電流就能確定?？傠娏髟俳?jīng)過放大器則轉(zhuǎn)化為電壓輸出。在741的末端，我們可以用電壓表測出輸出端的電壓。輸出電壓：U=-R9*I=

9、vcc/16*（輸入的十進(jìn)制數(shù)字量）方案二：采用NE555定時(shí)器和74LS192計(jì)數(shù)器做循環(huán)控制電路，74LS138譯碼器作為兩路數(shù)模轉(zhuǎn)換中采用哪一路的選擇，兩片DAC0832用于數(shù)模轉(zhuǎn)換，集成運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電壓的輸出，具體電路圖如下： 圖二：總電路圖 下面對其進(jìn)行分模塊說明：（1）、數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊：由一片74LS192計(jì)數(shù)器和一片NE555定時(shí)器構(gòu)成，通過555構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖頻，其振蕩頻率為：f=1.44/（R1+2*R2）C,此電路的振蕩頻率為f=0.21HZ；同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192構(gòu)成一個(gè)循環(huán)的計(jì)數(shù)器，其輸出為兩片DA轉(zhuǎn)換芯片提供變化的數(shù)字量。 圖三：數(shù)據(jù)產(chǎn)生模塊（2

10、）、通路選擇模塊：用一片74LS138譯碼器實(shí)現(xiàn)，其輸入C接地，B和A分別接一個(gè)開關(guān)，開關(guān)的狀態(tài)決定有哪一路輸出；其輸出Y0和Y1分別接兩片DA轉(zhuǎn)換芯片的片選，已決定選擇那個(gè)芯片工作。當(dāng)BA=00時(shí)，第一片DA芯片的片選有效，開始工作；當(dāng)BA=1時(shí)，第一片DA芯片的片選有效，開始工作。實(shí)現(xiàn)兩路中選一路的功能。其電路圖如下: 圖四：通路選擇模塊（3）、DA轉(zhuǎn)換模塊：由兩片DAC0832芯片組成，DAC0832的內(nèi)部包含一個(gè)T型電阻網(wǎng)絡(luò)，8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換器以及部分邏輯門電路，其輸入接計(jì)數(shù)器74LS192的各個(gè)輸出端，對其輸入不同的數(shù)字量，經(jīng)DAC芯片的轉(zhuǎn)換，其輸出為

11、差動電流信號，要想獲得模擬電壓輸出，必須外接運(yùn)算放大器。輸出模擬電壓正比于數(shù)字量的輸入。n位的D/A轉(zhuǎn)換器的輸出為： Vo=- 其中Vref為參考電壓。 圖五：T型電阻網(wǎng)絡(luò) 圖六：DA轉(zhuǎn)換模塊5、 電路的選擇： 由于輸入數(shù)據(jù)后，需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖，所存，以及想很直觀的觀察到模擬量的輸出，考慮以上因素，綜合考慮，采用方案二。1、總電路圖如圖七所示： 圖七：Protues繪制的總電路原理圖2、用protel繪制的電路原理圖及PCB版圖： 圖八：用Protel繪制的電路原理圖 圖九：PCB版圖六、結(jié)果：（1） 、元件清單如圖十所示： 圖十：元件清單（2） 、仿真結(jié)果：輸入不同的數(shù)字量，對應(yīng)電壓表的顯示結(jié)果（取樣）：輸入數(shù)字量輸出電壓值（V）輸入數(shù)字量輸出電壓值（V）0000 0000 +0.000011 1100 -1.1720000 0011 -0.0390011 1111 -1.2300000 1111 -0.2931100 0000 -3.7500011 0000 -0.9381111 0011 -4.746示波器輸出波形：當(dāng)Y1Y0