位逐次漸進(jìn)式AD轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

1、XXX 大學(xué)課程設(shè)計(jì)資料歸檔名 稱 逐次漸進(jìn)式A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì) 院 部 機(jī)械工程學(xué)院 班 級(jí) 機(jī)電11-2BF 指導(dǎo)教師 XXX 審 核 材 料 目 錄序號(hào)名稱數(shù)量備注1課程設(shè)計(jì)計(jì)劃12課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)13課程設(shè)計(jì)管理材料14課程設(shè)計(jì)總結(jié)1組長(zhǎng)：XXX組員：XXX、XXXXXX 大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)設(shè)計(jì)題目： 逐次漸進(jìn)式A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì) 院 部： 機(jī)械學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械電子工程 學(xué)生姓名: XXX 學(xué) 號(hào): XXXXXXXXXXX 起迄日期: 2013 年 12月30日 2014 年1月5日 指導(dǎo)教師: XXX 教研室主任： 目錄一、 設(shè)計(jì)目的二、 設(shè)計(jì)要求三、 元器件列表四、 設(shè)計(jì)內(nèi)容

2、1、 總體設(shè)計(jì)2、 工作原理3、 電路圖與仿真運(yùn)行現(xiàn)象4、 各部分電路設(shè)計(jì)五、 設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及解決過(guò)程六、 電路參數(shù)七、 設(shè)計(jì)總結(jié)八、 參考文獻(xiàn)8位逐次漸近式A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)一、 設(shè)計(jì)目的：1、培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的正確設(shè)計(jì)思想，嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度，訓(xùn)練綜合運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過(guò)的理論和生產(chǎn)實(shí)際知識(shí) 去分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。2、 學(xué)習(xí)較復(fù)雜的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般方法，提高基于模擬、數(shù)字電路等知識(shí)解決電子信息方面常見(jiàn)實(shí)際問(wèn)題的能力，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)、自行制作和自行調(diào)試。3、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(shí)別、測(cè)量、熟練運(yùn)用的能力，掌握設(shè)計(jì)資料、手冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范以及使用仿真

3、軟件、實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行調(diào)試和數(shù)據(jù)處理等。4 、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，根據(jù)逐次漸進(jìn)式原理設(shè)計(jì)一個(gè)8位的A/D轉(zhuǎn)換器。二、 設(shè)計(jì)要求：1、能夠?qū)?5V的直流信號(hào)轉(zhuǎn)換為8位二進(jìn)制數(shù)。2、要求轉(zhuǎn)換誤差小于0.1V。3、設(shè)置一啟動(dòng)鍵，按下啟動(dòng)鍵開(kāi)始轉(zhuǎn)換。4、設(shè)置一個(gè)指示燈，顯示轉(zhuǎn)換完畢。三、 元器件列表編號(hào)器件型號(hào)數(shù)量1D觸發(fā)器2028位D/A轉(zhuǎn)換器DAC083213發(fā)光二極管114通用電路板150.47uF電容160.01uF電容17集成塊55518200定植電阻119與門(mén)210與非門(mén)111TL0822125.1K定植電阻2四、 設(shè)計(jì)內(nèi)容4.1總體設(shè)計(jì)（1）總框架圖圖4.1.1 計(jì)數(shù)式8位A/D轉(zhuǎn)換器的總體

4、設(shè)計(jì)框圖 圖2：8位逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器波形圖4.2工作原理：逐次逼近轉(zhuǎn)換過(guò)程和用天平稱物重非常相似。天平稱重物過(guò)程是，從最重的砝碼開(kāi)始試放，與被稱物體行進(jìn)比較，若物體重于砝碼，則該砝碼保留，否則移去。再加上第二個(gè)次重砝碼，由物體的重量是否大于砝碼的重量決定第二個(gè)砝碼是留下還是移去。照此一直加到最小一個(gè)砝碼為止。將所有留下的砝碼重量相加，就得此物體的重量。仿照這一思路，逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器，就是將輸入模擬信號(hào)與不同的參考電壓作多次比較，使轉(zhuǎn)換所得的數(shù)字量在數(shù)值上逐次逼近輸入模擬量對(duì)應(yīng)值。 對(duì)圖1的電路，它由啟動(dòng)脈沖啟動(dòng)后，在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖作用下，控制電路使時(shí)序產(chǎn)生器的最高位置1，其他位置0

5、，其輸出經(jīng)數(shù)據(jù)寄存器將10000，送入D/A轉(zhuǎn)換器。輸入電壓首先與D/A器輸出電壓（VREF/2）相比較，如v1VREF/2，比較器輸出為1，若vI< VREF/2，則為0。比較結(jié)果存于數(shù)據(jù)寄存器的Dn-1位。然后在第二個(gè)CP作用下，移位寄存器的次高位置1，其他低位置0。如最高位已 存1，則此時(shí) vO'=（3/4）VREF。于是v1再與（3/4）VREF相比較，如v1（3/4）VREF，則次高位Dn-2存1，否則Dn-2=0；如最高位為0，則vO'=VREF/4，與vO'比較，如v1VREF/4，則 Dn-2位存1，否則存0。以此類推

6、，逐次比較得到輸出數(shù)字量。為了進(jìn)一步理解逐次比較A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理及轉(zhuǎn)換過(guò)程。下面用實(shí)例加以說(shuō)明設(shè)圖1電路為8位A/D轉(zhuǎn)換器，輸入模擬量vA=6.84V，D/A轉(zhuǎn)換器基準(zhǔn)電壓VREF=10V。 根據(jù)逐次比較D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理，可畫(huà)出在轉(zhuǎn)換過(guò)程中CP、啟動(dòng)脈沖、D7D0及D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓圖2所示。 由圖2可見(jiàn)，當(dāng)啟動(dòng)脈沖低電平到來(lái)后轉(zhuǎn)換開(kāi)始，在第一個(gè)CP作用下，數(shù)據(jù)寄存器將D7D0=10000000送入D/A轉(zhuǎn)換器，其輸出電壓 v0'=5V，vA與v0'比較，vA>v0'存1；第二個(gè)CP到來(lái)時(shí)，寄存器輸出D7D0=11000000，v0'

7、;為7.5V，vA再與7.5V比較，因vA<7.5V，所以D6存0；輸入第三個(gè)CP時(shí)，D7D0=10100000，v0'=6.25V；vA再與v0'比較，如此重復(fù)比較下去，經(jīng)8個(gè)時(shí)鐘周期，轉(zhuǎn)換結(jié)束。由圖中v0'的波形可見(jiàn)，在逐次比較過(guò)程中，與輸出數(shù)字量對(duì)應(yīng)的模擬電壓v0'逐漸逼近vA值，最后得到A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)果D7D0為10101111。該數(shù)字量所對(duì)應(yīng)的模擬電壓為6.8359375V，與實(shí)際輸入的模擬電壓6.84V的相對(duì)誤差僅為0.06%。4.3電路圖與仿真運(yùn)行現(xiàn)象 （1）本次課程設(shè)計(jì)電路圖由Proteus軟件進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)與運(yùn)行，電路總圖如下； （2）

8、電路圖左下角的脈沖指示燈（紅色）、運(yùn)行指示燈（黃色）、停止指示燈（綠色），電路工作時(shí)，脈沖指示燈閃爍，表示有脈沖，閃爍頻率=脈沖頻率，運(yùn)行指示燈一直亮著，表示電路正在運(yùn)行，電路轉(zhuǎn)換完成時(shí)，只有停止指示燈亮，表示電路已經(jīng)準(zhǔn)換完成； （3）電路圖右上角LED指示燈D7、D6D1、D0，分別代表5/2V、5/4V、 5/256V電壓，電路轉(zhuǎn)換完成后，將其中亮著的燈所代表的數(shù)值相加，便得到輸入的模擬電壓的數(shù)字量；（4）轉(zhuǎn)換過(guò)程是從最高位（D7）逐步向低位進(jìn)行的，通過(guò)調(diào)節(jié)555集成電路的外接電阻，可以得到不同的工作頻率，這里采用5.1K電阻，所得頻率為500Hz，若想看清轉(zhuǎn)換過(guò)程，可將頻率調(diào)為1Hz。

9、圖4.2總體電路設(shè)計(jì)圖4.4各部分電路設(shè)計(jì)（1） 555信號(hào)發(fā)生器 信號(hào)發(fā)生器原理圖如下圖所示，它是555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，Vcc通過(guò)電阻R1、R2向電容C充電，腳2與腳6直接相連。電路沒(méi)有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，電路也不需要外加觸發(fā)信號(hào)，利用電源通過(guò)R1，R2向C充電，以及C通過(guò)RB向放電端7端放電，使電路產(chǎn)生振蕩。廣泛用于信號(hào)的產(chǎn)生、變換、控制與檢測(cè)。電容C在和之間充電和放電其波形如下圖所示圖4.3.1(a) 充電和放電波形 圖4.3.1(b) 555信號(hào)發(fā)生器多諧振蕩器的振蕩頻率為：多諧振蕩器的振蕩周期：（2） D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片電

10、流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。它將輸入的八位電平信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，下圖是DAC0832的邏輯框圖及引腳排列。圖4.3.4 DAC0832的邏輯框圖及引腳排列DAC0832能完成數(shù)字量輸入到模擬量(電流)輸出的轉(zhuǎn)換。其主要參數(shù)如下：分辨率為8位，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1s，滿量程誤差為±1LSB，參考電壓為(+10-10)V，供電電源為(+5+15)V。特點(diǎn)：從左圖中可見(jiàn)，在DAC0832中有兩級(jí)鎖存器，第一級(jí)鎖存器稱為輸入寄存器，它的允許鎖存信號(hào)為ILE，第二級(jí)鎖存器稱為DAC寄存器，它的鎖存信號(hào)也稱為通道控制信號(hào) /XFER。當(dāng)ILE為高電平，片選信號(hào)/CS 和寫(xiě)信號(hào)/WR1為低電平時(shí)，輸入

11、寄存器控制信號(hào)為高電平，這種情況下，輸入寄存器的輸出隨輸入變化。此后，當(dāng) /WR1由低電平變高時(shí)，控制信號(hào)成為低電平，此時(shí)，數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，這樣輸入寄存器的輸出端不再隨外部數(shù)據(jù)DB的變化而變化。對(duì)第二級(jí)鎖存來(lái)說(shuō)，傳送控制信號(hào)/XFER和寫(xiě)信號(hào)/WR2同時(shí)為低電平時(shí)，二級(jí)鎖存控制信號(hào)為高電平，8位的DAC寄存器的輸出隨輸入變化，當(dāng)/WR2由低電平變高時(shí)，控制信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，將輸入寄存器的信息鎖存到DAC寄存器中。圖中其余各引腳的功能說(shuō)明如下： CS：片選信號(hào)，低電平有效。 ILE：輸入寄存器有效，高電平有效。 WR1：寫(xiě)信號(hào)1，低電平有效；WR2：寫(xiě)信號(hào)2，低電平有效。 XFER：傳送

12、控制信號(hào)，低電平有效，用來(lái)控制WR2。 D0D7：8位的數(shù)據(jù)輸入端，D7為最高位。 IOUT1：DAC電流輸出端1；IOUT2：DAC電流輸出端2。 RFB：反饋電阻引出端，DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反饋電阻，所以 RFB端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端，這樣相當(dāng)于將一個(gè)反饋電阻接在運(yùn)算放大器的輸出端和輸入端之間。 VREF：基準(zhǔn)電壓，VREF范圍為（-10+10）V。 Vcc：電源電壓，范圍為(+515)V。 AGND：模擬量地，即模擬電路接地端；DGND：數(shù)字量地。（3） TL082 TL082由兩個(gè)運(yùn)放組成，其中一個(gè)可以用來(lái)將DAC0832的輸出電流轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓，另一個(gè)則用做比較器

13、。                  五、設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及解決過(guò)程問(wèn)題1：確定啟動(dòng)脈沖與工作脈沖的頻率關(guān)系解決過(guò)程：經(jīng)過(guò)對(duì)電路工作原理的分析，認(rèn)為工作脈沖開(kāi)始工作時(shí)，移位寄存器應(yīng)事先已經(jīng)置好數(shù)，而工作脈沖開(kāi)始工作則是啟動(dòng)脈沖的上升沿控制，所以啟動(dòng)脈沖上升時(shí)間必須極短，且啟動(dòng)脈沖的脈沖頻率不能小于工作脈沖1/8；問(wèn)題2：控制工作脈沖進(jìn)入工作電路的與門(mén)輸出端總是低電位解決過(guò)程：通過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)際電路圖的FF19的R端與原理

14、圖的FF19的R端初始電位不一樣，實(shí)際為100000001，而應(yīng)該是000000001，于是又接了一個(gè)D觸發(fā)器FF20，用FF20的輸出Q作為FF19的觸發(fā)信號(hào)C，用FF19的輸出Q控制工作脈沖的通斷。問(wèn)題3：DAC0832D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電流經(jīng)過(guò)TL082轉(zhuǎn)換出來(lái)的比較電壓不變解決過(guò)程：通過(guò)分析，認(rèn)為連線沒(méi)有問(wèn)題，換用其它的運(yùn)放器件，問(wèn)題依然存在，于是將目標(biāo)放在DAC0832上，經(jīng)測(cè)試，其輸出電流有變化，但強(qiáng)度太小，只有0.00013A0.00018A，經(jīng)過(guò)分析，發(fā)現(xiàn)是內(nèi)置電源有差錯(cuò)。六、電路參數(shù)測(cè)量范圍： 0V 5V精度：5/256 = 0.01953V電路保護(hù)電壓：-15V +15V啟

15、動(dòng)脈沖： 性質(zhì)：?jiǎn)蚊}沖 脈沖寬度 500ms （可調(diào)） 工作脈沖： 性質(zhì)：連續(xù)脈沖 脈沖頻率 1s （可調(diào)）七、設(shè)計(jì)總結(jié)這次對(duì)計(jì)數(shù)式8位A/D轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)與制作，使我對(duì)電路設(shè)計(jì)的方法、原理與設(shè)計(jì)理念有了一定的掌握，更深層次的了解了555定時(shí)器、TL082、DAC0832等元器件的使用，對(duì)電路的總體設(shè)計(jì)及各單元的設(shè)計(jì)等有了進(jìn)一步的理解和掌握。 為了使設(shè)計(jì)更加合理，必須充分做好設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作，原理圖時(shí)要仔細(xì)標(biāo)明元器件的引腳及其他接口，學(xué)習(xí)Proteus軟件也是很有收獲的，感覺(jué)這個(gè)軟件很強(qiáng)大。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中碰到不少的錯(cuò)誤，從中吸取到的經(jīng)驗(yàn)是難能可貴的，我將從錯(cuò)誤中不斷完善課程設(shè)計(jì)，盡自己的能力將設(shè)計(jì)做到完美。課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且是對(duì)自己能力的一種提高。這次課程設(shè)計(jì)使我明白了原來(lái)自己的知識(shí)還比較欠缺。要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前總是覺(jué)得自己什么都會(huì)，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我才明白僅僅掌握理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，課程設(shè)計(jì)幫助我將理論與實(shí)踐相結(jié)合，使我進(jìn)一步鞏固了理論知識(shí)，提高了我分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。 知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值。這次課程設(shè)計(jì)，拓寬了我的知識(shí)面，鍛煉了我的動(dòng)手能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難。同時(shí)我的綜合素質(zhì)得到較大提高，培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)