基于Protuse仿真的AD模數(shù)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)資料

#長沙學(xué)院電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書題目模數(shù)轉(zhuǎn)換器系（部電子信息與電氣工程系專業(yè)（班級(jí)光電信息科學(xué)與工程姓名熊健東學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師張海濤起止日期年月日一年月日

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 （30）系（部）：電子信息與電氣工程系專業(yè)：光電信息工程指導(dǎo)教師：張海濤課題名稱 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求.說明模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的基本概念和原理；.給出A1集成電路的主要技術(shù)參數(shù)，熟悉IC芯片（ADC）各引腳的功能，逐個(gè)說明；.通過實(shí)際測試，給出A/D轉(zhuǎn)換的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，并分析計(jì)算其轉(zhuǎn)換精度；.寫出設(shè)計(jì)心得。設(shè)計(jì)工作量1、系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)；2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真；3、在Multisim或同類型電路設(shè)計(jì)軟件中進(jìn)行仿真并進(jìn)行演示；4、提交一份完整的課程設(shè)計(jì)說明書，包括設(shè)計(jì)原理、仿真分析、調(diào)試過程，參考文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)總結(jié)等。進(jìn)度安排起止日期（或時(shí)間量）設(shè)計(jì)內(nèi)容（或預(yù)期目標(biāo)）備注第一天課題介紹，答疑，收集材料第二天設(shè)計(jì)方案論證第三天進(jìn)行具體設(shè)計(jì)第四天進(jìn)行具體設(shè)計(jì)第五天編寫設(shè)計(jì)說明書指導(dǎo)老師意見年月日教研室意見年月日長沙學(xué)院課程設(shè)計(jì)鑒定表姓名熊健東學(xué)號(hào)專業(yè)光電信息科學(xué)工程班級(jí)光電班設(shè)計(jì)題目模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器指導(dǎo)教師張海濤指導(dǎo)教師意見評(píng)定成績：教師簽名：日期：答辯小組意見:評(píng)定成績：答辯小組長簽名：日期：教研室意見:最終評(píng)定等級(jí)： —教研室主任簽名： 日期：說明課程設(shè)計(jì)成績分“優(yōu)秀”、“良好”、“中等”、“及格”、“不及格”五等摘要：是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的工藝通道，位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其內(nèi)部有一個(gè)8通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號(hào)，只選通8路模擬輸入信號(hào)中的一個(gè)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。目前僅在單片機(jī)初學(xué)應(yīng)用設(shè)計(jì)中較為常見。首先輸入位地址，并使E將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通路模擬輸入之一到比較器。 上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，之后輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到轉(zhuǎn)換完成，變?yōu)楦唠娖?，指示轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個(gè)信號(hào)可用作中斷申請(qǐng)。當(dāng)輸入高電平時(shí)，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn) 轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。（1）定時(shí)傳送方式對(duì)于一種 轉(zhuǎn)換器來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如轉(zhuǎn)換時(shí)間為Ms相當(dāng)于 的 單片機(jī)共個(gè)機(jī)器周期?？蓳?jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（2）查詢方式轉(zhuǎn)換芯片有表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)，例如 的 端。因此可以用查詢方式，測試 的狀態(tài)，即可確認(rèn)轉(zhuǎn)換是否完成，并接著進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。（3）中斷方式把表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號(hào)I）作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，以中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉(zhuǎn)換完成，即可通過指令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。首先送出口地址并以信號(hào)有效時(shí)，信號(hào)即有效，把轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送上數(shù)據(jù)總線，供單片機(jī)接受。常見用途與 單片機(jī)的連接主要涉及兩個(gè)問題。一是路模擬信號(hào)通道的選擇，二是轉(zhuǎn)換完成后轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的傳送有定時(shí)傳送方式、查詢方式、中斷方式這三種方式。、B的值與被選擇的通道之間的關(guān)系關(guān)鍵詞：AD轉(zhuǎn)換與DA轉(zhuǎn)換目錄TOC\o"1-5"\h\z緒論（或前言） 6實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容 63設(shè)計(jì)作品名稱（或課題）： 63.電1路原理圖及工作原理 7\o"CurrentDocument"DAC0832芯片簡介 7\o"CurrentDocument"ADC0808/ADC0809芯片 84用Protuse7.8軟件完成原理圖的繪制及原理圖功能分析； 9*.原理圖 9*原理圖功能分析 95心得體會(huì) 116存在的不足及建議了 11參考文獻(xiàn) 111緒論（或前言）隨著數(shù)字技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展與普及，在現(xiàn)代控制、通信及檢測領(lǐng)域中，信號(hào)的處理無處不在。自然界中的物理量，例如壓力、溫度、位移、等都是模擬量。要對(duì)這些物理量進(jìn)行控制和檢測，往往需要一種能在模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間起轉(zhuǎn)換作用的電路模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器。 轉(zhuǎn)換器在電子線路中的應(yīng)用十分廣泛，它溝通了整個(gè)電子領(lǐng)域中的模擬域和數(shù)字域。但在 轉(zhuǎn)換器的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，由于受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制，很難對(duì)其實(shí)際工作過程進(jìn)行有效的分析與驗(yàn)證。 仿真軟件提供了一個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，它克服了傳統(tǒng)電子元器件、儀器設(shè)備的限制，包含非常豐富的電子元器件庫，并且提供功能強(qiáng)大的多種仿真分析功能，本文利用其仿真功能，在和轉(zhuǎn)換電路的仿真與分析中，很好地捕捉和展現(xiàn)出各種時(shí)域暫態(tài)的數(shù)字信號(hào)和相應(yīng)模擬電壓，能幫助學(xué)生熟悉和快速掌握先進(jìn)的電路實(shí)驗(yàn)方法和技能。轉(zhuǎn)換器分為積分型、逐次逼近型、并行比較型串并行型、E△調(diào)制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)）分辨率 指數(shù)字量變化一個(gè)最小量時(shí)模擬信號(hào)的變化量，定義為滿刻度與的比值。分辨率又稱精度，通常以數(shù)字信號(hào)的位數(shù)來表示。）轉(zhuǎn)換速率 是指完成一次從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字的轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間的倒數(shù)。積分型的轉(zhuǎn)換時(shí)間是毫秒級(jí)屬低速，逐次比較型是微秒級(jí)屬中速，全并行串并行型可達(dá)到納秒級(jí)。采樣時(shí)間則是另外一個(gè)概念，是指兩次轉(zhuǎn)換的間隔。為了保證轉(zhuǎn)換的正確完成，采樣速率 必須小于或等于轉(zhuǎn)換速率。因此有人習(xí)慣上將轉(zhuǎn)換速率在數(shù)值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是 和，表示每秒采樣千百萬次（）。）量化誤差 由于的有限分辨率而引起的誤差，即有限分辨率的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與無限分辨率 （理想）的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是個(gè)或半個(gè)最小數(shù)字量的模擬變化量，表示為 、 。）偏移誤差 輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)不為零的值，可外接電位器調(diào)至最小。）滿刻度誤差 滿度輸出時(shí)對(duì)應(yīng)的輸入信號(hào)與理想輸入信號(hào)值之差。）線性度 實(shí)際轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線的最大偏移2實(shí)習(xí)的主要內(nèi)容（1）說明模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的基本概念和原理；（2）給出A1集成電路的主要技術(shù)參數(shù)，熟悉IC芯片（ADC）各引腳的功能，逐個(gè)說明；（3）通過實(shí)際測試，給出A/D轉(zhuǎn)換的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，并分析計(jì)算其轉(zhuǎn)換精度；（4）寫出設(shè)計(jì)心得。設(shè)計(jì)作品名稱（或課題）：模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器電1路原理圖及工作原理DAC0832芯片簡介d：位數(shù)據(jù)輸入線， 電平，有效時(shí)間應(yīng)大于 否則鎖存器的數(shù)據(jù)會(huì)出錯(cuò) i數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線，高電平有效；：片選信號(hào)輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效;R數(shù)據(jù)鎖存器寫選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于 ）有效。由、、 的邏輯組合產(chǎn)生E當(dāng) 為高電平時(shí)，數(shù)據(jù)鎖存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)線變換， 的負(fù)跳變時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖存;E數(shù)據(jù)傳輸控制信號(hào)輸入線，低電平有效，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于）有效；R寄存器選通輸入線，負(fù)脈沖（脈寬應(yīng)大于）有效。由、的邏輯組合產(chǎn)生E當(dāng)為高電平時(shí)，寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，的負(fù)跳變時(shí)將數(shù)據(jù)鎖存器的內(nèi)容打入寄存器并開始轉(zhuǎn)換。：電流輸出端，其值隨寄存器的內(nèi)容線性變化； u電流輸出端2其值與 值之和為一常數(shù)；f反饋信號(hào)輸入線，改變端外接電阻值可調(diào)整轉(zhuǎn)換滿量程精度；：電源輸入端，的范圍為?5:基準(zhǔn)電壓輸入線，的范圍為? 0 ：模擬信號(hào)地； ：數(shù)字信號(hào)地。輸出為電流，要轉(zhuǎn)換成電壓，必須經(jīng)過一個(gè)外接的算放大器，原理圖為輸出端 接直流數(shù)字電壓表，在輸入數(shù)字量之前要進(jìn)行調(diào)零。令 全置零，調(diào)節(jié)運(yùn)放的電位器輸出為。ADC0808/ADC0809芯片?N路模擬量輸入端。 ?-位數(shù)字量輸端。 、 、 ：位地址輸入線，用于選通路模擬輸入中的一路。L地址鎖存允許信號(hào)，輸入端，產(chǎn)生一個(gè)正脈沖以鎖存地址。A 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖輸入端，輸入一個(gè)正脈沖（至少 寬）使其啟動(dòng)（脈沖上升沿使復(fù)位，下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換）。o 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出端，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平）。：數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入端，高電平有效。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量。L時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于。（）、（）：基準(zhǔn)電壓。：電源，單一5:地。由電阻網(wǎng)絡(luò)組成恒壓降輸入模擬電壓量，在通過不同的地址選取，輸出8位相應(yīng)數(shù)字量，原理圖如4用Protuse7.8軟件完成 原理圖的繪制仿真及原理圖功能分析;4.1*.原理圖4.2*原理圖功能分析如原理圖所示，左邊的模塊是模數(shù)轉(zhuǎn)換，右邊是數(shù)模轉(zhuǎn)換。從左邊的轉(zhuǎn)換來說，由電阻網(wǎng)絡(luò)組成的輸入恒壓降模擬電壓，從 輸入的電壓到輸入的 電壓，每個(gè)相鄰的輸入端輸入的電壓相差 ， 是三個(gè)地址輸入端，地址譯碼選取的不同相應(yīng)的模擬輸入的通道也會(huì)不同。地址譯碼與模擬輸入的通道的選通關(guān)系如下：被模擬通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7地址A200001111A100110011A001010101F為基準(zhǔn)電壓的輸入端輸入， 端為數(shù)據(jù)輸出允許信號(hào)，輸入端，高電平有效。路輸入模擬信號(hào) ，由電源經(jīng)電阻分壓組成；變換結(jié)果 接邏輯電平顯示；時(shí)鐘脈沖由計(jì)數(shù)脈沖源提供，取 ； 接邏輯電頻輸入。接通電源后，在啟動(dòng)端（）加一個(gè)正單脈沖，下降沿一到，即開始轉(zhuǎn)換。仿真結(jié)果與計(jì)算結(jié)果如下：被選模擬通道輸入模擬量地址AD轉(zhuǎn)換輸出數(shù)字量十進(jìn)制(二進(jìn)制化為十進(jìn)制)模擬量計(jì)算值Us=VREF*(R/256)單位：VDA仿真值Uo單位：VINUi/VA2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0RUsdUsUodUoIN04.5000111001012294.47260.0274-4.460.04IN14.0001110011002043.98430.0157-3.970.03IN23.5010101100101783.47660.0234-3.470.03IN33.0011100110011532.98830.0117-2,980.02IN42.5100100000001282.50000.0000-2.490.01IN52.0101011001101021.99230.0077-1.990.01IN61.511001001101771.50390.0039-1.500.00IN71.011100110011510.99610.0039-0.990.01深入的分析其產(chǎn)生差異的原因是有轉(zhuǎn)換精度的影響。分辨率是只與位數(shù)有關(guān)系的，分辨率是可以計(jì)算的，位數(shù)我的電路就是 =精度絕對(duì)值肯定是大于分辨率的精度，是需要測量出來的，當(dāng)然也能估算出一個(gè)大致的值，計(jì)算出的誤差值如上表。原理圖右邊是 轉(zhuǎn)換器，將前一級(jí)的 轉(zhuǎn)換輸出的數(shù)字量對(duì)應(yīng)輸入到 芯片的個(gè)輸入端，使其轉(zhuǎn)換回模擬量進(jìn)行檢驗(yàn)的轉(zhuǎn)換功能，并在之后可以進(jìn)一步分析轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換精度。因?yàn)?轉(zhuǎn)換成的量為電流，要把它化為電壓，就設(shè)計(jì)了一個(gè)反向運(yùn)算放大器， 端為反饋端，變阻器的作用是調(diào)零運(yùn)算放大器，反向運(yùn)算發(fā)大器將轉(zhuǎn)換出的電流值反向放大并轉(zhuǎn)換成電壓值，所以輸出在顯示的為負(fù)值，但數(shù)值在誤差允許范圍內(nèi)是與輸入的值相同。從上表看出來由模塊輸出的電壓顯示看，誤差有點(diǎn)大，但是這輸出的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的誤差包含了兩級(jí)轉(zhuǎn)換的誤差，轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)產(chǎn)生比例系數(shù)誤差：實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線的斜率與理想特性曲線斜率的偏差。也會(huì)產(chǎn)生失調(diào)誤差：該誤差為模擬量的實(shí)際起始數(shù)值與理想起始數(shù)值之差，有運(yùn)算放大器的零點(diǎn)漂移所引起，它使輸出電壓的轉(zhuǎn)移特性曲線發(fā)生平移。還會(huì)產(chǎn)生非線性誤差：這是一種沒有一定變化規(guī)律的誤差，一般用在滿刻度范圍內(nèi)，偏離理想的轉(zhuǎn)移特性的最大值來表示。引起非線性誤差的原因較多，例如電路中的各模擬開關(guān)存在不同的導(dǎo)通電壓和導(dǎo)通電阻，電阻網(wǎng)絡(luò)中的電阻的誤差等都會(huì)導(dǎo)致誤差。因此要獲得高精度的轉(zhuǎn)換器，不僅應(yīng)該選擇位數(shù)較多的高分辨率的轉(zhuǎn)換器，而且電路中還需要高穩(wěn)定度的 基準(zhǔn)電壓和低零漂的運(yùn)算放大器件與之配合才能達(dá)到要求。心得體會(huì)通過這次課程設(shè)計(jì)，我基本掌握了和兩個(gè)仿真軟件的使用方法，并在任務(wù)的要求下設(shè)計(jì)了一個(gè)與相互轉(zhuǎn)換的簡單電路，并深入的了解了芯片和的工作原理，初步實(shí)現(xiàn)了數(shù)模和模數(shù)的轉(zhuǎn)換，知道了轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換誤差之間的關(guān)系，為以后更深入的學(xué)習(xí)電路的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，在電路仿真的過程中，我也曾遇到過很多困難，例如軟件安裝失敗、找不到相應(yīng)的元器件和芯片、芯片的工作原理模糊等。但最后我還是成功的完成了設(shè)計(jì)，并盡量達(dá)到任務(wù)書上大要求。6存在的不足及建議了轉(zhuǎn)換器的輸出結(jié)果值與輸入值之間往往會(huì)存在誤差，當(dāng)轉(zhuǎn)換精度越高，即數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換位數(shù)越寬，則轉(zhuǎn)換誤差越小。而我設(shè)計(jì)的電路，誤差比較大。實(shí)際應(yīng)用中，往往在轉(zhuǎn)換器的輸出端加一低通濾波電路對(duì)數(shù)模轉(zhuǎn)換后的階梯波形進(jìn)行濾波處理，使輸出波形變得更平滑，以接近實(shí)際模擬信號(hào)。在今后的學(xué)習(xí)中，我將進(jìn)一步研究這一類電路，能進(jìn)一步減小誤差就更好了。參考文獻(xiàn)