数模电课程设计Word格式.docx
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指导教师：
张俊涛
2015年12月26日
1、设计任务与要求
根据计数型A/D转换器的原理（如图5所示），设计一个8位的A/D转换器。
具体要求如下：
（1）能够将0~5V的直流信号转换为8位二进制数；
（2）转换误差小于±
1/2LSB。
图5计数型A/D转换器框图
参考元器件：
LM393/339，74HC161，74HC573/574，74HC11，DAC0832，NE5532/TL082。
2、设计方案论证
A/D转换器通常用于数字式测量和控制系统的输入通道中，其作用是将输入模拟电压转换为数据编码，由于A/D转换器内部电路比D/A转换器复杂，有的内部还含有D/A转换电路，所以转换时间比同类型的D/A转换时间长。
本次所设计的电路由AD转换器，定时器，计数器等各器件组成，其中AD转换器由DAC0832集成芯片组成，定时器由NE555D定时器组成，计数器由74LS161组成。
AD转换器要将时间和幅值都连续的模拟量，转换为时间、幅值都离散的数字量，一般要经过取样、保持和量化、编码几个过程。
为了准确无误的用取样信号的输入取样信号VS表示模拟信号VI，取样信号必须有足够高的频率。
可以证明，为了保证能从取样信号到原来被取样信号的恢复，必须满足
FS>
=FI（MAX）
式中FS为取样频率，FI（MAX）为输入模拟信号VI的最高频率分量的频率的上式。
这就是取样定理。
因此A/D转化器工作时的取样频率必须高于上式规定的频率，取样频率提高以后留给每次进行转化的时间也就相应缩短了，这就要求转化电路必须有更快的工作速度。
所以不能无限制的提高取样频率，通常取样FS=（3~5）*FI（MAX）就满足要求。
2.1设计思路
计数型8位A/D转换器是由555定时器构成的多谐振荡器，产生的方波信号通过74HC11与非门电路将信号与比较器中输出信号处理后送往由两个74LS161构成的计数器构成的控制电路,方波出现一次上升沿,计数器由零开始向上计数，再由控制电路将信号发送至DAC0832数模转换器,数摸转换器连续的将计数值转换为电压信号，输出的信号再通过LM324构成的比较器与20K的电位器产生的输入电压进行比较,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。
主要元器件列表：
元件名称
元件数量
10K电阻
1
1K电阻
10K电位器
330欧电阻
9
发光二极管
8
0.01uF电容（103）
0.1uF电容（104）
LM324
555
74LS161
2
74HC11
8位D/A转换器DAC0832
TL082
74HC574
2.2总体设计框图
2.3各框图的功能
1）模拟电压产生电路：
在电位器上产生0～2.5V的待转换电压。
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。
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。
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。
5）控制电路：
可选电路为74LS00，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。
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74LS161。
7）输出电路：
输出八位分别为Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2，Q1，Q0,可以用发光二极管显示。
2.4重要器件
555电路：
555电路称为集成定时器或者集成时基电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，可用于定时、产生脉冲、产生时间延迟、压控振荡、脉冲宽度调制、脉冲位置调制，以及产生线性斜坡函数等方面，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。
DAC0832：
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。
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。
3、单元电路设计（包含整体设计图）
3.1模拟电压产生电路
3.2计数电路
3.3输出电路
3.4整体电路
整体设计图见整体调试图
4、测试与调试
4.1模拟电压产生电路调试
连接好电路，用万用表测量电位器中间输出电压是否在0～2.5V内，若在0～2.5V内，则模拟电压产生电路正常。
4.2555信号清零的调试
先卸下除555芯片的其他芯片,在8端口接+5V电压,1端口接地,3端口接上示波器,调节示波器,观察波形,是否为矩形波。
如果不是,检查电阻,电容,线路,以及555元件。
如果失真，检查接触是否良好,是否有虚焊等。
4.3DAC0832的调试
先卸下除DAC0832芯片的其他芯片，芯片Vcc接+5V电压，VREF接-5V电压，WR1、WR2、XFER、CS、Iout2、AGND、GND端接地，八个输入端接电平输入，用万用表测量观察输出端的电压变化情况，黑表笔接地，红表笔接Rfb,依次打开逻辑开关，看万用表示数是不是逐渐递增。
4.4信号发生器的调试
先卸下除555芯片的其他芯片,在8端口接+5V电压,1端口接地,3端口接上示波器,调节示波器,观察波形,是否为方波,其频率是f=1/（Tph+Tpl）。
如果不是,检查电阻,电容,线路,以及555元件。
在测试中发现输出的波形不为方波，经检查发现有一根导线不导电，导线的内部中间端了，更换导线后，测得输出波形为方波，频率f=1.471KHZ。
4.574LS161的调试
先卸下除74LS161芯片的其他芯片,芯片Vcc接+5V电压，GND端接地，两个计数器的ET,RD,LD,EP端接高电平,CP端接上单次脉冲,八个输出端分别按顺序接在八个电平显示上,按单次脉冲按钮,观察8位电平显示的输出是否为逐个增大的二进制数,达到同步加计数器的功能。
4.5输出电路调试
将Q7～Q0接逻辑电平输入，当逻辑电平为1时，发光二极管亮，则输出电路正常。
4.6LM324的调试
将LM324与已调好的DAC0832相连，DAC0832的Vcc接+5V电压，VREF接-5V电压，WR1、WR2、XFER、CS、Iout2、AGND、GND端接地，八个输入端接电平输入，用万用表测LM324输出端14端的电压，如随电平二进制数增大而增大，则LM324调试成功。
4.7整体设计图调试
5、总结与体会
5.1此次课程设计中遇到的问题：
在最开始设计总体电路仿真图时就遇到了不少的问题，比如最开始时一点思路都没有，不知道如何将所需要完成的各功能模块整合到一起，因为我们所学过的数电与模电知识点都是散乱的，没有形成一个大体的框架，而且还缺少亲自动手实践的经验。
相同功能元器件的选择也是一个大问题，比如最开始我们用的是741器件，后来经过老师的答疑，老师建议我们用了TL082和LM324来替换他们，因为后两个器件在这方面的性能要优于前两个器件。
除此之外还有不少的小问题，比如当仿真图调试结果正确后，我就根据仿真图仔仔细细的接线，但是当电路板真的焊好以后，才发现灯一点反应都没有，就好像没有通电一样。
后面因为嫌查线麻烦，所以重新又焊了一次，然而，并没有成功，除了线的排布比第一个整齐了一些外，电路板通上电后仍是没有任何反应。
最后我不得不将仿真图拿出来一根线一根线的排查，果不其然，555电路那里忘了接地线。
还有一个不得不提的问题是我是把所有芯片都安装到底座上之后开始调试电路板的，然而这样调试有一个很大的弊
端，那就是当接上电源之后电路板没有出现想要的结果，想要找出是哪里出了问题就很困难了，因此调试时最好是进行模块化调试，这样如果有了问题则可以很轻松的找出问题所在。
而且，仿真图结果正确，所制作出来的实物电路板也不一定会出现结果，因为模块的排布，布线等问题也会影响调试的结果，因为有些地方因为布线不合理而导致信号传送不完全等问题，因此焊接电路板之前一定要合理的布线也是成功的关键。
5.2此次课程设计需要改进的地方：
我们最后的结果是通过LED灯显示出来的，但是我们在通过改变电位器进而来改变输出的二进制数字，但是我们不能直接从电源的显示屏中读出我们改变后的电压大小，因此还需要在电位器的两端去测其电压，然后才能去和发光二极管所亮的灯（即根据所亮的灯的情况进而计算出它所表示的电压大小）所表示的电压去比较。
由此可见，我们除了要学习课本上的理论知识，还应该多实践，多亲自动手去验证理论知识将实践与理论相结合，当遇到问题应该先检查线路是否短路，断路，是否有虚焊等问题。
总之，通过此次课程设计学到了不少，比如对各种器件在什么情况下使用，学会了555定时器、74HC11、74LS161、DAC0832及LM324等元器件的使用。
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。
参考文献
【1】康华光主编.电子技术基础（模拟部分）第五版.北京：
高等教育出版社，2006.1.
【2】康华光主编.电子技术基础（数字部分）第五版.北京：
【3】邱关源原著.电路第五版.北京:
高等教育出版社，2006.5
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