8位逐次渐进式AD转换器设计.docx

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8位逐次渐进式AD转换器设计

XXX大学

课程设计资料归档

名称逐次渐进式A/D转换器设计

院部机械工程学院

班级机电11-2BF

指导教师XXX

审核

材料目录

序号

名称

数量

备注

1

课程设计计划

1

2

课程设计任务书

1

3

课程设计管理材料

1

4

课程设计总结

1

组长：

XXX

组员：

XXX、XXX

XXX大学

电子技术课程设计任务书

设计题目：

逐次渐进式A/D转换器设计

院部：

机械学院

专业：

机械电子工程

学生姓名:

XXX学号:

XXXXXXXXXXX

起迄日期:

2013年12月30日2014年1月5日

指导教师:

XXX

教研室主任：

一、设计目的

二、设计要求

三、元器件列表

四、设计内容

1、总体设计

2、工作原理

3、电路图与仿真运行现象

4、各部分电路设计

五、设计过程中遇到的问题以及解决过程

六、电路参数

七、设计总结

八、参考文献

8位逐次渐近式A/D转换器的设计

一、设计目的：

1、培养学生理论联系实际的正确设计思想，严谨治学的态度，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。

2、学习较复杂的电子系统设计的一般方法，提高基于模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。

3、进行基本技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。

4、培养学生的创新能力，根据逐次渐进式原理设计一个8位的A/D转换器。

二、设计要求：

1、能够将0~5V的直流信号转换为8位二进制数。

2、要求转换误差小于。

3、设置一启动键，按下启动键开始转换。

4、设置一个指示灯，显示转换完毕。

三、元器件列表

编号

器件型号

数量

1

D触发器

20

2

8位D/A转换器DAC0832

1

3

发光二极管

11

4

通用电路板

1

5

电容

1

6

电容

1

7

集成块555

1

8

200Ω定植电阻

11

9

与门

2

10

与非门

1

11

TL082

2

12

Ω定植电阻

2

四、设计内容

总体设计

（1）总框架图

图计数式8位A/D转换器的总体设计框图

图2：

8位逐次比较型A/D转换器波形图

工作原理：

逐次逼近转换过程和用天平称物重非常相似。

天平称重物过程是，从最重的砝码开始试放，与被称物体行进比较，若物体重于砝码，则该砝码保留，否则移去。

再加上第二个次重砝码，由物体的重量是否大于砝码的重量决定第二个砝码是留下还是移去。

照此一直加到最小一个砝码为止。

将所有留下的砝码重量相加，就得此物体的重量。

仿照这一思路，逐次比较型A/D转换器，就是将输入模拟信号与不同的参考电压作多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量对应值。

对图1的电路，它由启动脉冲启动后，在第一个时钟脉冲作用下，控制电路使时序产生器的最高位置1，其他位置0，其输出经数据寄存器将1000……0，送入D/A转换器。

输入电压首先与D/A器输出电压（VREF/2）相比较，如v1≥VREF/2，比较器输出为1，若vI< VREF/2，则为0。

比较结果存于数据寄存器的Dn-1位。

然后在第二个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，则此时 vO'=（3/4）VREF。

于是v1再与（3/4）VREF相比较，如v1≥（3/4）VREF，则次高位Dn-2存1，否则Dn-2=0；如最高位为0，则vO'=VREF/4，与vO'比较，如v1≥VREF/4，则 Dn-2位存1，否则存0……。

以此类推，逐次比较得到输出数字量。

为了进一步理解逐次比较A/D转换器的工作原理及转换过程。

下面用实例加以说明设图1电路为8位A/D转换器，输入模拟量vA=，D/A转换器基准电压VREF=10V。

根据逐次比较D/A转换器的工作原理，可画出在转换过程中CP、启动脉冲、D7～D0及D/A转换器输出电压图2所示。

由图2可见，当启动脉冲低电平到来后转换开始，在第一个CP作用下，数据寄存器将D7～D0=送入D/A转换器，其输出电压 v0'=5V，vA与v0'比较，vA>v0'存1；第二个CP到来时，寄存器输出D7～D0=，v0'为，vA再与比较，因vA<，所以D6存0；输入第三个CP时，D7～D0=，v0'=；vA再与v0'比较，……如此重复比较下去，经8个时钟周期，转换结束。

由图中v0'的波形可见，在逐次比较过程中，与输出数字量对应的模拟电压v0'逐渐逼近vA值，最后得到A/D转换器转换结果D7～D0为。

该数字量所对应的模拟电压为，与实际输入的模拟电压的相对误差仅为%。

电路图与仿真运行现象

（1）本次课程设计电路图由Proteus软件进行仿真设计与运行，电路总图如下；

（2）电路图左下角的脉冲指示灯（红色）、运行指示灯（黄色）、停止指示灯（绿色），电路工作时，脉冲指示灯闪烁，表示有脉冲，闪烁频率=脉冲频率，运行指示灯一直亮着，表示电路正在运行，电路转换完成时，只有停止指示灯亮，表示电路已经准换完成；

（3）电路图右上角LED指示灯D7、D6……D1、D0，分别代表5/2V、5/4V、……5/256V电压，电路转换完成后，将其中亮着的灯所代表的数值相加，便得到输入的模拟电压的数字量；

（4）转换过程是从最高位（D7）逐步向低位进行的，通过调节555集成电路的外接电阻，可以得到不同的工作频率，这里采用Ω电阻，所得频率为500Hz，若想看清转换过程，可将频率调为1Hz。

图总体电路设计图

各部分电路设计

（1）555信号发生器

信号发生器原理图如下图所示，它是555定时器构成的多谐振荡器，Vcc通过电阻R1、R2向电容C充电，脚2与脚6直接相连。

电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路也不需要外加触发信号，利用电源通过R1，R2向C充电，以及C通过RB向放电端7端放电，使电路产生振荡。

广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。

电容C在

和

之间充电和放电其波形如下图所示

图充电和放电波形图555信号发生器

①多谐振荡器的振荡频率为：

②多谐振荡器的振荡周期：

（2）D/A转换器DAC0832

DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片电流输出型8位数/模转换器。

它将输入的八位电平信号转换为电压信号输出，下图是DAC0832的逻辑框图及引脚排列。

图DAC0832的逻辑框图及引脚排列

DAC0832能完成数字量输入到模拟量（电流）输出的转换。

其主要参数如下：

分辨率为8位，转换时间为1μs，满量程误差为±1LSB，参考电压为（+10～-10）V，供电电源为（+5～+15）V。

特点：

从左图中可见，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高电平，这种情况下，输入寄存器的输出随输入变化。

此后，当/WR1由低电平变高时，控制信号成为低电平，此时，数据被锁存到输入寄存器中，这样输入寄存器的输出端不再随外部数据DB的变化而变化。

对第二级锁存来说，传送控制信号/XFER和写信号/WR2同时为低电平时，二级锁存控制信号为高电平，8位的DAC寄存器的输出随输入变化，当/WR2由低电平变高时，控制信号变为低电平，将输入寄存器的信息锁存到DAC寄存器中。

图中其余各引脚的功能说明如下：

①CS：

片选信号，低电平有效。

②ILE：

输入寄存器有效，高电平有效。

③WR1：

写信号1，低电平有效；WR2：

写信号2，低电平有效。

④XFER：

传送控制信号，低电平有效，用来控制WR2。

⑤D0～D7：

8位的数据输入端，D7为最高位。

⑥IOUT1：

DAC电流输出端1；IOUT2：

DAC电流输出端2。

⑦RFB：

反馈电阻引出端，DAC0832内部已经有反馈电阻，所以RFB端可以直接接到外部运算放大器的输出端，这样相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输出端和输入端之间。

⑧VREF：

基准电压，VREF范围为（-10～+10）V。

⑨Vcc：

电源电压，范围为（+5～15）V。

⑩AGND：

模拟量地，即模拟电路接地端；DGND：

数字量地。

（3）TL082

TL082由两个运放组成，其中一个可以用来将DAC0832的输出电流转换成对应的电压，另一个则用做比较器。

五、设计过程中遇到的问题以及解决过程

问题1：

确定启动脉冲与工作脉冲的频率关系

解决过程：

经过对电路工作原理的分析，认为工作脉冲开始工作时，移位寄存器应事先已经置好数，而工作脉冲开始工作则是启动脉冲的上升沿控制，所以启动脉冲上升时间必须极短，且启动脉冲的脉冲频率不能小于工作脉冲1/8；

问题2：

控制工作脉冲进入工作电路的与门输出端总是低电位

解决过程：

通过分析，发现实际电路图的FF19的R端与原理图的FF19的R端初始电位不一样，实际为1，而应该是000000001，于是又接了一个D触发器FF20，用FF20的输出Q作为FF19的触发信号C，用FF19的输出Q控制工作脉冲的通断。

问题3：

DAC0832D/A转换器的输出电流经过TL082转换出来的比较电压不变

解决过程：

通过分析，认为连线没有问题，换用其它的运放器件，问题依然存在，于是将目标放在DAC0832上，经测试，其输出电流有变化，但强度太小，只有——，经过分析，发现是内置电源有差错。

六、电路参数

测量范围：

0V——5V

精度：

5/256=

电路保护电压：

-15V——+15V

启动脉冲：

性质：

单脉冲脉冲宽度500ms（可调）

工作脉冲：

性质：

连续脉冲脉冲频率1s（可调）

七、设计总结

这次对计数式8位A/D转换器的设计与制作，使我对电路设计的方法、原理与设计理念有了一定的掌握，更深层次的了解了555定时器、TL082、DAC0832等元器件的使用，对电路的总体设计及各单元的设计等有了进一步的理解和掌握。

为了使设计更加合理，必须充分做好设计前的准备工作，原理图时要仔细标明元器件的引脚及其他接口，学习Proteus软件也是很有收获的，感觉这个软件很强大。

在整个设计过程中碰到不少的错误，从中吸取到的经验是难能可贵的，我将从错误中不断完善课程设计，尽自己的能力将设计做到完美。

课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且是对自己能力的一种提高。

这次课程设计使我明白了原来自己的知识还比较欠缺。

要学习的东西还太多，以前总是觉得自己什么都会，有点眼高手低。

通过这次课程设计，我才明白仅仅掌握理论知识是远远不够的，课程设计帮助我将理论与实践相结合，使我进一步巩固了理论知识，提高了我分析问题、解决问题的能力。

知识必须通过应用才能实现其价值。

这次课程设计，拓宽了我的知识面，锻炼了我的动手能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难。

同时我的综合素质得到较大提高，培养了我独立工作的能力，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

对我们电子专业来说，实际能力的培养至关重要，而这种实际能力的培养仅靠课堂教学是远远不够的，必须从课堂走向实践。

　经过一个星期的努力，我相信这次课程设计一定能为本学年划上一个圆满的句号，汗水预示着艰辛也见证着成果，通过这次课程设计我学会了很多：

挫折是一份财富，经历是一份拥有，现在的付出定会为未来的工作奠定一个坚实的基础。

八、参考文献

1.康华光.电子技术基础数字部分第五版.北京：

高等教育出版社，2000

2.张国云.电子技术基础实验教程.中南大学出版社，2006

3、参考网址：