数据结构课程设计报告.docx

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数据结构课程设计报告

1选题背景3

1．1指导思想3

1．2基本设计任务3

1．3电路特点3

2电路设计3

2．1总体方框测量电压3

2．2 工作原理4

3各主要电路及部件工作原理4

3．1555脉冲产生电路4

3．2实际电压产生电路5

3．3 比较电路6

3．3模拟电压产生电路7

3．4计数器电路9

3．574LS00 三输入与非门9

3．6 显示电路10

4原理总图11

5 元器件清单11

6调试与仿真结果12

6.1 通电前检查12

6.2 通电检查12

6.2.1电位器测量实际电压值12

6.2.2 NE555单元电路12

6.2.374LS00元件的调试13

6.2.4 74LS161单元调试13

6.2.5DAC0832的调试13

6.2.6LM324的调试13

6.2.7发光二极管的调试14

6.3 仿真结果及分析14

7 小结15

8 设计体会及今后的改进意见15

8.1 体会15

8.2 本方案特点及存在的问题16

8.3 改进意见16

正文

1选题背景

本学期学校为我们安排了大学中的第一次课程设计，是运用数电模电的知识设计电路图并完成实物的焊接，是将我们学过的专业知识运用到实际之中，旨在培养我们的动手能力与逻辑思维能力，同时进行基本技术技能训练，如机器仪表的使用，规范使用仿真软件，实验设备进行调试和数据处理等。

所以我选择了8位计数型AD转换器的设计，来巩固我的知识同时锻炼自己的动手能力。

1．1指导思想

先由555电路生成脉冲源，送入74LS00与非门中，打开关，使元件工作，脉冲送入74LS161中，再由74LS161输出至DAC0832中产生模拟电压，再经TL084比较器，与由电位器构成的电压进行比较，再输出，直到LM393中输出至与门为低电平时DAC0832不再转换，二极管停止改变，显示出固定值。

特点为利用了反馈原理比较，不断重复比较直到接近真正数值电压时采用TL084输出低电压使得三输入与非门输出为低电平，不随555电路产生的脉冲而继续计数。

1．2基本设计任务

设计一个根据反馈式比较原理的8位A/D转换器，能够将0~5V的直流信号转换为8位二进制数。

要求误差小于0.1V。

1．3电路特点

利用反馈式比较原理来进行显示电压，特点为利用了两个二进制计数器来对555电路给予的脉冲计数，同时DAC0832也将其转换为模拟电压，而后通过比较器，来比较是否已达到实际电压，如果没有，则555电路给予的脉冲仍继续给计数器，直到模拟电压达到实际测量电压时，才使得与门其中比较器给予的输入为低电平，则555电路给予脉冲则不再影响与门输出，停止计数，则显示电路也停止变动，显示为固定电压值。

本电路利用了DAC0832的模拟电压产生及比较器，同时利用与门来作为脉冲使能，再利用电位器来获取测量电压值。

2电路设计

2．1总体方框测量电压     

 2．2 工作原理

由测量电压产生电压至比较器中，原模拟电压值与实际电压比较差距大则为高电平，输入给与门为高电平，随着脉冲的不断给予脉冲，计数电路不断累加，同时输出数据给DA转换器，DA再产生模拟电压值与实际电压值在比较电路中进行比较，反复比较直到数值接近，则比较电路输出低电平，脉冲给予的脉冲无法通过与非门给至计数电路中，计数电路停止累加，此时在输出电路中则显示为一固定二进制

3各主要电路及部件工作原理

3．1555脉冲产生电路

图3-2定时器充电放电波形图

由555定时器和外接元件R6，R7，C2构成多谐振荡器，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R6，R7向电容C2充电，充电到两端电压为2/3的Vcc时，触发器复位，Vo为低电平，电容C473通过R7向放电端7端放电，当两端电压下降到1/3的Vcc时，触发器又被复位，Vo翻转为高电平。

电容C2在（1/3）Vcc和（2/3）Vcc之间充电和放电，从而使信号发生器产生方波信号。

充电时间为0.7×（R1+R2）C=0.7×（10×103+10×103）×47000×10-12=0.658 ms， 放电时间为0.7×R2×C=0.7×10×103×47000×10-12=0.329 ms， 周期T=6.58×10-4+3.29×10-4 s=0.987 ms

3．2实际电压产生电路

上接+5V电压，经过电位器接地，滑动处接至比较电路中，通过调节电位器来输出0~5V测量电压。

图3-2  实际电压产生电路图

3．3 比较电路

LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装，外形如下图所示。

它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

每一组运算放大器可用图（a）所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“Vo”为输出端。

两个信号输入端中，Vi-（-）为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的位相反；Vi+（+）为同相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。

当去掉运放的反馈电阻时,或者说反馈电阻趋于无穷大时,即开环状态,理论上运放的开环放大倍数为无穷大，此时运放形成一个电压比较器，其输出如不是高电平（V+），就是低电平（V-或接地）。

当正输入端电压高于负输入端电压时，运放输出低电平。

3．3模拟电压产生电路

DAC0832的主要特性参数如下

* 分辨率为8位

* 电流稳定时间1us；

* 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；

* 只需在满量程下调整其线性度；

* 单一电源供电（+5V～+15V）

* 低功耗，20mW。

编辑本段DAC0832结构

* D0～D7：

8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns（否则锁存器的数据会出错）

* ILE：

数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；

* CS：

片选信号输入线（选通数据锁存器），低电平有效；

* WR1：

数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。

由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；

* XFER：

数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；

* WR2：

DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。

由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。

* IOUT1：

电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；

* IOUT2：

电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；

* Rfb：

反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精* Vcc：

电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；

* VREF：

基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；

* AGND：

模拟信号地

* DGND：

数字信号地

编辑本段DAC0832的工作方式：

根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：

直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。

DAC0832引脚功能电路应用原理图DAC0832是采样频率为八位的D/A转换芯片，集成电路内有两级输入寄存器，使DAC0832芯片具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要（如要求多路D/A异步输入、同步转换等）。

所以这个芯片的应用很广泛,关于DAC0832应用的一些重要资料见下图：

 D/A转换结果采用电流形式输出。

若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。

运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。

DAC0832逻辑输入满足TTL电平，可直接与TTL电路或微机电路连接。

DAC0832引脚功能说明：

DI0~DI7：

数据输入线，TLL电平。

ILE：

数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。

CS：

片选信号输入线，低电平有效。

WR1：

为输入寄存器的写选通信号。

XFER：

数据传送控制信号输入线，低电平有效。

WR2：

为DAC寄存器写选通输入线。

Iout1:

电流输出线。

当输入全为1时Iout1最大。

Iout2:

 电流输出线。

其值与Iout1之和为一常数。

Rfb:

反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻.

Vcc:

电源输入线 （+5v~+15v）

Vref:

基准电压输入线 （-10v~+10v）

AGND:

模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.

DGND:

数字地,两种地线在基准电源处共地比较好.

数/模（D/A）转换器

D/A转换器是接收数字量，输出一个与数字量相对应的电流或电压信号的模拟量接口。

D/A转换器被广泛用于计算机函数发生器、计算机图形显示以及与A/D转换器相配合的控制系统等。

D/A转换原理：

数字量的值是由每一位的数字权叠加而得的。

D/A转换器品种繁多，有权电阻DAC、变形权电阻DAC、T型电阻DAC、电容型DAC和权电流DAC等。

为了掌握数/模转换原理，必须先了解运算放大器和电阻译码网络的工作原理和特点。

3．4计数器电路

74LS161计数器构成的,74LS161正常工作时由0000开始计数，现在外接了与非门，同步预置数计数过程从0001开始。

74LS161由四个 JK 触发器和一些控制门组成，其中 CP 是计数输入脉冲，上升沿有效；Q0～Q3 是计数输出端，A～D是输入端。

最高位是Q3；CO是进位信号输出端；D0～D3 为预置数并行输入端；CTT和CTP是工作状态控制端。

74LS161具有计数、预置、保持、清零等功能。

3．574LS00 三输入与非门

输入A

输入B

输出C

输出

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

0

3．6 显示电路 

当左边有高电平时，则能点亮二极管使其发光 

4原理总图

5 元器件清单

元件类型

数量

电阻R=330欧

8

电阻R=10K欧

2

电阻R=1K欧

2

555元件 

1

74LS161

2

74LS00

1

电容47nF

1

变阻器R=1K欧

2

LM324

1

LM393

1

DAC0832

1

5V稳压管

1

发光二极管 

8

开关

1

表格5-1元件清单 

6调试与仿真结果 

采用Proteus软件对电路图进行仿真

6.1 通电前检查

电路安装完毕后，经检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。

6.2 通电检查

6.2.1电位器测量实际电压值

正常工作，能给分到0.1~4.9V电压给测量电路

6.2.2 NE555单元电路

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。

如果失真，检查接触是否良好,是否有虚焊等。

 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。

上电，利用示波器对555单元电路进行波形检查，观察示波器，555输出所需求的周期波形。

6.2.374LS00元件的调试

单独给74LS00供电，是否按真值表一样工作，调试结果为正确。

将9、10两端分别接电平输入，将8端接电平显示。

测试是否符合当9端为低电平，10 端为低电平时，输出为低电平；9端为低电平，10端为高电平时，输出为低电平；9端为高电平，10端为低电平时，输出为低电平；当9、10两端均为高电平时，输出为高电平。

6.2.4 74LS161单元调试

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。

接通555电路，与门，74LS161和显示电路，给脉冲，74LS161正常工作，能计数

6.2.5DAC0832的调试

除去比较电路，给其余的元件都通电，调节电位器使其给予电路2.5V左右的电压，检查DAC0832的输出

IOUT1 -5.012mV

IOUT2 0V

RFB 2.505V

正常工作

6.2.6LM324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。

6.2.7发光二极管的调试

未接电源时，万用表打到二极管档上，逐一给发光二极管分别接到正负两端，都能正常发光

6.3 仿真结果及分析

测量输入电压

输出电压

发光二极管显示二进制值

500uV

12.92mV

00000001

250mV

245.6mV

00001101

500mV

499.4mV

00011010

750mV

752.2mV

00100111

1V

1.007V

00110100

1.25V

1.259V

01000001

1.5V

1.512V

01001110

1.75V

1.746V

01011010

2V

1.999V

01100111

2.25V

2.254V

01110100

2.5V

2.505V

10000001

2.75V

2.758V

10001110

3V

3.01V

10011011

3.25V

3.265V

10101000

3.5V

3.498V

10110100

3.75V

3.751V

11000001

4V

4.004V

11001110

4.25V

4.257V

11011011

4.5V

4.512V

11101000

4.75V

4.746V

11110100

5V

4.961V

11111111

7 小结 

在做完课程设计之后我的感触非常的多，体会到任何事情不可能一步完成，有规律有计划的一步一步完成是唯一的途径，而且你需要有良好的心理素质，胜不骄，败不馁，戒骄戒躁，安心踏实的来办事，最终才会有结果。

本次小小的课程设计难倒了不少同学，以前学习理论知识的时候不会遇到这么多问题，在自己动手的时候你会发现有时候根本无从下手，毫无思路，在别的同学或者老师的帮助下才有了思路，从中你可以反思到自己的思维有什么问题，并且做出改进。

设计完成之后，我认为最重要的是理清思路，要知道每一步该干些什么，要做出什么结果，检验完成之后在进行下一步工作。

只有这样你在出问题之后才知道该去哪一个模块去检查问题，排除故障，如果你能找到解决问题的办法，那你离成功就不会很远。

8 设计体会及今后的改进意见

8.1 体会 

在完成了焊接之后让我体会到了动手远难于理论，纸上谈兵只是一场空，能做出成功的作品绝非简单的事。

所以在着手做设计的时候一定要端正态度，败不馁，知道做出成功的作品。

在开始的电路设计过程中，感觉无从下手，虽然了解技术要求及最后电路实现的功能，可是在设计时，有的时候还会遇到一些细节上的一些问题，比如比较电路该怎么连能起到比较实际需要测量的电压和DAC0832产生的模拟电压，参考了一些资料后才了解到那些该怎样去连接。

在电路的设计时，还要注意整个电路的简易方便，如果设计的太繁琐，则在后期的焊接时，会遇到本可以避免的麻烦与问题。

设计好后在仿真软件上进行仿真，模拟工作，看其是否能像自己所预期的那样工作，如果没有获得理想的结果就要适当的更改电路图及线路的连接，直到仿真成功，之后就是焊接与调试任务。

在集成电路的焊接时，采用底座，如果将集成电路直接焊接在电路板上时，一旦出现问题不好拆卸检查，而且电烙铁在焊接时容易将集成电路烫坏。

在焊接前，先把各个元器件摆好在电路板上，进行排版，这样方便在焊接时不会出现由于元器件之间距离太近或位置不对而造成焊接麻烦。

焊接的点要尽量避免虚焊。

而调试时则要分块就行调试，如果一下子就来整体调试的话，比较难找出问题原因。

整个课程设计弄下来，发现自己的焊接能力提高了不少，拆焊也比以前熟练许多，而且本次课程设计，培养了我们理论与实际的结合能力，考验我们在遇到问题时，要稳重的去解决，不能浮躁。

让我们明白理论联系实际的重要，也促进了我们得学习能力，更锻炼了我们自己的动手能力，提高了学习积极性。

希望自己在有能力的情况下去完成其他更有挑战性的课程设计，养成一个良好的学习习惯。

8.2 本方案特点及存在的问题 

本方案利用了2个74LS161计数器，来对555电路产生的脉冲进行计数。

但是本电路没有复位端，也就是当电路显示一定值后，需要重新关闭打开开关才重新计数，而当电位器调制稍微高过5V电压输入进整个电路时，比较电路一直处于高电平，与门的输出一直处于只受555电路影响，计数器一直工作，而无法正常显示，发光二极管一直闪烁不停止。

8.3 改进意见 

在开关处加一个按键开关来，给手动脉冲使得计数器清零。

参考文献

【1】阎石.数学电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.2006

【2】童诗白.模拟电子技术基础.清华大学。

高等教育出版社。

2006

【3】党宏社.电路电子技术实验与电子实训.电子工业出版社。

2012