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逐次渐近型AD转换器

电子学课程设计

 

课题:

逐次渐近型A/D转换器

系别:

电气与电子工程系

专业:

电气工程及其自动化

姓名:

学号:

指导教师:

河南城建学院

2010年6月

 

指导教师评语:

 

成绩:

 

 

一、设计目的

1、掌握一些常用的电子器件的功能及其使用方法;

2、学会设计一些电子线路,加深对电子技术的认识和理解;

3、利用A/D转换器的原理设计8位逐次渐近型A/D转换器;

4、培养严谨治学的态度,锻炼动手操作能力。

二、设计要求

1、转换精度0.5%;

2、转换速率

/秒以上;

3、模拟电压输入范围0~5V;

4、要求采取必要的提高抗干扰能力措施。

三、总体设计思想与原理

1、工作原理

基本原理是从高位到低位逐位试探比较,好像用天平称物体,从重到轻逐级增减砝码进行试探。

逐次渐近法转换过程是:

初始化时将逐次渐近寄存器各位清零;转换开始时,先将逐次渐近寄存器最高位置1,送入D/A转换器,经D/A转换后生成的模拟量送入比较器,称为UO,与送入电压比较器的待转换的模拟量Ui进行比较,若Uo

然后再置逐次渐近寄存器次高位为1,将寄存器中新的数字量送D/A转换器,输出的Uo再与Ui比较,若Uo

重复此过程,直至渐近寄存器最低位。

转换结束后,寄存器中的状态就是所要求的数字量输出。

2、设计的总体原理框图

下图是设计的逐次渐近型A/D转换器的总体原理框架,主要有顺序脉冲发生器、逐次渐近寄存器、D/A转换器和电压比较器等几部分组成。

逐次渐近型A/D转换器原理框图

3、总电路图(见附图)

四、部分电路的设计

1、顺序脉冲发生器

顺序脉冲发生器的作用是产生比较用的节拍脉冲,由74LS42和74LS161产生CP节拍脉冲。

电路如下图:

利用74LS161的计数功能输出四位二进制数码,然后输入到74LS42的输入端A3~A0,由74LS42

的译码功能产生9个节拍脉冲。

其波形如下图:

74LS161与74LS42组成的顺序脉冲发生器的节拍脉冲

74LS42引脚图及引出端功能符号如下:

引出端功能符号

A0~A3BCD码输入端

VDD正电源

VSS接地

Y0~Y9译码输出端

74LS161引脚图及功能表:

当CP为上升沿时,清零端和预置端为高电平,且把使能端设置为高电平时,此芯片开始计数。

2、逐次渐近寄存器

有JK触发器和D触发器组成寄存器,在节拍脉冲作用下记忆每次比较的结果,并向D/A转换器提供输入数字量。

JK触发器及其功能:

R为强制置“0”端,S为强制置“1”端。

RS都为“1”时,J=0,K=1时,Q=0;J=1,K=0时,Q=1;J=0,K=0时,Q保持,J=1,K=1时,Q翻转。

D触发器引脚图及其功能:

D触发器的输出Q总与输入D相同

3、D/A转换器

D/A转换器的作用是按不同的输入数码,产生一组数值不同的参考电压Uo,送到电压比较器与输入信号Ui进行比较。

此时利用芯片AD7524产生Uo。

AD7524引脚图及其引脚功能如下:

 

AD7524引脚功能:

OUT1、OUT2电流流出端

为供电源可在+5V至15V范围内选择

GND为接地

为基准电源可取正、负,输出电源极性也相交改变

RF为反馈电阻

为数据引入端

为片选端

为写入控制端

节拍脉冲CP0的作用下,将JK触发器的状态QH~QA=10000000,若D/A参考电压U0。

当U0<UI时,比较器输出为1,反之为0,这样各级触发器的J=1,K=0。

在节拍脉冲CP1作用下,其下降沿触发器JK触发器,使QG=1,同时CP1使触发器置1。

这样在CP1作用后,D/A转换器输出参考电压U0,当U0<UI,比较器输出为1,反之为0。

就这样一次比较直到CP8,当CP8的上升沿时D触发器输出状态就是所得比较的结果。

从上可以看出逐次渐近型A/D转换完成依次转换所需的节拍脉冲数为(n+1)。

N为二进制代码,所以完成一次所需的时间为(n+1)Tcp。

数据分析:

分辨率用来说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。

分辨率=

为输入模拟信号最大值。

分辨率=

转换误差也反映了A/D转换器所能辨认的最小输入量,因而转换误差与分辨是统一的,提高分辨率可减少转换误差。

0.005则n

8

分辨率=

由于t≥(n+1)Tcp

若n=8则

>(n+1)

所以

1.1×

s

HZ=110KHZ

110KHZ以上都可以

所以设计选择8位逐次渐近型A/D转换器。

CP为100KHZ。

五、心得体会

经过将近一周的电子学课程设计,完成逐次渐近A/D转换器的设计。

拿到题目后,在图书馆和利用网络资源进行查阅和搜索与本设计有关的资料。

在查阅中进一步了解了A/D转换器的知识,对与自己以前仅仅知道A/D有很大的进步。

熟悉了使用AutoCAD绘制电气原理图及其芯片。

由于时间短促对课题要求的采取抗干扰能力措施没能设计。

在本次设计中利用常见的一些芯片来完成A/D的转换,自我感觉还不够完美。

以后有机会要对这次设计结合以后所掌握的知识面进行补充。

不足之处请各位老师批评、指教!

 

参考文献

[1]康华光,邹寿彬,秦臻等.电子技术基础数字部分.高等教育出版社,2009.

[2汪国强等.现代数字逻辑电路.电子工业出版社.

[3]高吉祥等.数字电子技术学习辅导及习题详解.电子工业出版社.

[4]岳怡等.数字电路与数字电子技术.西北工业大学出版社.

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