数字电子技术课程设计报告(数字积分器).doc

数字电路课设报告 题目二：数字积分器 第10页 共10页题目二：数字积分器一、设计任务与要求:(一)、设计要求： 1、模拟输入信号0-10V，积分时间110秒，步距1秒。 2、积分值为0000-9999。 3、误差小于11LSB。 4、应具有微调措施，以便校正精度。 (二)、设计方案： 1、通过数字积分器，对输入模拟量进行积分，并将积分值转化为数字量并显示。 输入与输出的对应关系为：输入1V，转化为频率100HZ，计数器计数为100，积分时间为1S，积分10次，输出为1000。 输入模拟量的范围为010V，通过10次积分，输出积分值为00009999。误差要求11LSB。 数字积分器应具有微调措施，对于由元件参数引起的误差，可以通过微调进行调节，使其达到误差精度。微调的设置应尽可能使电路简单，并使测量时易于调节，能通过微小调节，尽快达到要求，完成微调的任务。2、方案选择 (三)、所用元器件： 组件：74LSl61 74LS00 741LS08 uA741 74LS20 555 3DK7 电容、电阻 若干 电位器：10K(调零)二、方案选择与论证三、方案说明(一)V/F转换器最终确定的 电压-频率转换器 电路的原理图如下图所示(R1为可调电阻):在该电路中，通用运算放大器uA741被接成了积分器的形式。输入电压经R3、R4分压后送入uA741的3脚作为参考电压。假设Q1管截止，那么就有IR1R2=IC1，Vi给C1充电，uA741的6脚的电压不断下降。当uA741的6脚的电压下降到NE555的5脚的电压的一半也就是2.5V时NE555状态翻转，3脚输出高电平15V，Q1导通，C1放电，uA741的6脚的电压上升。当该电压上升至NE555的5脚的电压5V时NE555的状态再次翻转，Q1截止，电容C1再次被充电。电路输出一个周期的脉冲方波振荡信号。NE555的7脚是集电极开路输出，R6为上拉电阻，其上端接至+5V从而使得电压-频率转换器的输出与TTL电平相匹配。下面计算确定R1、R2和C1的值：设 R=R1+R2 , R3=R4 则有 解得设 R7=5k, Vi=1V , 则输出频率f应为100Hz代入可得 解得 R(1)=5.278kR(2)= 94.72k(采用此值)至此确定: R1为100k可调电阻, R2=51k, R1+R295k R3=R4=2.1k，R7=5K C1=0.02F该电压-频率转换器电路各点的波形如下图所示。波形左边的字符串为网络标号，它们已在上面的电路原理图的相应位置被标出。该波形为计算机仿真的结果，下同。上面所述电压-频率转换器电路为最终确定的方案。在最初的设计中：(1) R7的值为，这就使得: (a) 晶体管Q1的ce间的压降对电路线性的影响比较大。(b) 计算可知，当时，。因此微调多圈可调电阻R1起不到调整输出频率的作用。因此，将R7的值改为5k左右。(2) NE555的5脚仅接有小电容而不接到+5V，这将使得NE555的5脚的电压为10V。因此，uA741的输出电压就会在5V-10V间振荡。uA741在输出为5V-10V时的输入电阻等的线性程度没有在其输出为2.5V-5V时好。故将NE555的5脚接到电源+5V。不过这样做是否会使电路的精度有可以测量到的改善尚待计算和实验证实。(二) 单稳电路(积分时间)用于控制积分时间的单稳态电路的原理图如下(R1为可调电阻)：该电路为555时基集成块组成非可重复触发单稳态电路时的标准电路。该单稳态电路各点的波形如下图所示：(三)四位十六进制计数器 四位十六进制计数器的电路原理图如下： 由于十进制计数器74LS160的价格较贵(3-4元一片)，故采用较为廉价(1元多一片)的16进制计数器74LS161。在第一个74LS161 (U1)的2脚(clock)输入计数脉冲。当计数进行到9 (1001B)时与该74LS161输出相连的与非门输出低电平。这样当下一个计数脉冲到来的时候，由于74LS161的 为低电平，故74LS161 被置数为0。这样就把16进制计数器改为了十进制计数器。同时，与非门的输出还可以作为下一片74LS161的时钟信号。该四位十六进制计数器电路各点的波形如下图所示：由上面的波形图可以看出，当第一个74LS161计数器由计到时，由于竞争冒险，致使作为下一个74LS161的时钟信号的与非门的输出有短暂的下降。但是由于该下降时间很短，幅度不够等因素，它并不能在实际电路中触发下一个74LS161。尽管上述电路并不是很可靠，但是由于其较简单，故在实验中还是采用了上述电路。经改进后的较为可靠的四位十六进制计数器的电路原理图如下(未在实验中采用)：上图所示四位十六进制计数器电路各点的波形如下：(四)最终设计-总体 整个数字积分器电路的电路原理图如下：整个数字积分器电路各点的波形如下：(五)电路调试：实验在实验箱上进行，使用面包板连线。调试步骤：(1) 分别调试电压-频率转换器、单稳电路、四位十六进制计数器，确认它们可以工作。然后连好整个电路。(2) 调整决定单稳态电路稳定时间的电阻R9，使得单稳电路的稳定时间在1秒