自动化(二)班罗卿 童伟 张忠 ,AD转换器.doc

湖南人文科技学院课程设计报告课程名称:电子技术课程设计 设计题目：计数式8位A/D转换器设计与制作 系 别： 通信与控制工程系 专 业： 自动化 班 级： 0902 学生姓名: 童伟 张忠 罗卿 学 号: 09421220 09421237 09421212 起止日期: 2011年6月6日至2011年6月24日 指导教师: 李朝鹏 王道铸 教研室主任： 方智文 19指导教师评语： 指导教师签名： 年 月 日成绩评定项 目权重成绩童伟张忠罗卿1、设计过程中出勤、学习态度等方面0.22、课程设计质量与答辩0.53、设计报告书写及图纸规范程度0.3总 成 绩 教研室审核意见：教研室主任签字： 年 月 日教学系审核意见： 主任签字： 年 月 日摘要随着数字电子技术，特别是计算机技术的飞速发展与普及，在现代控制、通信及检测领域中，信号的处理无不广泛地采用了计算机技术能把模拟信号转换为数字信号的电路称为模数转换器简称A/D转换器。A/D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、编码几个过程一般来说转换时间越短、分辨率越高A/D转换器越好，但在实际中很难同时满足这两个指标。所以我们需要考虑设计要求来确定设计方案。为了简化设计，我们直接采用ADC0809芯片。ADC0809是一种8位的逐次逼近型A/D转较器。但是ADC0809的分辨率不是很精确。我们就利用555定时器、74LS161计数器、电容和电阻构成新的计数器。经测试新A/D转换器的分辨率完全能小于0.1V。并且转换时间也比较快。关键字：逐次比较型，555定时器目 录 设计目的5设计要求5前言6实验元器件列表61、设计内容71.1方案一71.2方案二71.3方案对比与选择82、总体设计83、各组成部分的工作原理83.1 555定时器83.2计数器SN74LS161CN93.3 ADC0809104、PCB的制作104.1 protel制图104.2 PCB原理图104.3 PCB布线图114.4 PCB板的制作124.5 将各元件安装到PCB板上125、元器件调试125.1 555定时器的调试125.2 控制电路的调试125.3 74LS161的调试126、总体调试137、总结与思考13参考文献15附录16PCB制作图形16计数式8位A/D转换器设计与制作设计目的1.培养学生理论联系实际的正确设计思想，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，如基本仪器的使用，常用元件的识别、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。 设计要求根据反馈比较原理设计一个8位的A/D转换器，能够将05V的直流信号转换为8位二进制数，并且误差不大于0.1V。前言在人们认识自然、改造自然的过程中，经常需要对各种各样的模拟信号进行量化，因而如何根据不同的模拟信号灵活、快速的转换成合适的数字信号成了现代控制通信及检测技术值得深入研究的课题。不同结构的A/D转换器有各自的特点，在要求转换速度高的场合可选用并行A/D转换器;在要求精度高的情况下，可采用双积分型A/D转换器，也可以选用高分辨率的其他形式A/D转换器。实验元器件列表表1 元器件列表元器件名称标号数量555定时器NE555D1计数器SN74LS1611ADC0809CN1发光二极管9电阻1K2电容100PF2可调电阻1K1开关11、设计内容1.1方案一利用电阻、电压比较器、计数器和优先编码器构成所需A/D转换器。其图如下图所示。图 1 并行比较型A/D转换器结构图1.2方案二利用555定时器、计数器和ADC0809构成所需A/D转换器。其protel原理图如图2所示。图 2 Protel原理图1.3方案对比与选择由于考虑到设计要求误差要小于0.1V。方案一虽然转换速度很快，但很难达到这么高的精度。所以我们才用方案二。2、总体设计设计总体框架图如图3所示。 图 3 总体框架图 该八位A/D转换器由以下几部分组成：1、模拟电压产生电路 2、ADC0809电路 3、脉冲产生电路 4、控制电路， 5、计数电路 6、输出电路各个单元电路完成下列功能:1.模拟电压产生电路：在电位器上产生0-5V的待转换电压。2.ADC0809电路:完成模拟信号量化3.脉冲产生电路：产生一个频率较高的方波信号CP，可选用555振荡器。4.控制电路：控制计数电路功能。5.计数电路：进行加计数，输出的数字量进入ADC0809电路变为数字信号。6.输出电路：输出8位分别为Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0，可以用发光二极管显示。最后，将各个电路单元连接起来，就能获得其电路图，其电路图的Protel DXP原理图如图2所示。3、各组成部分的工作原理3.1 555定时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，电容在1/3Vcc和2/3Vcc之间充电和放电其波形如下图所示。 图 4 555定时器工作图 图 5 555定时器工作波形图3.2计数器SN74LS161CN74LS161正常工作时由0000开始计数。电路的原理图如图所示。它是四位二进制加法计数器，具有计数、保持、预置、清零功能。它由四个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：Q0Q3是拘束输出端，Q3为最高位：CO是进位信号输出端：D0D3为预置数并行输入端：CTT和CTP是工作状态控制端。 a b 图6 74LS161管脚图 3.3 ADC0809ADC0809是8位A/D转换器，转换方法是逐次逼近法。ADC0809为CMOS工艺，其外引脚为28个。管脚功能如下：IN0IN7：八个模拟量输入端。START：启动A/D转换，当START为高电平时，开始A/D转换。EOC：转换结束信号。当A/D转换完毕之后，发出一个正脉冲，表示A/D转换结束，此信号可用做A/D转换是否结束的检测信号或中断申请信号（加一个反相器）。C、B、A：通道号地址输入端，C、B、A为二进制数输入，C为最高位，A为最低位，CBA从000_111分别选中通道IN0IN7。ALE：地址锁存信号高电平有效。当ALE为高电平，允许C、B、A所示的通道被选中，并把该通道模拟量接入A/D转换器。CLOCK：外部时钟脉冲输入端，改变外接R、C可改变时钟频率。D7D0：数字量输出。Vref（+）、Vref（-）：参考电压端口，用来提供D/A转换器权电阻的标准电平，一般Vref（+）=5V，Vref（-）=0.Vcc：电源电压，+5V。CND：接地端。4、PCB的制作 4.1 protel制图 利用Protel DXP软件绘制原理图如图2. 4.2 PCB原理图利用DXP 2004制图软件进行制图。打开DXP 2004制图软件，创建一个项目：PCB项目，然后在这个PCB项目里创建一个原理图和一个PCB文件。在原理图上，从软件的元件库里调出所需元件，按电路图接好线，可得如图7所示 图 7 仿真图4.3 PCB布线图将DXP 2004制图软件中的PCB原理图封装，布线。点击软件菜单栏中“设计”按钮，然后点击其下的“update PCB Document.PCB2PcbDoc”按钮，就将PCB原理图封装，布线到创建的PCB文件上，如图8所示的PCB布线图。 图8 PCB仿真图 4.4 PCB板的制作 将PCB板底层布线图打印到热转印纸上，将其粘在一块合适的铜板上，然后将铜板通过热转印器，将铜板腐蚀，用打孔机在其上的各个元件的引脚打孔。 4.5 将各元件安装到PCB板上(1)把555集成块插入PCB板，注意方向，然后焊接好。(2)注意直流源的正负及接地端。(3) 分别把各电阻，电容放入所定位置，注意电容的极性，然后焊接好。5、元器件调试5.1 555定时器的调试先卸下除555芯片的其他芯片，8号端口接+5V电压，1端口接地，打开示波器，3端口接上示波器，按下示波器上的自动键，观察波形是否为方波，如果不是，检查电阻、电容、线路以及555元件。如果失真检测接触是否良好，是否虚焊。 5.2 控制电路的调试控制电路是用555芯片组成的多谐振荡器，先卸下555芯片的其他芯片，4端口接+5v电压，1端口接地，打开示波器，3端口接示波器，按下示波器上的自动键，观察波形是否为方波，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 5.3 74LS161的调试计数器的清零端接高电平，CP端接上试验箱的单次脉冲，四个输出端分别按顺序接在四个电平显示上，按单次脉冲按钮，观察4位电平显示的输出是否为逐个增大的二进制数，大道同步家计数器功能的目的、扳动开关，看各显示电平是否能被清零，如果能够，则证明连接正确。6、总体调试先检查线路是否短路，断路，按原理图接上各元器件，再通电，匀速调节电位器，从而改变输出电压，注意观察电平显示是否随其缓慢改变。记录显示数据并统计，最后画出数据变化图。表2 A/D转换器调试结果电压2.0572.2682.3812.5182.6752.6792.8852.965电平显示1000000110001110100101101010001010101010101011101011110111000101电压3.0463.1393.2933.3413.4643.4763.5413.543电平显示11001011110100011101111011100001111010101110110111101110111011117、总结与思考为期三个星期的课程设计已经结束，在这三星期的学习、设计、焊接过程中我感触颇深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过对A/D转换器的设计，我掌握了常用元件的识别和测试；熟悉了常用的仪器仪表；了解了电路的连接、焊接方法；以及如何提高电路的性能等等。通过对A/D转换器的设计，我还深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！其次，这次课程设计提高了我的团队合作水平，使我们配合更加默契，体会了在接好电路后测试出波形的那种喜悦，体会到成功来自于汗水，体会到成果的来之不易。在实验过程中，我们遇到了不少的问题。比如：误差过大，甚至不出结果这样的问题。在老师和同学的帮助下，把问题一一解决，那种心情别提有多高兴啦。实验中暴露出我们在理论学习中所存在的问题，有些理论知识还处于懵懂状态，老师们不厌其烦地为我们调试电路，讲解知识点，实在令我感动。还有就是在实验中，好多同学被电烙铁烫伤了，这不得不让我想起安全问题，所以在以后的实验中我们应该注意安全，特别是在特殊的地方或者使用特殊工具时，如电烙铁，电钻，腐蚀机时，一定要特别注意，不让危险事故发生。还有值得我们自豪的就是我们的线路连得横竖分明，简直就是艺术，虽然我