计数式8位AD转换器的设计与制作

1、班级：电气1105 姓名：胡洪硕 学号：23课题：计数式8位AD转换器设计与制作 . 第 页 PAGE 电子技术课程设计报告课题:计数式8位AD转换器的设计与制作班级 电气1105 学号 1101205523 学生姓名 胡洪硕 专业 电气工程及其自动化 系别 电子与电气工程学院 指导教师 电子技术课程设计指导小组 淮阴工学院电子与电气工程学院2012年5月一、设计目的（1)、培养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

2、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。二、设计要求1.电源5V；2.输出数字量8位；3.误差1LSB；4.定时开始转换或手动控制开始5.有转换结束标志；6.输入电压直流电压02.5V；7.主要单元电路和元器件参数计算、选择；8.画出总体电路图；9.安装自己设计的电路，按照自己设计的电路，在通用板上焊接。焊接完毕后，应对照电路图仔细检查，看是否有错接、漏接、虚焊的现象；10.调试电路；11.电路性能指标测试；12.提

3、交格式上符合要求，内容完整的设计报告。三、总体设计3.1总体设计框图 图1为计数式8位AD转换器的总体设计框图。该八位AD转换器由以下几部分组成：（1）输入直流电压 （2）比较电路 （3）D/A转换电路 （4）计数脉冲产生电路 （5）控制电路 （6）二进制计数器 （7）十进制计数器 （8）译码显示电路输入直流电压比较器D/A转换计数脉冲产生电路控制电路二进制计数器十进制计数器译码显示电路图 1总体设计图3.2电路组成图及工作原理 图2 总体原理图3.3各框图的功能和实现该功能的可选电路及特点（1) 输入直流电压：在电位器上产生02.56V的待转换电压。（2)电压比较电路：比较两个电压值进行判断

4、并输出高电平或低电平，待转换电压Vx进入比较器正端，而经DA转换器转换出的模拟电压量Vy则进入比较器负端与Vx比较。若Vx Vy，则比较器输出为高电平，反之为低电平。（3)D/A转换电路：将数字量转化为模拟量，可以选用DAC0832，输出为电流量，需转化成模拟电压量才可以与待转换电压Vx比较。（4）脉冲产生电路：产生一个频率较高的方波信号CP，可选用555构成的多谐振荡器。（5）控制电路：可选电路为74LS00，控制计数电路的计数功能，由比较器的输出结果和脉冲信号CP共同决定, 555构成的多谐振荡器输出上升沿时,加计数器开始计数。（6）计数电路：进行加记数，输出的数字量进入DA转换电路变为模

5、拟电流量,为了完成计数,可使用两个74LS161。 (7）输出电路：输出分别为百十个位,可以用数码管显示。单元电路设计(一)、输入直流电压1、 模拟电压产生电路图3模拟电压产生电路将2K电阻与5K电位器相连，电阻一段接+5V电压，电位器一端接地，电位器中间接输出，则可以得到输出电压在02.5V。、比较器1、 LM393比较器图 4 运算放大器图 5 LM393内部结构图LM393是二运放集成电路，它采用8脚双列直插塑料封装，内部结构图如上图所示。它的内部包含二组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，二组运放相互独立。每一组运算放大器可用图所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为

6、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。2、LF347放大器 运算放大器多用于电流、电压检测电路，用于处理模拟信号和将模拟信号转换为开关量信号报警、停机保护信号。开路集电极输出型多用

7、于电压比较器电路，运算放大器有较好的代换性。 图6 LF347运算放大器引脚图 （三）、计数脉冲显示电路1、 555信号发生器555定时器它是一种时基电路，它是一种应用极为广泛的中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。由于555内部的比较器灵敏度较高,而且采用差分电路方式,他的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。 图 7 555定时器内部结构图图 8 555信号发生器由555定时器和外接元件RA，RB，C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

8、号，利用电源通过R1，R2向电容C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RB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C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。2、555信号清零 HYPERLINK /items/item_details.htx&item_id=51434897 t _blank 图9 555信号清零数据显示时间为0.7（R1+R2）C=0.7（33103+330）4710-6=1.097s，放电时间为0.7R2C=0.73304710-6=1

9、0.86ms，周期T=1.1s。（四）、控制电路1、74LS00(a) (b) 图 10 74LS00管脚图输入方波信号，10端接LM393的输出端产生的方波，9端接比较器输出的电压，8端为输出的信号接入计数器电路。表 1与逻辑真值表A B L=A&B 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 (五)、二进制计数器1、74LS161图11 74LS161二进制计数 控制电路是由两个74LS161计数器构成的,以串行进位的方式连接，其中，片1的进位输出信号RCO直接作为片2的计数脉冲CP,显然这是一个异步计数器。片1片2的使能端ET=EP=1,因而它们总是处于计数状态，随着方波脉冲的输入，

10、逐渐向上计数。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。图 12 74LS161管脚排列74LS161具有计数、预置、保持、清零等功能。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；Q0Q3 是计数输出端，AD是输入端。最高位是Q3；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。（六）、D/A转换1、 DA转换器DAC0832DAC0832 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DAC

11、0832 的逻辑框图及引脚排列。图 13 DAC0832单片D/A转换器逻辑框图和管脚排列 D/A转换器的结构有很多种，分为电压定标、电荷定标、电流定标等。不同结构的D/A转换器在性能上是有差异的。单纯采用一种定标方式，需要有很高的匹配精度，否则很难实现高精度转换。我们采用集成块DAC0832。DAC0832是一个8位D/A转换器。单电源供电，从+5V+15V均可正常工作，基准电压范围为10V，电流建立时间为1s，CMOS工艺，低功耗20mW。DAC0832转换器芯片为20引脚，双列直插式封装，能完成数字量输入到模拟量(电流)输出的转换。在DAC0832中有两级锁存器，第一级锁存器称为输入寄存

12、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1时，输入寄存器的输出随输入而变化。此后，当（WR1）由低电平变高时，控制信号成为低电平，数据被锁存到输入寄存器中，此时输入寄存器的输出端不再随外部数据的变化而变化。使用时，数据输入可以采用两级锁存(双锁存)形式，或单级锁存(一级锁存，一级直通)形式，或直接输入(两级直通)形式。3个门电路组成寄存器输出控制逻辑电路，该逻辑电路的功能是进行数据锁存控制。、十进制计数器1、CD4553 电路采用CD4553作为计

13、数器。CD4553有两个特点：是三位10进制计数器，但只有一位输出端（输出BCD码），要完成三位输出，采用扫描方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制三位十进制的输出，从而实现扫描显示方式。CD4553由三个BCD计数器级联而成，因而可以用个位、十位、百位进行计数，计数值从0999。由于它的计数输出端只有一个，而要完成三个计数器的输出，故采用3扫描输出的方法，逐个输出3个计数器的计数值，扫描频率由3、4脚的分时扫描振荡器外接电容的容量确定。由于扫描频率较高故不影响计数输出的准确性。CD4553是三数字BCD计数器： 1-DS2，2-DS1，3-CEXTB，4-CEXTA，5-Q3，6-Q2， 7-

14、Q1，8-VSS，9-Q0，10-LE，11-DIS，12-CLK， 13-MR，14-QF，15-DS3，16-VDD。计数器是脉搏测试系统的重要组成部分，若选用有选通脉冲输出控制的计数器，可使得电路设计中采取动态扫描显示方式，将大大简化电路，节省器件。此次实验采用CD4553作为计数器。CD4553是3位十进制计数器，但只有1个输出端，要完成3位输出，采用扫描输出方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制3位十进制的输出，从而实现扫描显示方式 图14 CD4553 组成方框图及管脚图（八）、译码显示电路 1、译码器 显示译码器CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD

15、码七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511 引 脚图如下： 图15 CD4511管脚排列BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。A1、A2、A3、A4、为8

16、421BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。 2、三位LED数码管 三位LED ，所有位的七段码线都并联在一起，而各位数码管的共阴极（对共阴LED数码管）D1，D2，D3分别被计数器CD4553输出的扫描时序脉冲DS1，DS2，DS3控制（本设计电路中DS1DS3经三极管BG1BG3控制D1D3）， 从而实现各位的分时选通显示。但要注意为了显示稳定，应使扫描时序脉冲的频率合适，频率过低将会使显示产生闪烁，而频率过高将会使显示产生余辉。扫描频率与显示数码管的位数有关，位数越多扫描频率

17、应越高，通常可取扫描频率为几百赫兹，可由CD4553接入的电容CS值调整来决定。 图16 LED数码管显示图五、调试部分（1）模拟电压产生电路的调试连接好电路，用数字电压表测量电位器中间输出电压是否在02.5V内在02.5V内，则模拟电压产生电路正常。（2）信号发生器的调试先卸下除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

18、换导线后，测得输出波形为方波，频率f=1.471KHZ。（3）555信号清零的调试先卸下除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,是否为矩形波。 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。（4）LM393的调试将LM393与已调好的DAC0832相连，DAC0832的Vcc接+5V电压， GND端接地，六个输入端接电平输入，用万用表测LM393输出端7端的电压，如随电平二进制数增大而增大，则LM393调试成功。（5）74LS00的调试 将9、10两端分别接电平输入，将8端接电平显示。测试是否

19、符合当9端为低电平，10 端为低电平时，输出为高电平；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，输出为低电平。（6）74LS161的调试先卸下除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。（7）DAC0832的调试先卸下除DAC0832芯片的其他芯片，芯片Vcc接+5V电压，VREF接-5V电压，W

20、R1、WR2、XFER、CS、Iout2、AGND、GND端接地，八个输入端接电平输入，用万用表测量观察输出端的电压变化情况，黑表笔接地，红表笔接Rfb,依次打开逻辑开关，看万用表示数是不是逐渐增大，如电压随输入电平二进制数的增大而增大，则DAC0832芯片调试成功。（8）4553的调试将CD4553的16脚VDD接+5V电源，将8脚VSS接地。然后，在12脚CL端接试验箱上的一个脉冲信号源，然后用万用表看输出端的9、7、6、5端，即Q0、Q1、Q2、Q3，是否输出高低电压。当我把万用表接上后，发现万用表能够显示脉冲源连接后的高低压。控制电路部分调试成功。输出电压的值随输入电压值的增大而增大，

21、输入电压的值与输出电压的值几乎相等，误差小于1LSB。（9）4511的调试 将高低电平控制开关接到BCD码输入端，通过高低电平的变化及BCD码编码的原则即可显示出0-9。然后在数码管上看是否出现对应的数字，芯片功能正常。（10）联调将所有设备全部接入电路，接通电源，调动10k电位器的阻值以改变10K电位器输出的电压，八位输出端口接电平显示，看电平显示是否随其缓慢改变。用万用表检查线路是否短路、断路或者虚焊。按原理图，接上所有元器件，接通电源。匀速调节电位器，从而改变输出电压。观察三位共阴数码管是否正常显示，观察是否计数。六、设计总结这学期我们学习数字电子技术，已经系统学习了555定时器以及A/

22、D转换器和D/A转换器，同时也做了数电的实验有555定时器部分和A/D转换器、D/A转换器部分。无论从理论还是实践上都对该部分只是有了一定的基础，对这次的课程设计有很多帮助作用。尤其是我们的指导王老师对我的课题设计给予我们很多细致的讲解，同时电路板是专用的板子，这样解决了连线困难等难题。同时带领我们对上学期模电部分的比较器一块进行了系统复习。说句实话，我们本次课程设计的原件比较多，有555定时器、74LS00、74161、DAC0832、LF347及LM393等元器件，这就要求我们要对每一个器件了解其各项指标，要学会分析为什么要用这类器件而不用其他器件，掌握这些最终设计出电路原理图。原理图分析好，器件功能掌握好，然后就是将器件放入电路板中进行焊接，我们上学期的电子实习期间我们已经掌握了焊接的要领，先焊一些耐热的原件如电阻等，最后焊接那些不耐热的器件如三极管等。在焊接时要注意：在焊集成块时，把各