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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
系另躍电气与电子工程系
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10"/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,从重到轻逐级增减舷码进行试探。
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U0,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 下图是设讣的逐次渐近型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儿部分组成。 输出数字杲: 输入模拟电压 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、顺疗;脉冲发生器 74LS161产生CP节 顺序脉冲发生器的作用是产生比较用的节拍脉冲,由74LS42和拍脉冲。 电路如下图: 5”X8/怡冷饥 74LS42 /? 於2外Ao CE7 03 3 QqCR ap 74161 TC 迹p % ft 02 D3PE 利用74LS161的汁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个右舶脉冲。 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引脚图及引岀端功能符号如下: 丫4— 1 16 论— 2 15 3 14 Yo 4 74LS42 13 冷— 5 12 y5— 6 11 7 10 伦 8 9 vss Vdd Vi A? 引岀端功能符号 AO〜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: T出送1◎EJ -弋丰d 7 CP CR PE P r D3 De Dr Do 【3QwQ1Qq 0 X X X X 尢 X 片 0000 t 1 0 X K A B C D ABCD X 1 1 0 X 尢 x X X 保捋 X 1 1 0 X X A- f 1 1 1 1 X X X 诚 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ar时,J=0,K=1时,Q=O;J=1,K=O 时,Q=1;J=O,K=0时,Q保持,J=l,K=1时,Q翻转。 D触发器引脚图及其功能: D CP 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Uoo AD7524引脚图及其引脚功能如下: AD7524引脚功能: 0UT1、0UT2电流流出端 匕"〉为供电源可在+5V至15V范用内选择 GND为接地 Vret为基准电源可取正、负,输岀电源极性也相交改变 RF为反馈电阻 %〜D7为数据引入端 运为片选端眾为写入控制端 节拍脉冲CPO的作用下,将JK触发器的状态QH〜QA二10000000,若D/A参考电压U0。 当U0 在节拍脉冲CP1作用下,其下降沿触发器JK触发器,使QG二1,同时CP1使触发器置lo这样在CP1作用后,D/A转换器输出参考电压U0,当U0 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+l)oN为二进制代码,所以完成一次所需的时间为(n+1)Tcpo 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。 分辨率二匕场x匕愀为输入模拟信号最大值。 分辨率二二=—=0.01953V 2s256 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。 丄".005则n\8 2“ 分辨率=4=—=0.01953V 2'256 由于tM(n+l)Tcp 若n二8则KT4>(n+l)Tcp 所以 Tcp>1.IX10_5s fcp<105HZ=l1OKHZ 则fcp<1】OKHZ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lOOKHZo 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LI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。 山于时间短促对课题要求的采取抗干扰能力描施没能设讣。 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•髙等教育岀版社,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.四北工业大学出版社.
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