课程设计—计数式8位A/D转换器的设计与制作(上)
计数式8位A/D转换器的设计与制作
1、 设计目的：
a) 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。
b) 学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。
c) 进行基本技术技能训练，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。
d) 培养学生的创新能力。
2、 设计要求：
2.1 电源±5V；
2.2 输出数字量8位；
2.3 误差1LSB；
2.4 带转换开始控制；
2.5 输入电压直流电压0～2.5V；
2.6 主要单元电路和元器件参数计算、选择；
2.7 画出总体电路图；
2.8 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；
2.9 调试电路；
2.10 电路性能指标测试；
2.11 提交格式上符合要求，内容完整的设计报告；
3、 总体设计
3.1 总体设计框图 上图为8位为计数式8位A/D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）模拟电压产生电路 2）电压比较电路 3） DA转换电路 4）脉冲产生电路 5）控制电路 6）计数电路 7）输出电路
3.2 电路组成及工作原理
计数式8位A/D转换器设计的思路是：先由555定时器构成的多谐振荡器产生方波信号，输入由控制芯片74LS00构成的与非门，再把74LS00的输出信号输入到由两片74161构成的计数器,74161的输出信号经DAC0832数模转换器后,输出的信号经LM324构成的比较器与待转换电压进行比较,最后结果由Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2，Q1，Q0输出。
3.3 各框图的功能和可选电路及特点
1）模拟电压产生电路：在电位器上产生0～2.5V的待转换电压。
2）电压比较电路：比较两个电压值进行判断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）DA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转换电路变为模拟电流量,为了完成八位计数,可使用两个74LS161。
7）输出电路：输出八位分别为Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2，Q1，Q0,可以用发光二极管显示。
3.4 电路制作所需的工具
工具名称
工具数量
电烙铁
1
万用表
1
剪刀
1
镊子
1
3.5 元器件列表
元件名称
元件数量
10K电阻
2
1K电阻
1
1K电位器
1
33K电阻
9
发光二极管
8
C473电容
1
47u电容
1
集成块LM324
1
集成块555
2
集成块74LS161
2
集成块74LS00
1
8位D/A转换器DAC0832
1
20针插座
1
16针插座
2
14针插座
2
8针插座
2
通用板
1
焊锡丝
若干
导线
若干
4、 单元电路设计
4.1 模拟电压产生电路
将1K电阻与1K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0～2.5V。
4.2 输出电路
将Q7～Q0分别接330Ω的电阻和发光二极管，构成D7～D0的输出电路。
4.3 555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。
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。
充电时间为0.7×（R1+R2）C=0.7×（10×103+10×103）×47000×10-12=6.58×10-4s，放电时间为0.7×R2×C=0.7×10×103×47000×10-12=3.29×10-4s，周期T=6.58×10-4+3.29×10-4s=9.87×10-4s
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