数模模数转换电路设计docxWord格式文档下载.docx

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四、实训的环境

硬件：

CPU赛扬420（1.6GHZ）内存：

1.0GB

显示器17寸

硬盘80G显卡：

RadeonX1550Series软件：

WindowsXPProtel99SEMultisim2001

IE6.0或其他浏览器Office2003

五、数模及模数转换电路设计方案

设计数模及模数转换可以大体分为两个小的模块，一是数模转换部分，二是模数转换部分。

而数模转换又可以用几种方案实现。

一是独立元件实现。

既可以用倒T型电阻网络实现，也可以用权电流网络实现。

二是用芯片实现。

如图为流程成图：

总体框图如下:

总体设计框圏

模块一：

D\A转换器设计方案

数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的权。

为了

将数字量转换成模拟量，必须将每1位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的总模拟量，从而实现了数字一模拟转换。

这就是

构成D/A转换器的基本思路。

图1是D/A转换器的输入、输出关系框图，D0〜Dn-i是输入的n位二进制数，V。

是与输

入二进制数成比例的输出电压。

流程图如:

方案1:

倒T形电阻网络D/A转换器

在单片集成D/A转换器中，使用最多的是倒T形电阻网络D/A转换器。

倒T型电阻网络D/A转换器是采用R-2R两种电阻构成电阻网络，其基本思想是根据逐

级分流传递原理和线性叠加原理。

基准电流匸Uref/R经过倒T形电阻网络逐级分流，每级电流是前一级的1/2。

这样，每级电流就可以分别代表二进制数各位的权值。

最高位权值对

应支路电流1/2只经过一次分流，次高位权值对应支路电流1/4只经过两次分流，其他各

位权值对应支路电流分流关系以此类推。

总输出电流值是各支路电流的线性叠加。

其输入

为8位二进制数D（di）,输出为模拟电压量。

So〜S为模拟开关，F—2R电阻解码网络呈倒T形，运算放大器A构成求和电路。

S由输入数码D控制，当D=1时，S接运放反相输入端（“虚地”），li流入求和电路；

当D=0时，S将电阻2R接地。

无论模拟开关S处于何种位置，与S相连的2R电阻均等效接“地”（地或虚地）。

这样流经2R电阻的电流与开关位置无关，为确定值。

分析F—2R电阻解码网络不难发现，从每个接点向左看的二端网络等效电阻均为R流

入每个2R电阻的电流从高位到低位按2的整倍数递减。

设由基准电压源提供的总电流为I

（I=We/F）,则流过各开关支路（从右到左）的电流分别为1/2、I/4、I/8、I/16、1/32、

I/64

I/128、I/256。

八位倒T形电阻网络D/A转换器的原理图如图2所示

图2倒T形电阻网络D/A转换器

要使D/A转换器具有较高的精度，对电路中的参数有以下要求：

（1）基准电压稳定性好；

（2）倒T形电阻网络中R和2R电阻的比值精度要高；

（3）每个模拟开关的开关电压降要相等。

为实现电流从高位到低位按2的整倍数递减,

模拟开关的导通电阻也相应地按2的整倍数递增。

它们

由于在倒T形电阻网络D/A转换器中，各支路电流直接流入运算放大器的输入端,

之间不存在传输上的时间差。

电路的这一特点不仅提高了转换速度，而且也减少了动态过程

中输出端可能出现的尖脉冲。

它是目前广泛使用的D/A转换器中速度较快的一种。

常用的

CMOSf关倒T形电阻网络D/A转换器的集成电路有AD7520（10位）、DAC1210（12位）和

AK7546（16位高精度）等。

方案二.权电流型D/A转换器

尽管倒T形电阻网络D/A转换器具有较高的转换速度，但由于电路中存在模拟开关电压

降，当流过各支路的电流稍有变化时，就会产生转换误差。

为进一步提高D/A转换器的转换

精度，可采用权电流型D/A转换器。

1•原理电路如图3所示：

这组恒流源从高位到低位电流的大小依次为1/2、I/4、1/8、I/16、I/32、I/64、1/128、

I/256。

图3权电流型D/A转换器的原理电路

当输入数字量的某一位代码D=1时，开关S接运算放大器的反相输入端，相应的权电流流入求和电路；

当D=0时，开关S接地。

采用了恒流源电路之后，各支路权电流的大小均不受开关导通电阻和压降的影响，这就

降低了对开关电路的要求，提高了转换精度。

方案三：

采用集成芯片DAC0832实现

使用集成芯片实现D/A转换流程图如四所示：

U0

Ac

血<

11腔<

13<

142dJ6d7

CO位二谨制计数器

CLK

如图所示：

为集成芯片DAC0832的引脚图:

C：

£

WR,_

120

十g

ELE

AOMD

1——

DAC

XFUK

%—

OB32

——O'

，4

6—

—Di

D<

i-

—%

VftFJ—

16

K_僵

1kxm

IKiND一

IO11

Vxjti

该图为D/A转换器的逻辑框图:

QQLEe«

（ff#s「DD

QQPLE辑入afffx^ur

nJdI（IId-（厂Inpf—畐和」1111456711211

n114567D7…Da

一cs

模块二：

A/D转换器设计方案

方案一、并行比较型A/D转换器

A/D转换器在进行转换期间，要求输入的模拟电压保持不变，因此在对连续变化的模

A/D转换过程是通

拟信号进行模数转换前，需要对模拟信号进行离散处理，即对输入的模拟信号进行取样，在样值的保持期间内完成对样值的量化和编码，最后输出数字信号。

因此,

过取样、保持、量化、和编码四个步骤完成的。

具体流程图如图所示：

1、取样和保持

取样时将在时间上连续的模拟量转换成时间上离散的模拟量，由于取样时间极短，取

样输出Us为一连串断续的窄脉冲。

而要把一个取样信号数字化需要一定的时间，因此在两次取样之间将取样的模拟信号存储起来以便进行数字化，这就是保持。

即将时间上连续变化

的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量，其过程如图：

IIlk/£

图5A/D转换的采样过程

图5所示。

图中ui（t）为输入模拟信号，S（t）为采样脉冲，u'

Qt）为取样输出信号

2、量化和编码

数字信号不仅在时间上是离散的，而且在数值上也是不连续的，因此，在用数字量

表示取样电压时，也必须把它量化为这个小数量单位的整数倍。

所规定的最小数量单位成为

量化单位，将量化结果用二进制代码表示为编码。

而二进制代码就是A/D转换的输出信号。

3、实现

并行A/D转换器是一种直接型A/D转换器，如图所示为八位的并行比较型A/D转换

器的原理图。

DO

DI

D2

D3

D4

D5

na

D7

八位并行比较型A/D转换器的原理图

它由电压比较器，寄存器和编码器三部分构成。

图中电阻分压器把参考电压

得到七个量化电平（1VR〜13VR）,这七个量化电平分别作为七个电压比较器

VR分压，

C9〜C1的比

1616

较基准。

模拟量输入VI同时接到七个电压比较器的同相输入端，与这七个量化电平同时进

行比较。

若vI大于比较器的比较基准，则比较器的输出CO=1，否则CO=0。

并行比较型A/D转换器的输入与输出关系：

输出结果由七个D触发器暂时寄存（在时钟脉冲CP的作用下）以供编码用。

最后由编码器输出数字量。

模拟量输入与比较器的状态及输出数字量的关系如表所示。

在上述A/D转换中，输入模拟量同时加到所有比较器的同相输入端，从模拟量输入到

数字量稳定输出的经历的时间为比较器、D触发器和编码器的延迟时间之和。

在不考虑各器

件延迟时间的误差，可认为三位数字量输出是同时获得的，因此，称上述A/D转换器为并行

A/D转换器。

并行A/D转换器的转换时间仅取决于各器件的延迟时间和时钟脉冲宽度。

方案二：

利用ADC0809芯片实现

使用集成芯片ADC0809实现电路的设计，ADC0809是采用频率为8位的，以逐次逼近原理进行模数转化的器件。

当CS非和WR非同时为低电平有效时，WR非的上升沿启动A/D转换。

经过100US后，A/D转换结束，INTR非信号变为低电平。

当CS非和WR非同时为低电平有效时，可以由D0---D7输出端获得转换数据。

当其引脚图如下：

Xi

其逻辑图如图:

六、方案选择:

1D/A转换器的方案选择

倒T性网络其主要特点是电阻种类少，只有R和2R,提高了制造精度；

而且支路电流

流入求和点不存在时间差，提高了转换速度。

而且也减少了动态过程中输出端可能出现的尖

脉冲。

是目前集成D/A转换器中转换速

度较高且使用较多的一种设计。

权电阻网络其主要特点是结构简单电阻元件数较少；

缺点是阻值相差较大，制造工艺复

杂。

DAC0832其主要特点是它的分辨率为8位，只需在满量程下调整其线性度可与所有的

单片机或微处理器直接接口，需要时亦可不与微处理器连接而单独使用。

采用的是单电源供

电（+5V〜+15V）,功耗很低，约为200MW,电流稳定时间为1us，可双缓冲、单缓冲或直通数据输入，而且其逻辑电平输入并行输入与TTL兼容。

所以我选用第三种方案来实现D/A的转换.

2A/D转换器的方案选择

并行比较器的特点：

转换速度很快，故又称高速A/D转换器。

含有寄存器的A/D转换器兼有取样保持功能，所以它可以不用附加取样保持电路。

但是电路复杂，对于一个n位二进制输出的并行比较型A/D转换器，需2n-1个电压比较器和2n-1个触发器，编码电路也

随n的增大变得相当复杂。

且转换精度还受分压网络和电压比较器灵敏度的限制。

这种转换

器适用于高速，精度较低的场合。

（1）由于转换是并行的，其转换时间只受比较器、触发器和编码电路延迟时间限制，因此转换速度最快。

（2）随着分辨率的提高，元件数目要按几何级数增加。

一个n位转换器，所用的比较

器个数为2n—1,如8位的并行A/D转换器就需要28-1=255个比较器。

由于位数愈多，电路愈复杂，因此制成分辨率较高的集成并行A/D转换器是比较困难的。

（3）使用这种含有寄存器的并行A/D转换电路时，可以不用附加取样—保持电路，因为比较器和寄存器这两部分也兼有取样-保持功能。

这也是该电路的一个优点。

ADC0809内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。

它具有转换起停控制端，转换时间为100us，单个+5V电源供电，模拟输入电压范围为0〜+5V,不需零点和满刻度标准，低功耗，约15mW/所以我选择方案来来实现A/D转换/

七：

总体模块电路:

1单元模块电路设计:

1.D/A转换器的设计步骤

1）本设计采用的是DAC0832集成芯片来实现D/A转换。

其逻辑框图和引脚图如下所示:

S—

—Vex；

ELE

AGND

'

—盹*

Dj■-—

—XFUR

.

0832

—D.

Di一

1

——m

VftEf

—-th

%—1

TXiNl^

11|_Zn

D0~D7:

数字信号输入端；

ILE:

输入寄存器允许，高电平有效；

CS非：

片选信号，低电平有效；

WR1非:

写信号1，低电平有效；

XFER非:

传送控制信号，低电平有效；

WR2非:

写信号2，低电平有效；

Iout1,Iout2:

DAC电流输出端；

Rfb:

反馈电阻，是集成在片外的外接运放的反馈的电阻;

VREF:

基准点呀（-10~+10）V；

VCC:

电源电压（+5~+15）V；

AGND:

模拟地;

NGND:

数字地，可与模拟地接在一起使用。

设计步骤：

1、将D0-D7端接两个LED指示灯输入插口，CP时钟脉冲由脉冲信号源提供。

2变阻器可以实现输入的模拟电流值。

3信号源来决定输入的信号波.

4信号源提供输入信号，经过DAC转换器从D0-D7输出模拟信号。

5由数码管显示来完成数模的转换。

2.A/D转换器的设计步骤：

本设计采用的是DAC0809集成芯片来实现A/D转换。

其逻辑框图和引脚图如下所示:

Vin:

模拟电压输入端

Vref+:

参考电压"

+”端，接直流参考源的正端

Vref-:

参考电压“-”端。

一般与地连接。

SOC启动转换信号端，只有该端从低电平转换成高电平时，转换才开始。

EOC转换结束标志位端，高电平表示转换结束。

OE输出允许端，可与EOC接在一起。

1、将D0-D7端接LED指示灯输入插口，提供。

模拟信号由模拟电压端输入的模拟电压交流电压和参考电压端输入的参考电压来提供模拟信号。

2、滑动变阻器可以随时改变电阻值，进而改变了输入的模拟电压值。

3、信号源来决定输入的信号波.

4、信号源提供输入信号，模拟信号经过ADC莫数转换器从D0-D7输出数字信号。

5、由数码管显示来完成模数的转换。

6、修改各元件的参数，将电阻设为5千欧，将交流电压设为8伏，直流电压设为12

伏。

信号发生器的频率设为500HZ电压设为5V。

注：

由于模数转换中的模拟信号是由模拟电压和参考电压来输入的，因此，当模拟电压和参

考电压两个电压在某一值时发生叠加，此时模拟信号就不能输入到模数转换器的输入端，因

此模拟信号就不能转换成数字信号，则输出的信号就有可能仍为模拟信号，所以数码管有时

会显示字母。

改进方法:

改变交流电压和直流电压的参数，当两者达到一比例时，则模拟信号就会全部转换为数字信号不过这只是一个理论结果，现实结果有一定的差距，因此，事实上模拟信号不可能全部转换为数字信号。

D/A、A/D的总体仿真图

其示波器的波形图如:

①可以输出由数字转换成的模拟信号，同时也可以输出由模拟转换成的数字信号

2信号发生器选择应该选用的波形;

3示波器显示出模数转换以及数模转换时的整体波形;

4在调节过程中数字可以自动换档;

九：

心得体会:

实训是每一个大学毕业生必须拥有的一段经历，它使我们在实践中了解社会，让我们

学到了很多在课堂上根本就学不到的知识，也打开了视野，增长了见识，为我们以后更好地

服务社会打下了坚实的基础。

时间过的真快，转眼间，我们这一周的实训马上要接近尾声了。

在这将近一周的时间

里，我学到了很多东西，不仅有学习方面的，更学到了很多做人的道理，对我来说受益非浅。

不过，在老师和同学的帮

做为一个大二年轻人来说，对什么都不是很懂，也没有多少经验。

助下，让我了解了自己以前不知道的事情。

这些虽然不是很重要，但对我今后踏入新的工作岗位是非常有益的。

除此以外，我还学会了如何更好地与别人沟通，如何更好地去陈述自己的观点，如何说服别人认同自己的观点。

相信这些宝贵的经验会成为我今后成功的最重要的基石。

刚开始，老师让我们每个组做一个实验，我凭着自己平时学的一点知识，满腔热血的投入到实验中去，结果一切都没有想象中的那么顺利，让我意识到自己学到的是那些东西是那么微不足道，还有好多东西等着我们去学，人的一生都应该在不断的学习中生活，所为的活到老学到老，只有将知识充实我们的头脑，我们的素质和修养才会不断的提高。

同时，在实训中，我也学到了我们在课堂上所没有接触到的知识，也遇到平时所没有遇到的错误。

平时，我们只是依照课本来画图，很少时候去考虑它的原理，有问题就直接找老师，自己也没有说遇到错误先自己解决，总是一味的依靠，而这次实训不仅让我养成了一个有问题先自己解决的好习惯，也提高了自己的认知能力。

在已度过的大学时间里，我们大多数接触的是专业课。

我们在课堂上掌握的仅仅是专业课的理论知识，如何去锻炼我们的实践能力？

如何把我们所学的专业基础课理论知识运用到实践中去呢？

我想做类似实习就为我们提供了良好的实践平台。

首先在做本次实习的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。

为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。

我们是在做电路设计实习，但我们不是艺术家，他们可以抛开实际尽情在幻想的世界里翱翔，而我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。

其次，在这次课程设计中，我们运用到了以前所学的专业课知识，如：

单片机、模拟和数字电路、数字电子技术知识等。

虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的过程中带着问题去学我发现效率很高，这是我做这次课程设计的又一收获。

通过这次实训，我不仅加深了对单片机理论的理解，而且也加深了对电路仿真软件以及电路设计的理解，将理论很好地应用到实际当中去，而且我还学会了如何去培养我们的创新精神，从而不断地战胜自己，超越自己。

创新可以是在原有的基础上进行改进，使之功能不断完善，成为真己的东西。

还有，平时我们在课堂上学到的只是一些理论性的东西，缺乏一定的实践技能，伟人曾经说过：

“实践出真理”。

只有将理论与实践相结合，才能设计出意想之外的东西。

总之，这次实习的意义，对我来说已不再是完成学分、完成毕业实习的任务，而是在开启“生命之旅”大门的过程中迈出了第一步。

我一定会好好地珍惜这个机会，并为自己所喜爱的生物科技努力贡献自己的聪明才智。

感谢老师们在这段时间里对我的指导和教诲，我从中受益非浅。