8位逐次渐进式AD转换器设计

XXX 大学

课程设计资料归档

名称逐次渐进式A/D转换器设计

院部机械工程学院

班级机电11-2BF

指导教师XXX

审核

材料目录

组长：XXX

组员：XXX、XXX

X X X大学

电子技术课程设计任务书

设计题目：逐次渐进式A/D转换器设计院部：机械学院

专业：机械电子工程

学生姓名: XXX 学号: XXXXXXXXXXX

起迄日期: 2013 年 12月30日2014年1月5日指导教师: XXX 教研室主任：

目录

一、设计目的

二、设计要求

三、元器件列表

四、设计内容

1、总体设计

2、工作原理

3、电路图与仿真运行现象

4、各部分电路设计

五、设计过程中遇到的问题以及解决过程

六、电路参数

七、设计总结

八、参考文献

8位逐次渐近式A/D转换器的设计

一、设计目的：

1、培养学生理论联系实际的正确设计思想，严谨治学的态度，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，根据逐次渐进式原理设计一个8位的A/D转换器。

二、设计要求：

1、能够将0~5V的直流信号转换为8位二进制数。

2、要求转换误差小于0.1V。

3、设置一启动键，按下启动键开始转换。

4、设置一个指示灯，显示转换完毕。

三、元器件列表

8 200Ω定植电阻11

9 与门 2

10 与非门 1

11 TL082 2

12 5.1KΩ定植电阻 2

四、设计内容

4.1总体设计

（1）总框架图

图4.1.1 计数式8位A/D转换器的总体设计框图

图2：8位逐次比较型A/D转换器波形图

4.2工作原理：

逐次逼近转换过程和用天平称物重非常相似。天平称重物过程是，从最重的砝码开始试放，与被称物体行进比较，若物体重于砝码，则该砝码保留，否则移去。再加上第二个次重砝码，由物体的重量是否大于砝码的重量决定第二个砝码是留下还是移去。照此一直加到最小一个砝码为止。

将所有留下的砝码重量相加，就得此物体的重量。仿照这一思路，逐次比较型A/D转换器，就是将输入模拟信号与不同的参考电压作多次比较，使转换所得的数字量在数值上逐次逼近输入模拟量对应值。

对图1的电路，它由启动脉冲启动后，在第一个时钟脉冲作用下，控制电路使时序产生器的最高位置1，其他位置0，其输出经数据寄存器将

1000……0，送入D/A转换器。输入电压首先与D/A器输出电压（V REF/2）相比较，如v1≥V REF/2，比较器输出为1，若v I< V REF/2，则为0。比

较结果存于数据寄存器的Dn-1位。然后在第二个CP作用下，移位寄存

器的次高位置1，其他低位置0。如最高位已存1，则此时v O'=（3/4）V REF。于是v1再与（3/4）V REF相比较，如v1≥（3/4）V REF，则次

高位Dn-2存1，否则Dn-2=0；如最高位为0，则v O'=V REF/4，与v O'

比较，如v1≥V REF/4，则D n-2位存1，否则存0……。以此类推，逐次比较得到输出数字量。为了进一步理解逐次比较A/D转换器的工作原理

及转换过程。下面用实例加以说明设图1电路为8位A/D转换器，输入

模拟量v A=6.84V，D/A转换器基准电压V REF=10V。根据逐次比较D/A 转换器的工作原理，可画出在转换过程中CP、启动脉冲、D7～D0及D/A 转换器输出电压图2所示。

由图2可见，当启动脉冲低电平到来后转换开始，在第一个CP作用下，数据寄存器将D7～D0=10000000送入D/A转换器，其输出电

压v0'=5V，v A与v0'比较，v A>v0'存1；第二个CP到来时，寄存器输出D7～D0=11000000，v0'为7.5V，v A再与7.5V比较，因v A<7.5V，所

以D6存0；输入第三个CP时，D7～D0=10100000，v0'=6.25V；v A再与v0'比较，……如此重复比较下去，经8个时钟周期，转换结束。由图

中v0'的波形可见，在逐次比较过程中，与输出数字量对应的模拟电压v0'逐渐逼近v A值，最后得到A/D转换器转换结果D7～D0为10101111。

该数字量所对应的模拟电压为6.8359375V，与实际输入的模拟电压

6.84V的相对误差仅为0.06%。

4.3电路图与仿真运行现象

（1）本次课程设计电路图由Proteus软件进行仿真设计与运行，电路总图如下；

（2）电路图左下角的脉冲指示灯（红色）、运行指示灯（黄色）、停止指示灯（绿色），电路工作时，脉冲指示灯闪烁，表示有脉冲，闪烁频率=脉冲频率，运行指示灯一直亮着，表示电路正在运行，电路转换完成时，只有停止指示灯亮，表示电路已经准换完成；

（3）电路图右上角LED指示灯D7、D6……D1、D0，分别代表5/2V、5/4V、…… 5/256V电压，电路转换完成后，将其中亮着的灯所代表的数值相加，

便得到输入的模拟电压的数字量；

（4）转换过程是从最高位（D7）逐步向低位进行的，通过调节555集成电路的外接电阻，可以得到不同的工作频率，这里采用 5.1K Ω电阻，所得频率为500Hz ，若想看清转换过程，可将频率调为1Hz 。

图4.2总体电路设计图

4.4各部分电路设计

（1） 555信号发生器

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R 1、R 2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7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C 在CC V 31和CC V 3

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之间充电和放电其波形如下图所示