数字积分器实验报告

数字电子技术课程设计

设计题目：数字积分器

第一部分课程设计

一、设计任务与要求：

1、模拟输入信号0~10V，积分时间1~10 秒，步距1 秒。

2、积分值为0000~9999。

3、误差小于1%±1LSB。

4、应具有微调措施，以便校正精度。

二、设计方案：

1、通过数字积分器，对输入模拟量进行积分，将积分值转化为数字量并显示。输入与输出的对应关系为：输入1V，转化为频率100HZ，计数器计数为100，积分时间为1S，积分10 次，输出为1000。

输入模拟量的范围为0~10V，通过10次积分，输出积分值为0000~9999。误差要求小于1%±1LSB。

数字积分器应具有微调措施，对于由元件参数引起的误差，可以通过微调进行调节，使其达到误差精度。微调的设置应尽可能使电路简单，并使测量时便于调节，能提高微小调节，尽快达到要求。

2、方案选择

通过设计方案的要求可以将整个电路分为五个部分，分别为：V/F压频转换器、时间积分电路、门电路、计数器电路、数字显示电路。

大概的实验方向是：通过V/F压频转换器将某一电压转换为相应频率的方波，同时和由时间积分电路输出一秒钟的高电平，通过与门电路后，生成时间为一秒钟，频率固定的矩形脉冲。然后将此脉冲接入由四片74LS161接成的十进制计数器的CLK输入端，便可记录一秒钟内脉冲的数量。于4片74LS161输出端相连接的是4片数码管，把74LS161改为十进制后，计数的结果就会在数码管上显示出来，由此就得到数字积分器的功能。

总之，整体设计实验的思路是输入一个模拟信号，由V/F压频转换器将电压信号转化为频率信号，再与积分器进行逻辑与运算，最后通过计数器将频率信号的数值由数码管显示出来。

三、所用元器件：

组件：74LS00 74LS08 74LS20 74LS161μA741 NE555

电阻、电容：若干

调零电位器： 10KΩ

四、电路设计

1、V/F 压频转换

1）方案选择

V/F压频转换器由两部分组成，一部分把电压转换成三角波，另一部分把三

角波转换成方波。本实验设计电路的目的是将输入的1至10V电压转换成相应的100Hz至1000Hz的频率。经过网上查阅资料，有两种方案可供选择。方案（一）是由µA741+NE555组成，方案（二）是由两片µA741组成。由于µA741芯片是我们所未学习的芯片，属于运放级联的问题如下图，而NE555属于数字电路的内容，自己复习过，对其比较了解，可以更好的运用。另外两片µA741组成的压频转换所用到的器件的种类比较多，除了有电阻，电容若干外，还要用到普通二极管、稳压二极管。µA741+NE555组成的压频转换，除了有电阻，电容若干外，就只用一个三极管，所以从设计和节约成本方面来考虑，应选择第一方案，舍去第二方案。并且第二方案的精度比较低，题目中要求误差小于1%±1LSB，从精度方面来考虑，选择第一方案。

综上所述，我们的实验选用方案（一）而不选用方案（二）

压频转换方案一

压频转换方案二

2）电路组成

（1）μA741组成典型积分电路，将输入电压进行积分，转换成一定频率的三角波，电路中通用运算放大器uA741被接成积分器的形式。

（2）NE555对三角波的整形部分，是采用NE555构成施密特触发器的形式对于将三角波整形为方波，将管脚2和6连在一起，电路图如下：

施密特触发器

补充：555定时器的组成和功能

各个引脚功能如下：

1脚：外接电源负端V

SS

或接地，一般情况下接地。

8脚：外接电源V

CC ，双极型时基电路V

CC

的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路

V

CC

的范围为3 ~ 18V。一般用5V。

3脚：输出端Vo

2脚：TL低触发端

6脚：TH高触发端

4脚：D

R是直接清零端。当D

R端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TL、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。

5脚：V

C

为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。

7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。

（3）两部分电路通过NE555的3号管脚接三极管，并接回运算放大器μA741的输入端而形成反馈回路，这样可以将输入的电压转换成相应的频率，即构成了V/F压频转换电路总的电路图：

压频转换总电路图

3）工作原理及实现

该电路中通用运算放大器uA741被接成积分器的形式。

输入电压经R

1、R

3

分压后送入uA741的3脚作为参考电压。Q1管截止，那

么就有I

R7=I

C

，Vi给C充电，uA741的6脚电压不断下降。当uA741的6脚电压

下降到NE555的5脚电压一半2.5V时NE555翻转，3脚输出高电平15V，Q1导通，C放电，uA741的6脚电压上升。当该电压上升至NE555的5脚的电压5V 时NE555的状态再次翻转，Q1截止，电容C再次被充电。形成一个周期的脉冲方波振荡信号。

NE556的1脚是集电极开路输出，让其空悬。把6号和2号管脚通过一个上拉电阻后接正5 V电压。

进行EDA仿真时，我们选择R4 为100K，步距为5%。但随着调节发现根本无法达到要求的精度，所以又改为1%的步距，但当输入为1V时仍无法通过调节R4 使输出频率接近100Hz，即输出脉冲周期接近10ms。 R4的阻值已调为1%却