电子测量大作业419题.docx
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电子测量技术大作业
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专业:
指导老师 :
二零一三年十二月
第一题:
一.研究题目:
4-19 :在 Multisim 环境下,设计一种多斜积分式 DVM ,给出原理图和仿真实验结果。
二.积分型 A/D 转换电路
双积分型 A/D 转换电路
双积分型 ADC 是 1 种 V —T 型 A/D 转换器,原理电路如图 12.2.2-1(a) 所示,
由积分器、比较器、计数器和部分控制电路组成。工作过程如下:
( 1)平时(即 A/D 转换之前),转换控制信号 v C =0,计数器和触发器 FFc 被清零,门 G1、 G2输出低电平,开关 S 0 闭合使电容 C 完全放电, S 1 掷下方,比较器输出
v B =0,门 G3关闭。
( )v C 时,开关 S 0 断开,开关 S 1 掷上方接输入信号 V I ,积分器开始对 V I 积分,
2 =1 输出电压为
1
t
V I
v O
V I dt
t
RC
显然 v O 是
RC 0
中 t
~T 1 段实线所示。与此同
1 条负向积分直线,如图
12.2.2-1(b)
=0
时,比较器输出 v B
=1(因 v O
<0),门 G3开启,计数器开始计数。
( 3)当积分到 t =T 1=2n T cp 时(其中 T cp 是时钟 CP 的周期),n 位计数器计满 2n 复 0, FFc 置 1,门 G2输出高电平,开关 S 1 掷下方接基准电压(- V REF ),积分器开始对(- V REF )进行积分。
设 t =T 1 时, v O 下降到 v O =V O1,由式()
V O1
V I
T 1
()
RC
图 双积分型 A/D 转换器
(a) 原理电路 (b) 输出电压波形
因为(- V REF )为负值,所以从 V 01 开始向相反方向积分,即
v O V O1
1 t
( V REF )dt V O1
V REF
(t T 1 )
()
RC
T
1
RC
v O 波形如 (b) 中 t =T 1~( T 1+T 2)段 所示。
( 4)当 t =T 1 +T 2 , v O 上升到 v O =0V , v B =0, G3被关 , 数器停止 数,此 数器中保存下来的数字就是 T 2。由 可知, 入信号 V I 越大, | V O1| 越大, T 2 就越大。将式()、t =T 1 +T 2 和 v O =0V 代入式()中,得
V I
T 1
V
REF
T 2
()
v O
RC
RC
从而有
T 2
V
I
T 1
()
V REF
然, 数器中的数字
d n-1 d n-2 ⋯d 1d 0 与 入信号 V I 成正比。
例如当 10 位双 分型 A/D 器的基准 V REF =8V , 率 f cp =1MHz ,
入 V I =2V
D
(10)
T 1 V I
2 n ( V I
)
T
CP
V
REF V
REF
D (10)
2n
(
V
I )
210 ( 2 ) 256 =00B
V REF
8
三斜积分式 A / D 转换器
图
三斜积分式
A /D 转换器的原理图
是一个三斜 分式
A /D 器的原理 。 它由基准
-V REF 、 、 分器、
比 器和由 片机构成的 数控制 路 成。
开始前,先将 数器清零,并接通
S 0 使 容 C 完全放 。 开始,
断开
S 0。整个 程分三步 行:
首先,令开关 S 1 置于 入信号 U i 一 。 分器 U i 行固定 T 1 的 分。
分 束 分器的 出 :
可 分器的 出 与
U i 成正比。 一 程也称 路 入模
U i 的采 程。
图三斜积分式A/ D转换波形图在采样开始时,逻辑控制电路将计数门打开,计数器对周期为Tc 的计数脉
冲 CP计数。当计数器达到满量程 N1,此时计数器由全“ 1”恢复为全“ 0”,这
个时间正好等于固定的积分时间 T1,。计数器复“ 0”时,同时给出一个溢出脉
冲(即进位脉冲)使控制逻辑电路发出信号,令开关S1转换至参考电压- V REF一侧,采样阶段结束。三斜积分式 A/D 转换器的转换波形是将双积分式 A/D 的反向积分阶
段 T2 分为图 4 所示的 T21、 T22两部分。在 T21期间,积分器对基准电压 -V REF进行积分,放电速度较快;在 T22期间积分器改为对较小的基准电压进行积分 , 放电速度较慢。在计数时 , 把计数器也分为两段进行计数。在 T21期间 , 从计数器的
m0
高位 (2 位) 开始计数,设其计数值为N1;在 T22期间,从计数器的低位( 2 位)
N= N1×+N2
在一次测量过程中,积分器上电容器的充电电荷与放电电荷是平衡的,则
|Ux|T 1=Vref T21+( )T 22
其中 :T21=N1T c T22=N2T c
将上式进一步整理,可得三斜式积分式A/D 转化器的基本关系式为
V x=
本设计中,取 m=8,时钟脉冲周期 Tc=120us,基准电压 V REF=5V,并希望把
2V 被测电压变换成 N=65536码读数时,由上式可以计算出 T1 =,而传统的双积分
式 A/D转换器在相同的条件下所需的积分时间 T1=, 可见三斜积分式 A/ D转换器
可以使转换速度大幅度提高。
多斜式积分AD转换电路
多斜分式 ADC如图 3-1 所示。面简单介绍三重积分式ADC的工作原理。它
的特点是比较期由两段斜坡组成,当积分器输出电压接近0 点时,突然换接数值
较小的基准电压,从而降低了积分器输出电压的斜率,延长积分器回0 的时间,
使比较周期延长以获得更多的计数值,从而提高了分辨率。而积分器在输出电压
较高时,接入数值较大的基准电压,积分速度快,因而转换速度也快。