1、長 沙 學 院電子技術課程設計說明書題目 模數轉換器 系(部) 電子信息與電氣工程系 專業(班級) 光電信息科學與工程 姓名 熊健東 學號 2013041232 指導教師 張海濤 起止日期 15年6月1日15年6月5日 電子技術課程設計任務書(30)系（部）：電子信息與電氣工程系 專業：光電信息工程 指導教師：張海濤課題名稱模 擬 數 字 轉 換 器設計內容及要求1 說明模擬數字轉換的基本概念和原理；2 給出A1集成電路的主要技術參數，熟悉IC芯片（ADC）各引腳的功能，逐個說明；3 通過實際測試，給出A/D轉換的對應關系表，并分析計算其轉換精度；4寫出設計心得。 設計工作量1、系統整體設計；

2、2、系統設計及仿真；3、在Multisim或同類型電路設計軟件中進行仿真并進行演示；4、提交一份完整的課程設計說明書，包括設計原理、仿真分析、調試過程，參考文獻、設計總結等。進度安排起止日期（或時間量）設計內容（或預期目標）備注第一天課題介紹，答疑，收集材料第二天設計方案論證第三天進行具體設計第四天進行具體設計第五天編寫設計說明書指導老師意見年 月 日教研室意見年 月 日長沙學院課程設計鑒定表姓名熊健東學號2013041232專業光電信息科學工程班級光電2班設計題目模 擬 數 字 轉 換 器指導教師張海濤指導教師意見：評定成績： 教師簽名： 日期： 答辯小組意見：評定成績：答辯小組長簽名：日期

3、：教研室意見：最終評定等級：教研室主任簽名：日期：說明課程設計成績分“優秀”、“良好”、“中等”、“及格”、“不及格”五等。摘要：ADC0809是美國國家半導體公司生產的CMOS工藝8通道，8位逐次逼近式A/D模數轉換器。其內部有一個8通道多路開關，它可以根據地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通8路模擬輸入信號中的一個進行A/D轉換。目前僅在單片機初學應用設計中較為常見。首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復位。下降沿啟動 A/D轉換，之后EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。直到A/D轉換完成，EOC變

4、為高電平，指示A/D轉換結束，結果數據已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當OE輸入高電平 時，輸出三態門打開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上。轉換數據的傳送 A/D轉換后得到的數據應及時傳送給單片機進行處理。數據傳送的關鍵問題是如何確認A/D轉換的完成，因為只有確認完成后，才能進行傳送。為此可采用下述三種方式。（1）定時傳送方式對于一種A/D轉換器來說，轉換時間作為一項技術指標是已知的和固定的。例如ADC0809轉換時間為128s，相當于6MHz的MCS-51單片機共64個機器周期。可據此設計一個延時子程序，A/D轉換啟動后即調用此子程序，延遲時間一到，轉換肯定已經完成了，接著就可進行數

5、據傳送。（2）查詢方式A/D轉換芯片有表明轉換完成的狀態信號，例如ADC0809的EOC端。因此可以用查詢方式，測試EOC的狀態，即可確認轉換是否完成，并接著進行數據傳送。（3）中斷方式把表明轉換完成的狀態信號（EOC）作為中斷請求信號，以中斷方式進行數據傳送。不管使用上述哪種方式，只要一旦確定轉換完成，即可通過指令進行數據傳送。首先送出口地址并以信號有效時，OE信號即有效，把轉換數據送上數據總線，供單片機接受。常見用途ADC0809與MCS-51單片機的連接主要涉及兩個問題。一是8路模擬信號通道的選擇，二是A/D轉換完成后轉換數據的傳送。轉換數據的傳送有定時傳送方式、查詢方式、中斷方式這三種

6、方式。A、B、C的值與被選擇的通道之間的關系關鍵詞：AD轉換與DA轉換 目錄1 緒論（或前言）62 實習的主要內容63 設計作品名稱（或課題）：63.1電路原理圖及工作原理7DAC0832芯片 簡介7ADC0808/ADC0809芯片84用Protuse7.8軟件完成SCH原理圖的繪制及原理圖功能分析；94.1 *.Sch原理圖94.2*原理圖功能分析105 心得體會116 存在的不足及建議了11參考文獻121 緒論（或前言）隨著數字技術，特別是計算機技術的飛速發展與普及，在現代控制、通信及檢測領域中，信號的處理無處不在。自然界中的物理量，例如壓力、溫度、位移、等都是模擬量。要對這些物理量進行

7、控制和檢測，往往需要一種能在模擬信號與數字信號之間起轉換作用的電路-模數轉換器和數模轉換器。A/D D/A轉換器在電子線路中的應用十分廣泛，它溝通了整個電子領域中的模擬域和數字域。但在A/DD/A轉換器的實驗教學過程中，由于受傳統實驗設備的限制，很難對其實際工作過程進行有效的分析與驗證。Protuse仿真軟件提供了一個虛擬實驗平臺，它克服了傳統電子元器件、儀器設備的限制，包含非常豐富的電子元器件庫，并且提供功能強大的多種仿真分析功能，本文利用其仿真功能，在A/D和D/A轉換電路的仿真與分析中，很好地捕捉和展現出各種時域暫態的數字信號和相應模擬電壓，能幫助學生熟悉和快速掌握先進的電路實驗方法和技

8、能。AD轉換器分為積分型、逐次逼近型、并行比較型/串并行型、-調制型、電容陣列逐次比較型及壓頻變換型。AD轉換器的主要技術指標 1）分辨率(Resolution) 指數字量變化一個最小量時模擬信號的變化量，定義為滿刻度與2n的比值。分辨率又稱精度，通常以數字信號的位數來表示。 2）轉換速率(Conversion Rate)是指完成一次從模擬轉換到數字的AD轉換所需的時間的倒數。積分型AD的轉換時間是毫秒級屬低速AD，逐次比較型AD是微秒級屬中速AD，全并行/串并行型AD可達到納秒級。采樣時間則是另外一個概念，是指兩次轉換的間隔。為了保證轉換的正確完成，采樣速率(Sample Rate)必須小于

9、或等于轉換速率。因此有人習慣上將轉換速率在數值上等同于采樣速率也是可以接受的。常用單位是ksps和Msps，表示每秒采樣千/百萬次（kilo / Million Samples per Second）。 3）量化誤差(Quantizing Error) 由于AD的有限分辨率而引起的誤差，即有限分辨率AD的階梯狀轉移特性曲線與無限分辨率AD（理想AD）的轉移特性曲線（直線）之間的最大偏差。通常是1 個或半個最小數字量的模擬變化量，表示為1LSB、1/2LSB。 4）偏移誤差(Offset Error) 輸入信號為零時輸出信號不為零的值，可外接電位器調至最小。 5）滿刻度誤差(Full Scale

10、 Error) 滿度輸出時對應的輸入信號與理想輸入信號值之差。 6）線性度(Linearity) 實際轉換器的轉移函數與理想直線的最大偏移2 實習的主要內容（1）說明模擬數字轉換的基本概念和原理；（2）給出A1集成電路的主要技術參數，熟悉IC芯片（ADC）各引腳的功能，逐個說明；（3）通過實際測試，給出A/D轉換的對應關系表，并分析計算其轉換精度；（4）寫出設計心得。 3 設計作品名稱（或課題）：模 擬 數 字 轉 換 器3.1電路原理圖及工作原理 DAC0832芯片 簡介* D0D7：8位數據輸入線，TTL電平，有效時間應大于90ns(否則鎖存器的數據會出錯),ILE：數據鎖存允許控制信號輸

11、入線，高電平有效；CS：片選信號輸入線（選通數據鎖存器），低電平有效；WR1：數據鎖存器寫選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。由ILE、CS、WR1的邏輯組合產生LE1，當LE1為高電平時，數據鎖存器狀態隨輸入數據線變換，LE1的負跳變時將輸入數據鎖存；XFER：數據傳輸控制信號輸入線，低電平有效，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效；WR2：DAC寄存器選通輸入線，負脈沖（脈寬應大于500ns）有效。由WR2、XFER的邏輯組合產生LE2，當LE2為高電平時，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LE2的負跳變時將數據鎖存器的內容打入DAC寄存器并開始D/A轉換。IOUT1：電流

12、輸出端1，其值隨DAC寄存器的內容線性變化；IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數；Rfb：反饋信號輸入線，改變Rfb端外接電阻值可調整轉換滿量程精度；Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V+15V；VREF：基準電壓輸入線，VREF的范圍為-10V+10V；AGND：模擬信號地 ；DGND：數字信號地。DACO832輸出為電流，要轉換成電壓，必須經過一個外接的算放大器，原理圖為輸出端V0接直流數字電壓表，在輸入數字量之前要進行調零。令D0-D7全置零，調節運放的電位器uA741輸出為0。ADC0808/ADC0809芯片IN0IN7：8路模擬量輸入端。2-12-8：8位數

13、字量輸端。ADDA、ADDB、ADDC：3位地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。ALE：地址鎖存允許信號，輸入端，產生一個正脈沖以鎖存地址。START： A/D轉換啟動脈沖輸入端，輸入一個正脈沖（至少100ns寬）使其啟動（脈沖上升沿使0809復位，下降沿啟動A/D轉換）。EOC： A/D轉換結束信號，輸出端，當A/D轉換結束時，此端輸出一個高電平（轉換期間一直為低電平）。OE：數據輸出允許信號，輸入端，高電平有效。當A/D轉換結束時，此端輸入一個高電平，才能打開輸出三態門，輸出數字量。CLK：時鐘脈沖輸入端。要求時鐘頻率不高于640KHz。REF（+）、REF（-）：基準電壓。Vcc：

14、電源，單一+5V。GND：地。由電阻網絡組成恒壓降輸入模擬電壓量，在通過不同的地址選取，輸出8位相應數字量，原理圖如8路輸入模擬信號1-1.5V，由+5V電源經電阻R分壓組成；變換結果D0-D7接邏輯電平顯示；CP時鐘脈沖由計數脈沖源提供，取f=100KHz；A0-A2接邏輯電頻輸入。4用Protuse7.8軟件完成SCH原理圖的繪制仿真及原理圖功能分析；4.1 *.Sch原理圖 4.2*原理圖功能分析 如原理圖所示，左邊的模塊是AD模數轉換，右邊是DA數模轉換。 從左邊的AD轉換來說，由電阻網絡組成的8輸入恒壓降模擬電壓，從IN0輸入的4.5V電壓到IN7輸入的1.0V電壓，每個相鄰的輸入端

15、輸入的電壓相差0.5V，ADD A-ADD C是三個地址輸入端，地址譯碼選取的不同相應的模擬輸入的通道也會不同。地址譯碼與模擬輸入的通道的選通關系如下：被模擬通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7地址A200001111A100110011A001010101VREF(+)、VREF(-)為基準電壓的輸入端輸入5V，OE端為數據輸出允許信號，輸入端，高電平有效。8路輸入模擬信號1-1.5V，由+5V電源經電阻R分壓組成；變換結果D0-D7接邏輯電平顯示；CP時鐘脈沖由計數脈沖源提供，取f=100KHz；A0-A2接邏輯電頻輸入。接通電源后，在啟動端（START）加一個正單脈沖，下

16、降沿一到，即開始A/D轉換。仿真結果與計算結果如下：被選模擬通道輸入模擬量地址AD轉換輸出數字量十進制（二進制化為十進制）模擬量計算值Us=VREF*(R/256)單位：VDA仿真值Uo單位：VINUi/VA2A1A0D7D6D5D4D3D2D1D0RUsdUsUodUoIN04.5000111001012294.47260.0274-4.460.04IN14.0001110011002043.98430.0157-3.970.03IN23.5010101100101783.47660.0234-3.470.03IN33.0011100110011532.98830.0117-2,980.02

17、IN42.5100100000001282.50000.0000-2.490.01IN52.0101011001101021.99230.0077-1.990.01IN61.511001001101771.50390.0039-1.500.00IN71.011100110011510.99610.0039-0.990.01深入的分析其產生差異的原因是有轉換精度的影響。AD分辨率是只與位數有關系的，分辨率是可以計算的，U/2位數 我的電路就是 5V/28=19.53mV。精度絕對值肯定是大于分辨率的精度，是需要測量出來的，當然也能估算出一個大致的值，計算出的誤差值如上表。原理圖右邊是DAC轉換器

18、，將前一級的ADC轉換輸出的數字量對應輸入到DAC0832芯片的8個輸入端，使其轉換回模擬量進行檢驗AD的轉換功能，并在之后可以進一步分析DA轉換的轉換精度。因為DA0832轉換成的量為電流，要把它化為電壓，就設計了一個反向運算放大器，Rfb端為反饋端，變阻器的作用是調零運算放大器，反向運算發大器將轉換出的電流值反向放大并轉換成電壓值，所以輸出在Vo顯示的為負值，但數值在誤差允許范圍內是與輸入的值相同。從上表看出來由DA模塊輸出的電壓顯示看，誤差有點大，但是這輸出的數據產生的誤差包含了兩級轉換的誤差，DA轉換時會產生比例系數誤差：實際轉換特性曲線的斜率與理想特性曲線斜率的偏差。也會產生失調誤差

19、：該誤差為模擬量的實際起始數值與理想起始數值之差，有運算放大器的零點漂移所引起，它使輸出電壓的轉移特性曲線發生平移。還會產生非線性誤差：這是一種沒有一定變化規律的誤差，一般用在滿刻度范圍內，偏離理想的轉移特性的最大值來表示。引起非線性誤差的原因較多，例如電路中的各模擬開關存在不同的導通電壓和導通電阻，電阻網絡中的電阻的誤差等都會導致誤差。因此要獲得高精度的DA轉換器，不僅應該選擇位數較多的高分辨率的DA轉換器，而且電路中還需要高穩定度的Vref基準電壓和低零漂的運算放大器件與之配合才能達到要求。5 心得體會通過這次課程設計，我基本掌握了Multisum和Protuse兩個仿真軟件的使用方法，并在任務的要求下設計了一個AD與DA相互轉換的簡單電路，并深入的了解了芯片DAC08