數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告(數(shù)字積分器)

1、.數(shù)字電路課設(shè)報告 題目二：數(shù)字積分器 第11頁 共11頁題目二：數(shù)字積分器一、設(shè)計任務(wù)與要求:(一)、設(shè)計要求： 1、模擬輸入信號0-10V，積分時間110秒，步距1秒。 2、積分值為0000-9999。 3、誤差小于11LSB。 4、應(yīng)具有微調(diào)措施，以便校正精度。 (二)、設(shè)計方案： 1、通過數(shù)字積分器，對輸入模擬量進行積分，并將積分值轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并顯示。 輸入與輸出的對應(yīng)關(guān)系為：輸入1V，轉(zhuǎn)化為頻率100HZ，計數(shù)器計數(shù)為100，積分時間為1S，積分10次，輸出為1000。 輸入模擬量的范圍為010V，通過10次積分，輸出積分值為00009999。誤差要求11LSB。 數(shù)字積分器應(yīng)具有微

2、調(diào)措施，對于由元件參數(shù)引起的誤差，可以通過微調(diào)進行調(diào)節(jié)，使其達到誤差精度。微調(diào)的設(shè)置應(yīng)盡可能使電路簡單，并使測量時易于調(diào)節(jié)，能通過微小調(diào)節(jié)，盡快達到要求，完成微調(diào)的任務(wù)。2、方案選擇 (三)、所用元器件： 組件：74LSl61 74LS00 741LS08 uA741 74LS20 555 3DK7 電容、電阻 若干 電位器：10K(調(diào)零)二、方案選擇與論證三、方案說明(一)V/F轉(zhuǎn)換器最終確定的 電壓-頻率轉(zhuǎn)換器 電路的原理圖如下圖所示(R1為可調(diào)電阻):在該電路中，通用運算放大器uA741被接成了積分器的形式。輸入電壓經(jīng)R3、R4分壓后送入uA741的3腳作為參考電壓。假設(shè)Q1管截止，那么

3、就有IR1R2=IC1，Vi給C1充電，uA741的6腳的電壓不斷下降。當uA741的6腳的電壓下降到NE555的5腳的電壓的一半也就是2.5V時NE555狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，3腳輸出高電平15V，Q1導(dǎo)通，C1放電，uA741的6腳的電壓上升。當該電壓上升至NE555的5腳的電壓5V時NE555的狀態(tài)再次翻轉(zhuǎn)，Q1截止，電容C1再次被充電。電路輸出一個周期的脈沖方波振蕩信號。NE555的7腳是集電極開路輸出，R6為上拉電阻，其上端接至+5V從而使得電壓-頻率轉(zhuǎn)換器的輸出與TTL電平相匹配。下面計算確定R1、R2和C1的值：設(shè) R=R1+R2 , R3=R4 則有 解得設(shè) R7=5k, Vi=1V ,

4、則輸出頻率f應(yīng)為100Hz代入可得 解得 R(1)=5.278kR(2)= 94.72k(采用此值)至此確定: R1為100k可調(diào)電阻, R2=51k, R1+R295k R3=R4=2.1k，R7=5K C1=0.02F該電壓-頻率轉(zhuǎn)換器電路各點的波形如下圖所示。波形左邊的字符串為網(wǎng)絡(luò)標號，它們已在上面的電路原理圖的相應(yīng)位置被標出。該波形為計算機仿真的結(jié)果，下同。上面所述電壓-頻率轉(zhuǎn)換器電路為最終確定的方案。在最初的設(shè)計中：(1) R7的值為，這就使得: (a) 晶體管Q1的ce間的壓降對電路線性的影響比較大。(b) 計算可知，當時，。因此微調(diào)多圈可調(diào)電阻R1起不到調(diào)整輸出頻率的作用。因此，

5、將R7的值改為5k左右。(2) NE555的5腳僅接有小電容而不接到+5V，這將使得NE555的5腳的電壓為10V。因此，uA741的輸出電壓就會在5V-10V間振蕩。uA741在輸出為5V-10V時的輸入電阻等的線性程度沒有在其輸出為2.5V-5V時好。故將NE555的5腳接到電源+5V。不過這樣做是否會使電路的精度有可以測量到的改善尚待計算和實驗證實。(二) 單穩(wěn)電路(積分時間)用于控制積分時間的單穩(wěn)態(tài)電路的原理圖如下(R1為可調(diào)電阻)：該電路為555時基集成塊組成非可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路時的標準電路。該單穩(wěn)態(tài)電路各點的波形如下圖所示：(三)四位十六進制計數(shù)器 四位十六進制計數(shù)器的電路原理圖

6、如下： 由于十進制計數(shù)器74LS160的價格較貴(3-4元一片)，故采用較為廉價(1元多一片)的16進制計數(shù)器74LS161。在第一個74LS161 (U1)的2腳(clock)輸入計數(shù)脈沖。當計數(shù)進行到9 (1001B)時與該74LS161輸出相連的與非門輸出低電平。這樣當下一個計數(shù)脈沖到來的時候，由于74LS161的 為低電平，故74LS161 被置數(shù)為0。這樣就把16進制計數(shù)器改為了十進制計數(shù)器。同時，與非門的輸出還可以作為下一片74LS161的時鐘信號。該四位十六進制計數(shù)器電路各點的波形如下圖所示：由上面的波形圖可以看出，當?shù)谝粋€74LS161計數(shù)器由計到時，由于競爭冒險，致使作為下一

7、個74LS161的時鐘信號的與非門的輸出有短暫的下降。但是由于該下降時間很短，幅度不夠等因素，它并不能在實際電路中觸發(fā)下一個74LS161。盡管上述電路并不是很可靠，但是由于其較簡單，故在實驗中還是采用了上述電路。經(jīng)改進后的較為可靠的四位十六進制計數(shù)器的電路原理圖如下(未在實驗中采用)：上圖所示四位十六進制計數(shù)器電路各點的波形如下：(四)最終設(shè)計-總體 整個數(shù)字積分器電路的電路原理圖如下：；整個數(shù)字積分器電路各點的波形如下：(五)電路調(diào)試：實驗在實驗箱上進行，使用面包板連線。調(diào)試步驟：(1) 分別調(diào)試電壓-頻率轉(zhuǎn)換器、單穩(wěn)電路、四位十六進制計數(shù)器，確認它們可以工作。然后連好整個電路。(2) 調(diào)整決定單穩(wěn)態(tài)電路穩(wěn)定時間的電阻R9，使得單穩(wěn)電路的穩(wěn)定時間在1秒