双积分模数转换电路的设计.ppt

双积分双积分A/DA/D转换电路的设计转换电路的设计 应用背景：应用背景：3位半电压表位半电压表 技术指标：技术指标：测量电压范围：测量电压范围：02V 测量精度：测量精度：1mV 转换速率：转换速率：50ms or 20ms 显示方式：显示方式：LED数码管显示数码管显示大型应用性电路设计与调试大型应用性电路设计与调试课程内容课程内容l双积分双积分A/D转换原理转换原理 V-T转换原理 时间刻度细分原理 三个控制开关设计原理 数码显示原理l系统主要参数计算系统主要参数计算l实验安排及实验报告要求实验安排及实验报告要求A/D转换的方法和种类转换的方法和种类l双积分法-电压的充电和放电 （与运放的频带宽度有关）（三位半数字电压表）l逐次比较法-每次与减一半的电压比较 （与转换精度有关，8位需比较9次）（0800D/A转化器、全加器和逻辑组合电路实现）l量化反馈法-量化后的电压反馈回输入端再进行比较 （速率比逐次比较快一些）（几个电压比较）l并行法-同时一次性与不同的电压比较 （速率最高，一个时钟脉冲）（多个电压比较）设计目的设计目的l不过分注重设计结果，而是注重设计过程 通过实验电路的设计，加强光电仪器电子学 系统的设计、调试能力。l熟悉双积分A/D转换原理l加强运放构成的积分电路的应用技术l加强模拟电路和数字电路的混合应用技术l锻炼科技写作能力（研究报告）双积分双积分A/D转换原理转换原理l V-T转换原理l 时间刻度细分原理l 三个控制开关设计原理l 数码显示原理V-T转换原理转换原理l 电压（V）用时间（T）来度量时间测量电路在数字电路中易于实现l 实现方法：双积分原理积分电路积分电路若分时段施加不同电压若分时段施加不同电压：双积分电路双积分电路一次积分（充电过程）T=t1-t0Vi为被测电压（恒定电压）二次积分（放电过程）Ti=ti-t1VR为基准电压（恒定电压）令V0初为零；若 t=ti 时刻，V0末也为零时，则Vi电压为正，VR必须为负；双积分电路双积分电路斜率是可变的当积分过程结束时，Vi越大V0越负采样过程斜率是固定的当V0末为零时，Ti为对应的过零时刻测量过程Vi越大，过零的时间越长若基准电压VR为负电压采样时间 T 恒定则只要测出Ti（用数字表示）的大小，就可知被测电压Vi双积分输出电压随时间变化的关系曲线双积分输出电压随时间变化的关系曲线清零阶段（K3）采样阶段（K1）测量阶段（K2）设：K1:K2:K3=1:2:1重复测量时间=50ms K1=12.5ms K2=25ms K3=12.5ms双积分电路原理双积分电路原理跟随器积分电路比较器模拟开关双积分转换电路各点波形双积分转换电路各点波形 关键关键 技术：技术：l时间刻度时间刻度 细分原理细分原理l三个模拟开关三个模拟开关设计原理设计原理关键技术关键技术1：时间刻度细分原理：时间刻度细分原理其中，TS为计时周期；时钟电路 n为采样时间内的时钟脉冲个数；n进制计数器 ni为测量 时间内的脉冲个数；数据锁存器 VR为基准电压 -2V Vi为被测电压 02V测量显示时间计数器原理框图测量显示时间计数器原理框图关键技术关键技术2：三个模拟开关设计原理：三个模拟开关设计原理 -开关控制脉冲的产生开关控制脉冲的产生利用两类门电路利用两类门电路组合逻辑实现组合逻辑实现三个模拟开关设计原理三个模拟开关设计原理 -4066模拟开关模拟开关l4066有四个模拟开关有四个模拟开关lVDDVSS=15V，工作在双电源，则最大为，工作在双电源，则最大为7.5Vl若若VDD和和VSS分别为分别为5V，则不需要电平提升电路，则不需要电平提升电路开关控制脉冲发生器原理开关控制脉冲发生器原理四张电路原理框图四张电路原理框图基准电压宽脉冲变窄脉冲系统主要参数计算系统主要参数计算l 系统主频CPl 基准电压VR系统主频系统主频CP（4MHz）l系统主频与设计指标的关系：（1）被测电压的最小分辨率）被测电压的最小分辨率-1mV（定计数值）（定计数值）（2）被测电压的最大值）被测电压的最大值-2V（定参考电压）（定参考电压）（3）转换速率）转换速率-50ms（定周期）（定周期）l根据公式：根据公式：l其中，其中，T=12.5ms、n=2000、TS=6.25s，fS=160KHz。l采用采用4MHz的时钟（石英晶体）经的时钟（石英晶体）经25分频得分频得160KHz。基准电压基准电压VR（2V）l当当n=2000、ni=2000时时，Vi=VR 由此可设想，当由此可设想，当VR不等于不等于2V时，时，ni=2000，也不再代表也不再代表Vi=2V。l结论：结论：基准电压的基准值和稳定性十分重要基准电压的基准值和稳定性十分重要实验要求实验要求-两周完成两周完成l整理出完成电路原理图整理出完成电路原理图l计数（计时）电路调试（计数（计时）电路调试（2000进制计数器）进制计数器）l控制开关脉冲调试与测量控制开关脉冲调试与测量l测量电压与参考电压的调试测量电压与参考电压的调试l双积分电路的调试双积分电路的调试l显示电路的调试（仅连接显示电路的调试（仅连接 BCD码即可）码即可）l测量误差分析（测量多组待测电压）测量误差分析（测量多组待测电压）实验报告要求实验报告要求l格式要求格式要求:四人共同完成一份报告，分工明确，电子打四人共同完成一份报告，分工明确，电子打印，封面与装订。印，封面与装订。l内容要求：内容要求：设计目的设计目的设计指标设计指标成员分工成员分工 基本原理基本原理设计步骤设计步骤装调与测试过程装调与测试过程系统改进与评价系统改进与评价实验收获与体会实验收获与体会对本课程的建议对本课程的建议积分时间常数积分时间常数RC（12.5ms）l充电过程：l放电过程：l由于由于Vi的最大电压为的最大电压为2V，运放的输出饱和电压与电源电，运放的输出饱和电压与电源电压有关，压有关，电源电源12V，运放输出饱和电压约，运放输出饱和电压约10V，T:RC5:1；电源电源5V，运放输出饱和电压约运放输出饱和电压约4V，T:RC2:1；l RC=T=12.5ms，取，取C=0.1F，则，则R=125K(120K)