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1、双积分模数转换电路的设计第一页，讲稿共二十七页哦双积分双积分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第二页，讲稿共二十七页哦课程内容课程内容n双积分双积分A/D转换原理转换原理n V-T转换原理n 时间刻度细分原理n 三个控制开关设计原理n 数码显示原理n系统主要参数计算系统主要参数计算n实验安排及实验报告要求实验安排及实验报告
2、要求第三页，讲稿共二十七页哦A/D转换的方法和种类转换的方法和种类n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）n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）n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）n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）第四页，讲稿共二十七页哦设计目的设计目的n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。n熟悉双积分A/D转换原理
3、n加强运放构成的积分电路的应用技术n加强模拟电路和数字电路的混合应用技术n锻炼科技写作能力（研究报告）第五页，讲稿共二十七页哦双积分双积分A/D转换原理转换原理n V-T转换原理n 时间刻度细分原理n 三个控制开关设计原理n 数码显示原理第六页，讲稿共二十七页哦V-T转换原理转换原理n 电压（V）用时间（T）来度量n时间测量电路在数字电路中易于实现n 实现方法：双积分原理第七页，讲稿共二十七页哦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：第八页，讲稿共二十七页哦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
4、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；第九页，讲稿共二十七页哦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第十页，讲稿共二十七页哦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=25
5、ms K3=12.5ms第十一页，讲稿共二十七页哦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第十二页，讲稿共二十七页哦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：n时间刻度时间刻度 细分原理细分原理n三个模拟开关三个模拟开关设计原理设计原理第十三页，讲稿共二十七页哦关键技术关键技术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第十四页，讲稿共二十七页哦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
6、第十五页，讲稿共二十七页哦关键技术关键技术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组利用两类门电路组合逻辑实现合逻辑实现第十六页，讲稿共二十七页哦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n4066有四个模拟开关有四个模拟开关nVDDVSS=15V，工作在双电源，则最大为，工作在双电源，则最大为7.5Vn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第十七页，讲稿共二十七页哦开关控制脉冲发生器原理开关控制脉冲发生器原理第十八页，讲稿共二十七页哦四张电路原理框图四张电路原理框图
7、基准电压宽脉冲变窄脉冲第十九页，讲稿共二十七页哦第二十页，讲稿共二十七页哦系统主要参数计算系统主要参数计算n 系统主频CPn 基准电压VR第二十一页，讲稿共二十七页哦系统主频系统主频CP（4MHz）n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）n根据公式：根据公式：n其中，其中，T=12.5ms、n=2000、TS=6.25s，fS=160KHz。n采用采用4MHz的时钟（石英晶体）经的时钟（石英晶体）经2
8、5分频得分频得160KHz。第二十二页，讲稿共二十七页哦基准电压基准电压VR（2V）n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，也不再代表代表Vi=2V。n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第二十三页，讲稿共二十七页哦实验要求实验要求-两周完成两周完成n整理出完成电路原理图整理出完成电路原理图n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）n控制开关脉冲调试与测量控制开关脉冲调试与测量n测量电压与参考电压的调试测量电压与参考电压的调试n
9、双积分电路的调试双积分电路的调试n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）n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）第二十四页，讲稿共二十七页哦实验报告要求实验报告要求n格式要求格式要求:四人共同完成一份报告，分工明确，电子打印，封面四人共同完成一份报告，分工明确，电子打印，封面与装订。与装订。n内容要求：内容要求：n设计目的设计目的n设计指标设计指标n成员分工成员分工 n基本原理基本原理n设计步骤设计步骤n装调与测试过程装调与测试过程n系统改进与评价系统改进与评价n实验收获与体会实验收获与体会n对本课程的建议对本课程的建议第二十五页，讲稿共二十七页哦第二十六页，讲稿共二十七页哦积分时间常数积分时间常数RC（12.5ms）n充电过程：n放电过程：n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压有，运放的输出饱和电压与电源电压有关，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；n RC=T=12.5ms，取，取C=0.1F，则，则R=125K(120K)第二十七页，讲稿共二十七页哦