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1、本科生毕业设计（论文）设计（论文）题目： AD基本原理仿真 学院： 信息科学与技术学院 专业： 通信工程 班级： 通信1401 学生： 李晓萌 指导教师: 曹晰 专业负责人： 王学伟 1设计（论文）的主要任务及目标 (1) 学习并掌握并行比较型AD转换器、逐次渐进型AD转换器和双积分型AD转换器的基本原理；(2) 设计三种AD转换器； (3) 利用Multisim对三种AD转换器进行仿真。2设计（论文）的基本要求和内容(1) 阅读至少20篇文献，其中中文文献10篇，英文文献10篇，以近五年文献为主； (2) 撰写文献综述，完成5000字英文文献翻译； (3) 查阅文献及课本知识，掌握ADC的基
2、本原理； (4) 设计并行比较型AD转换器、逐次渐进型AD转换器和双积分型AD转换器； (5) 对三种AD转换器进行软件仿真，并分析三种电路的性能； (6) 撰写符合学校要求的毕业论文。 3. 主要参考文献1 康华光.电子技术基础（数字部分）（第4版）M.北京：高等教育出版社，2000：388416.2 闫石.数字电子技术基础（第4版）M.北京：高等教育出版社，1998： 4564393 余集成.电子测量检测剖析双积分AD转换器：技术讲座DOI:10.16589/11-3571/tn.2008.09134 石会.逐次逼近型ADC的电路分析：解放军理工大学通信工程学院 南京210007 中国电子
3、教育 2016年第4期5 李云.超高速高精度并行ADC系统的设计与实现 1008- 0570(2008)07- 2- 0307- 036 高静 姚素英 徐江涛 史再峰.高速并行10位模数转换电路的设计 文章编号 0493-2137 （2010）06-0498-064. 进度安排设计（论文）各阶段名称起 止 日 期阅读至少20篇文献（10篇中文，10篇英文，以近五年文献为主），撰写文献综述1月19日3月3日掌握该三种AD转换电路的原理3月4日3月20日设计该三种AD转换电路，并利用Multisim进行仿真3月20日4月1日搭建三种AD转换电路并对其性能进行分析 4月2日5月11日撰写符合学校相关
4、规定的毕业设计论文5月11日6月1日AD基本原理仿真摘要：随着科学技术的发展，数字系统开始广泛应用于现代社会的生产生活，数字系统相对于模拟系统，显示出了其巨大的优势。但是数字系统只能对数字信号进行处理，不能对模拟信号进行处理。而在生产生活中，很多物理量都是取值连续的模拟量，如压力，温度，流量，速度，距离等等。我们可以通过传感器将这些取值连续的物理量变成幅值或者频率连续的电压量或者电流量。然后在经过一个模数转换电路，将模拟量转换成易于处理的数字量。要将模拟量转换成数字量一般要经过四个步骤，即抽样、保持、量化和编码。抽样保持在专门的抽样保持电路中完成，量化编码则在模数转换器（ADC）中完成。根据不
5、同的原理，ADC也有不同的分类。常见的有双积分型、逐次渐进型（逐次比较型）、并行比较型、-型、电容阵列逐次比较型、压频变换型等。本文对逐次渐进型、并行比较型和双积分型三种常见AD转换器的原理进行探究。根据其原理设计三种不同的AD转换器。并且利用Multisim对三种不同的结构进行仿真。对这三种结构进行性能的分析。关键词：模数转换；软件仿真；性能分析Simulations of Basic AD PrinciplesABSTRACT:With the development of science and technology, digital systems have begun to be w
6、idely used in the production and life of modern society. Digital systems have shown great advantages over analog systems. However, digital systems can only process digital signals and cannot process analog signals. In production and life, many physical quantities are continuous analog values such as
7、 pressure, temperature, flow rate, speed, distance and so on. We can use these sensors to convert these continuous physical quantities into amplitudes or continuous voltages or currents. Then through an analog-to-digital conversion circuit, the analog quantity is converted into a digital quantity wh
8、ich can be easily processed. Four steps required to convert analog to digital are sample, hold, quantize, and encode. Sampling is done in a dedicated sample-and-hold circuit, and quantization coding is done in an analog-to-digital converter (ADC).According to different principles, ADCs have differen
9、t classifications.Dual-slope ADC,Parallel ADC, - ADC, Voltage frequency ADC, successive approximation ADC are common implementation. This article explores the principles of Dual-slope ADC parallel comparison and successive approximation ADC. According to its principle, three different AD converters
10、are designed. And use Multisim to simulate three different circuits. And analysis performance of these three circuits.KEY WORDS:AD conversion, simulation, Hardware implementation, Performance analysis目 录前 言7第1章 绪论8第1.1节 AD转换概况81.1.1 ADC的历史及现状81.1.2 ADC发展方向10第1.2节 ADC的基本形式101.2.1积分型转换技术101.2.2逐次逼近型转换
11、技术111.2.3并行转换技术111.2.4流水线转换技术111.2.5过采样转换技术11第1.3节 ADC的主要性能指标121.3.1 转换时间121.3.2 分辨率12第1.4节 Multisim的简介121.4.1 Multisim概述121.4.2 Multisim的发展历程131.4.3 Multisim的特点13第2章 并行比较型AD转换电路14第2.1节 并行比较型AD转换电路简介142.1.1 电路结构142.1.2 电路原理14第2.2节 并行比较型AD转换电路仿真152.2.1 仿真电路图152.2.2 所用元器件162.2.3 仿真结果20第3章 逐次渐进型AD转换电路2
12、23.1.1 电路结构223.1.2 电路原理223.2.1 仿真电路图233.2.2 使用元器件233.2.3仿真结果26第4章 双积分型AD转换电路284.1.1 电路结构284.1.2 电路原理284.2.1 仿真电路图294.2.2 所用元器件29参考文献30致 谢32前 言 随着电子技术的迅速发展以及计算机、手机等各种终端设备的广泛应用，利用数字系统处理模拟信号的情况变得十分普遍。比如日常中，我们在用手机发微信语音的时候，人发出的语音是一种模拟信号，这种信号经过手机中的传感器，将模拟的语音信号转变成模拟的电信号，再经过模数转换，使之成为数字的电信号，这样才能使语音发送出去。不只是在通
13、信系统中，当下几乎所有的电子高科技产品都要用到模数转换。自动驾驶汽车要将接收模拟的位置信号转换成数字信号，再通过进一步的分析，才能对自身的情况进行判断，进而做出反馈处理。智能机器人要对人的声音甚至容貌做分析，也要经过模数转换。当今社会是数字的社会，绝大部分系统只能丢输入的数字信号就行处理。但是我们的视觉、听觉、感觉等确实模拟的世界。正是模数转换器姜数字世界和模拟世界连接起来。任何一个系统，都需要一个传感器来感知模拟世界中的电压、电流、温度等信号。这些信号通过AD转换电路转化为数字信号，经过微处理器或FPGA信号处理后，再经过数模转换器还原为模拟信号。至此，完成整个通信过程。所以模数转换器是连接
14、模拟世界和数字世界的桥梁。对AD转换器的研究有着极其重要的意义。第1章 绪论第1.1节 AD转换概况1.1.1、 ADC的历史及现状电子式模数转换的发展历史最早可以追溯到第二次世界大战末期。当时信息论科学正在崛起，它使得数字通信技术得到迅猛的发展。无论是理论还是实践都证明了，数字通信是一种经济、有效、安全和便捷的通讯方式。然而，要实现数字通信，首先必须要在发射端将所要传送的声音、视频、图片等模拟量转换成相应的数字量发送出去。在接收端，再将所接收到的数字量还原成声音、图片、视频等模拟量。至此完成整个通信过程。因此，人们开始研究和改善ADC。随着计算机技术、信息处理技术、微电子技术、多媒体技术的发
15、展，电子技术的应用已经从军事领域逐渐渗透到了民用方面。在日常生活中的各个角落，都有ADC的大量使用。在现代先进的电子系统前端和后端都要用到ADC，已改善数字处理系统的性能。它在现代军事和民用信息系统中均显示其重要地位，特别是诸如声呐、雷达、高分辨率图像和视频显示、军事和医疗成像、高性能控制器与传动器以及包括无线电话和基站接收机在内的现代数字通信系统应用对高速、高分辨率模数转换器的要求不断提高。在ADC 的设计、研究、发展和制造等领域,国外相较于国内起步较早,发展速度较快,发展全面。而国内起步比较晚,发展速度相对慢,主要集中在低端产品的制造领域。尚没有与国外场上相抗衡的能力。国外公司的产品几乎占
16、据着整个高端ADC的市场。AD、TI等外国大公司纷纷推出速度更快、分辨率极高的的产品。如TI公司推出的ADS550系列，是一种单通道14位和12位125、105、80MSPS ADC。可以应用于无线通信、测量仪表、测试和通信仪表、雷达、视频和成像、医疗设备等领域。它的功耗很低大约在660mw-780mw，并且是单电源3.3V，数据就绪输出时钟、内部基准。在100MHz的条件下，SNR位69dB72dB，无杂波动态范围（SFDR）达到82dB85dB,输出带宽为750MHz，支持高输入频率以满足欠采样应用的要求。它采用64引脚HTQFP封装。ADI公司2006年3月推出AD9230，采样精度达到
17、12bit，适用于无线基础设施和宽带通信等应用领域。其采样速率为250MSPS，与同类产品相比，其功率降低40%以上，封装尺寸降低20%，在中高频率的条件下，信噪比为65.5,SFDR为82dB。此外还有诸如Maxim、Philips、SPT等国外公司生产的包括总和增量型、SAR型、流水线型高性能ADC。我国从70年代开始研制ADC，也有一些专门从事ADC研究的高校、研究所。但是资金技术都不能与美日、欧洲等发达国家相比。我们在ADC研究方面的技术发展取得一定的进步，但是能够投入生产，批量给用户提供服务的产品却很少。这是由于长期以来，国外先进的产品进入我国市场，并在一定程度上占据着我国市场。我国
18、自行研制的产品能够进入到市场，为用户提供服务的自然变得很少。近些年来，我国低分辨率、低速度的ADC研究已经有了一定的成就。至今已经研究出8位、10位、12位和16位的ADC产品，主要集中在中低端产品上。但同时，其性能与国外的ADC相比远远达不到高端应用设备的要求。因此，高精度、高速度的ADC已经成为国内高校、研究所的研究热点。上世纪70年代初，由于MOS工艺精度还不够高，所以模拟部分采用双极工艺，而数字部分则采用MOS工艺。而且模拟部分和数字部分不能集成到同意片芯片上。因此AD转换器只能采用多芯片的方式，成本很高。1975年一个采用NMOS工艺的10位逐次逼近型ADC成为最早出现的单片的AD转
19、换器。1976年，出现了分辨率为11位的单片CMOS积分型ADC。此时的单片集成ADC中，数字部分占主体，模拟部分起次要作用。而且，此时MOS工艺相对双极工艺还存在许多的不足。80年代，出现采用BiCMOS工艺制作的单片集成ADC。但是制作工艺非常复杂，成本相对较高，不适于大规模的应用。随着CMOS工艺的不断发展，采用CMOS工艺制作单片ADC已经成为主流。这种ADC的成本低、功耗小。90年代，便携式电子产品的普遍应用要求ADC的功耗尽可能的低。但是的ADC功耗在mV级，而现在的ADC功率已经到了W级。ADC的转换精度和转换速度也都在不断的提高，转换速度达到MSPS，分辨率达到24位。1.1.
20、2 ADC发展方向从ADC的发展历史中，我们能看出，ADC的发展趋势有以下几个特点。第一，向高性能方面发展。ADC的性能主要包括转换精度和转换速率。通过采用-调制技术，在相同的工艺条件下，可以使ADC的精度达到16位24位。采用流水线式结构的ADC可以使精度达到9位14位，并且转换速度也能达到5MHz200MHz。如，ADI于2006年2月份推出了CMOS 0.18m 工艺的流水线式ADC。这种ADC能达到180MHz的转换速率和12位的精度。Flash型单片ADC也在向高速度方向发展。童工采用激光修正技术、自校正技术和统计匹配技术，数据转换电路的分辨率和精度得到进一步的提高。第二，向单片化发
21、展。随着半导体工艺水平的不断提高，LSI、VLSI工艺的成熟，过去要采用模块、混合电路生产的高性能转换电路逐渐被单片产品所代替， 从而降低了芯片的成本和功耗，减小了体积，提高了可靠性。第三，向单电源、低电压、低功耗方向发展。采用CMOS、BicMOS 等先进工艺，在低工作电压 (1.2V、1.8V)及电源休眠工作方式 (S1eep Mode)下，既可使转换器电路获得高分辨率、高精度和高转换速率，又可达到低功耗 (mW量级)，缓解了一直存在的精度、速度和功耗之间的矛盾。同时，也适应了便携式仪器的需要。第四，向混合信号处理芯片的方向发展。由于 VLSI技术的成熟，数字信号处理器(DSP)及其它标准
22、数字器件(如微控制器 EPROM 等) 与高分辨率ADC、 DAC可集成于同一芯片上， 构成混合信号处理器 (MSP)， 可同时处理模拟、 数字信号，增强了芯片功能，减少芯片外围电路，简化了电路，应用更加方便。总而言之，各种技术和工艺的相互配合，扬长避短，开发出适用于各种场合的，能满足不同需求的ADC，将是数模转换技术未来发展的方向。高速、高精度、低能耗的ADC将是今后数模转换器的发展重点。第1.2节 ADC的基本形式1.2.1积分型转换技术积分转换AD转换技术在低速率，高精度测量领域有广泛的应用，特别是数字测量领域。积分型AD转换技术主要分为单积分型和双积分型。单积分型AD转换技术的基本工作
23、原理是将电信号先变成一段时间间隔，然后再对该时间间隔进行计数。从而间接地将模拟信号转换成数字信号，实现AD转换。但是它存在诸多问题。主要缺陷就是转换精度不够。主要受到比较器的精度，时钟脉冲稳定性和斜坡电压发生器的影响。为了解决这个问题，一般采用双积分型AD转换技术。双积分型AD转换器，对模拟信号进行两次积分，削弱了斜坡电压发生器的误差，提高了转换精度。双积分型ADC的精度比较高，可以达到 22位。由于积分电容的影响，双积分型转换电路可以大幅度的抑制高频噪声。但是，它的转化速度比较慢。因此，该型AD转换器一般应用于低速率，高精度AD转换领域。1.2.2逐次逼近型转换技术逐次逼近型ADC，是一种直
24、接AD转换器。其转换思想类似于天平的称重。转换过程为：从最终的砝码开始，与要被称重的物体进行比较。如果比被称重的物体重，那么就要移除砝码。如果比被称重的物体轻，则留下；再加重量小的砝码，依然是沉去轻留。这样依次进行，一直到最小的砝码。最后将所有的砝码相加，就是要称重物体的重量。依照这种思想，逐次逼近型ADC就是将模拟电压信号与不同大小的参考电压进行多次比较，是转换所得的数字量在数字上逼近输入的模拟电压量，最后得到转换的数字量。逐次逼近型ADC的主要特点是转换速度比较高，可达100MPSP；在分辨率低于12位的情况下，该型ADC的成本相对较低；转换时间确定。同时这种ADC需要数模转换器，由于高精
25、度的数模转换器需要较高的电阻或电容匹配网络，因此精度不高。1.2.3并行转换技术并行转换技术是所有数模转换技术中转换速率最快的一种，并行转换技术是一样重直接的模数转换技术。它减少转换过程中的诸多中间步骤，每一位数字代码可以在几乎同一时间完成转换。因此并行转换技术又称为闪烁型AD转换技术。其最大的特点就是转换速度快。可达到50MPSP，适用于高速转换领域。其分辨率一般不高，基本在10位以下。当要求精度提高时，其电路的功率随之大幅增加。一个N位并行比较型ADC，需要2N-1个电压比较器和分压电阻。一个10位并行比较型ADC，其电压比较器和分压电阻就会有1023个。其实现相当困难。因此，当精度要求比
26、较高时，并行转换技术的缺点就凸显出来了。1.2.4流水线转换技术流水线转换技术是对并行转换技术的改进和提升。它继承了并行转换技术的高速率的优点，同时克服了并行比较型转换电路的实现困难的问题。以8位两级流水线型ADC为例，它首先进行第一级高四位的并行比较型转换，得到高四位的代码。然后再将高四位的代码表示的模拟量与输入的模拟信号相减。得到的差值送入第二级并行比较型转换器中得到低四位的代码。流水线型转换技术可以设计为2级、3级、4级甚至更多级的转换器。其特点是，转换精度相较于并行比较型高。可达到16位，同时拥有较高的转换速率。16位的该型ADC转换速率可达5MPSP。在分辨率相同的情况下，电路的功率
27、和规模比并行比较型大大降低。流水线型的ADC以牺牲一小部分速度来换取精度。此外，还存在转换差错的问题，当第一级转换后的差值不满足第二级量程时，会产生线性失真或代码丢失的问题。1.2.5过采样转换技术过采样型AD转换技术又称-型AD转换技术。这是一种近二十年才发展起来的技术。主要应用于音频领域。-型AD转换器主要由两个部分组成，即模拟部分和数字部分。模拟部分是一个调制器；数字部分是一个滤波器。模拟部分的调制器是电路的核心。它利用积分和反馈电路将大部分量化噪声移到高频，随后经过滤波器，将噪声滤除。因此该型ADC具有极高的精度，可达到24位以上。-型AD转换器在工作时，采样频率一般为信号频率的642
28、56倍，所以通常把这种模数转换技术称为过采样技术。模拟信号经过调制后，得到一位的高速比特流，其中包含大量的高频噪声，再经过一个低频数字滤波器，除去这些噪声。完成转换后的数字信号以奈奎斯特频率输出。过采样-型模数转换技术的主要优点是：转换精度高，可以达到24位以上。其采用过采样，噪声整形和数字滤波等技术，充分发挥了数模集成技术的优点。使用很少的模拟元器件和相对复杂的数字信号处理电路达到高精度的目的。第1.3节 ADC的主要性能指标1.3.1 转换时间转换时间是指AD转化器从控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经历的时间。AD转换器的转换时间与转换器的类型有关。不同类型的转换器转换速度相
29、差甚远。积分型AD转换器的转换时间是毫秒级的，属于低速ADC。逐次比较型AD转换器是微妙级的，属于中速ADC。并行比较型AD转换电路可以达到纳秒级，属于高速ADC。1.3.2 分辨率AD转换器的分辨率用输出二进制数的位数表示。它说明AD转换器对输入信号的分辨能力。从理论上讲，n位输出的AD转换器能区分2n个输入模拟电压信号的不同等级，能区分输入电压最小值为满量程输入的12n。在最大输入电压一定时，输入位数越高，量化单位越小，分辨率越高。例如，AD转换器的输出尾数为8位二进制数，输入信号最大值为5V，那么这个转换器能区分出输入信号的最小电压为19.53V。第1.4节 Multisim的简介1.4
30、.1 Multisim概述NI Multisim是一款著名的电子设计自动化软件，与NI Ultiboard同属美国国家仪器公司的电路设计软件套件。是入选伯克利加大spice项目为数不多的几款软件之一。Multisim在学术界以及产业界被广泛应用于电路教学、电路图设计以及spice模拟。Multisim是以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了spice仿真的复杂内容，这样无需懂得深入spice技术就可以很快
31、地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使得其更适合于电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，pcb设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的测试流程。1.4.2 Multisim的发展历程Multisim电路仿真软件最早是加拿大图像交互技术公司于20世纪80年代末退出的一款专门用于电子线路仿真的虚拟电子工作平台（EWB）。用来对数字电路、模拟电路以及数模混合电路进行仿真。20世纪90年代，EWB进入我国。1996年，IIT公司推出EWB5.0版本。由于其操作界面直观、操作方便、分析功能强大、易学易用等突出优点，在我国高等院校得到迅速的推广
32、，也受到电子行业技术人员的青睐。自Multisim推出以来，就得到不断地更新和优化。其功能日趋完善，电路分析能力逐渐增强，仿真的准确性不断提高，操作界面友好。本文仿真使用的是2014年推出的Multisim14.1。1.4.3 Multisim的特点Multisim仿真软件产生于上世纪80年代，经历数个版本，经过版本升级，出去保持操作界面直观、操作方便、易学易用等优良传统外，电路仿真功能也得到了不断的完善。目前，其版本NI Multisim14.1有以下特点。第一，集成环境简洁易用。在Multisim2014中的程序界面，集成了从电路创建、修改到仿真及数据后处理的EDA设计主要的流程，不仅利于
33、对该软件的学习，也大大方便了设计人员的操作，极大的提高了工作效率。第二，虚拟实验仪器丰富。作为一个功能强大、仪器齐全的虚拟电子实验平台，Multisim2014为设计人员不仅提供了常用的仪器，如万用表、示波器等，还提供了许多实验室中不具备的网络分析仪、频谱分析仪等仪器。这些虚拟仪器如现实中的仪器功能相同，而且操作面板也与现实中的仪器别无二致。第三，分析功能多样。Multisim2014位设计人员提供了多种分析方法，有直流工作点分析、傅里叶分析、瞬态分析、噪声和失真分析等19种之多。这些分析功能基本满足了电子电路的分析设计要求，尤其是极具特色的RF电路分析功能，是一般EDA软件所不具备的。第四，
34、可自定义设计环境。Multisim2014提供了极具人性化的设计工具，允许设计人员自定义设计环境，利用Options菜单项，可以根据设计需要灵活设定元器件采用的符号标准电路图的显示属性、工作区的显示属性及其大小、说明文字的形式、导线型等设计要点。第2章 并行比较型AD转换电路第2.1节 并行比较型AD转换电路简介2.1.1 电路结构图21并行比较型AD转换结构图并行比较型AD转换电路主要是由电阻分压器、电压比较器、寄存器和优先编码器组成。它的比较器和分压电阻的个数与电路的精度有关。一个N位的并行比较型AD转换电路，要有2N-1个比较器和分压电阻。 2.1.2 电路原理并行比较型AD转换电路是一
35、种直接的AD转换电路。它通过将模拟电压与基准电压产生的各阶电压值相比较从而得到模拟量的大小。进而通过编码器将模拟量用数字代码表示。下面以3位并行比较型AD转换电路为例说明。3位并行比较型AD转换电路的分压器是由7个阻值位R和1个阻值为R2的电阻串联得到。这样利用基准电压VREF得到7个不同的电压值。分别为1315VREF、1115VREF115VREF。这7个电压值分别作为各比较器的参考电压。输入的模拟信号决定了这7个电压比较器的输出。比较器的输出状态由寄存器储存。再经过优先编码器得到输出的数字信号。第2.2节 并行比较型AD转换电路仿真2.2.1 仿真电路图图22 3位并行比较型AD转换电路
36、的仿真电路2.2.2 所用元器件电阻：10K7、5K1比较器： OPA41302寄存器：74LS744优先编码器：74LS148发光二极管：LED_Red3图2.3 OPA4130芯片逻辑管脚图OPA4130内部包含四个相同并且相互独立的电压比较器，4管脚和11管脚为电源接口。4管脚接5V电压；11管脚接地。2管脚和3管脚（5管脚和6管脚、12管脚和13管脚、9管脚和10管脚）为输入。1管脚（7管脚、8管脚、14管脚）为输出。当3管脚（5管脚、12管脚和10管脚）的输入电压大于2管脚（6管脚、13管脚和9管脚时），输出为高电平。否则，输出为低电平。图24 74LS74芯片逻辑引脚图74LS74
37、内部包含两个想通且相互独立的边沿触发D触发器电路模块。14管脚和7管脚为电源端；14管脚为接6V电源，7管脚接地。1管脚和13管脚接复位信号；2管脚和12管脚接触发信号，也就是比较器的输出电压；3管脚和11管脚接时钟信号；5管脚和9管脚为同相输出，6管脚和8管脚为反相输出。在该电路中，要用到同相输出，即5管脚和9管脚。表21边沿触发D触发器真值表PRECLRCLKDQQ01XX1010XX0100XX1111-11011-001110XHLOD1图25 74LS148芯片逻辑引脚图74LS148是8线3线优先编码器。将8条数据线（07）进行3线二进制优先编码，即最高位数据线进行编码。可以利用选
38、通端（EI）和输出选通端（EO）可进行八进制扩展。07端位编码输出端（低电平有效）；EI为选通输入端（低电平有效）；A0、A1、A2三位二进制编码输出信号，也就是编码输出端（低电平有效）；GS端为片优先编码输出端即宽展端（低电平有效）；E0为选通输出端。74LS148芯片的输出的逻辑方程为： A2=I4+I5+I6+I7IE （21）A1=(I2I4I5+I3I4I5+I6+I7)IE （22）A0=(I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)IE （23）表22 74LS148芯片真值表输出输入E101234567A2A1A0GSEO1XXXXXXXX11111011111111111
39、100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X01111111100100111111111101（X表示任意电平；1表示高电平；0表示低电平）74LS148芯片工作电压为4.75V5.25V；输入电压最小值为2V；工作环境为070。74LS148是一种8线3线有限编码器。这种编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。此外，电路还设置了输入使能端EI，输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。当EI=0时，编码器开始工作；当EI=1时，则无论8个输入端为何种状态，
40、三个输出端均为高电平，且优先标准端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。这种情况被称为低电平有效，输出也为低电平有效情况。等EI=0时，且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑0）时，优先编码器工作状态标志GS为0。表明该编码器处于工作状态，否则工作状态标识为1。根据此真值表，使用74LS148的28管脚作为输入信号端。输入D0的1管脚接地。9管脚、10管脚、11管脚为数据输出。2.2.3 仿真结果当输入基准电压VREF=15V时：C1C7为比较器的输出，D2、D1和D0为数字输出。输出为1时，表示二极管发光，输出为0时，二极管不发光。图265 电压比较器的电压输出表2.3 3位并行比较
41、型AD转换电路的输入输出结果对照模拟输入C1C2C3C4C5C6C7D1D2D31.2V00000000002.6V00000010014.7V00000110106.6V00001110118.7V00011111009.3V001111110112.4V011111111014.0V1111111111并行比较型AD转换电路由分压器、比较器、寄存器和优先编码器组成。VREF为电路的基准电压。本电路取基准电压VREF=15V。V1为输入的模拟信号，其电压值的取值范围是0VVREF，即015V。D2、D1、D0为输出的3位二进制代码，CP为时钟控制信号。电阻分压器利用7个阻值为1K和1个阻值为
42、0.5K串联起来对基准电压VREF进行分压，从而得到13V、11V3V、1V的7个比较电压，并把他们输入到7个比较器的反相端。输入的模拟电压接到每一个 比较器的同相端，使之与7个比较电压进行比较。寄存器由7个边沿D触发器构成，时钟控制信号CP上升时触发。寄存器的输出信号送入优先编码器74LS148中进行编码。编码器输出三位二进制代码。因此在三个输出端接入三个发光二极管，当编码器输出为1时，二极管发光；当编码器输出为0时，二极管不发光。第3章 逐次渐进型AD转换电路第3.1节 逐次渐进型AD转换电路简介3.1.1 电路结构图3.1 逐次渐进型AD转换电路结构逐次渐进型AD转换电路主要由逻辑控制电
43、路、逐次逼近寄存器、电压比较器、数模转换器、时钟脉冲电路和数字输出电路组成。数据寄存器由5个D触发器构成。3.1.2 电路原理逐次渐进型AD转换电路是一种直接型AD转换电路。它的转换原理类似于天平称重。天平称重的过程是，从最重的砝码开始试放，与被称量的物体相比较。如果物体重于砝码，则该砝码保留。如果物体轻与砝码，则移除砝码。再加上第二重的砝码重复上述过程。以此类推，直到质量最小的砝码。最重，留下砝码的总重量就是被称量物体的总重量。仿照着这一个原理，逐次渐进型AD转换电路就是将不同的参考电压从大到小，逐次与输入的模拟电压相比较，使得转换所得的数字量逐次逼近输入的模拟量。第3.2节 逐次渐进型AD
44、转换电路仿真3.2.1 仿真电路图图32 4位逐次比较型AD转换电路仿真电路图3.2.2 使用元器件比较器：LM3931数据寄存器：74LS743反相器：7404N1与门：74LS081模数转换器：VDAC818位双向移位寄存器：741981发光二极管：LED_RED4图33 LM393芯片逻辑图LM393是双电压比较器集成电路。输出负载电阻能衔接在可允许电压范围内的任何电源电压上。不受VCC端电压值的限制。该芯片是高增益、宽频带器件，像大多数比较器一样，如果输出端到输入端寄生电容而产生耦合则很容易产生震荡。需要注意比较器所有不使用的引脚应接地。图34 7404N芯片逻辑管脚图该芯片内部含有6组反相器。14管脚接电源，7管脚接地。电源电压为7V。A1输入高电平时，Y1输出低电平；A1输入低电平时，Y1输出高电平。其它五组反相器功能与之相同。图35 74LS08芯片内部逻辑图4LS08芯片内部为4组2输入与门。14管脚接电源，7管脚接地。当同一组中，两个输入端都为高电平时，输出为高电平。当两个输入都为低电平或者仅有一个输入为高电平时，输出为低电平。其他三组工作状态