1、雙積分雙積分A/DA/D轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計 應(yīng)用背景：應(yīng)用背景：3位半電壓表位半電壓表 技術(shù)指標：技術(shù)指標： 測量電壓范圍：測量電壓范圍： 02V 測量精度：測量精度： 1mV 轉(zhuǎn)換速率：轉(zhuǎn)換速率： 50ms or 20ms 顯示方式：顯示方式： LED數(shù)碼管顯示數(shù)碼管顯示大型應(yīng)用性電路設(shè)計與調(diào)試大型應(yīng)用性電路設(shè)計與調(diào)試課程內(nèi)容課程內(nèi)容n雙積分雙積分A/D轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理n V-T轉(zhuǎn)換原理n 時間刻度細分原理n 三個控制開關(guān)設(shè)計原理n 數(shù)碼顯示原理n系統(tǒng)主要參數(shù)計算系統(tǒng)主要參數(shù)計算n實驗安排及實驗報告要求實驗安排及實驗報告要求A/D轉(zhuǎn)換的方法和種類轉(zhuǎn)換的方法和種類n雙積分法-電壓的充

2、電和放電 （與運放的頻帶寬度有關(guān)）（三位半數(shù)字電壓表）n逐次比較法-每次與減一半的電壓比較 （與轉(zhuǎn)換精度有關(guān)，8位需比較9次） （0800D/A轉(zhuǎn)化器、全加器和邏輯組合電路實現(xiàn)）n量化反饋法-量化后的電壓反饋回輸入端再進行比較 （速率比逐次比較快一些） （幾個電壓比較）n并行法-同時一次性與不同的電壓比較 （速率最高，一個時鐘脈沖）（多個電壓比較）設(shè)計目的設(shè)計目的n不過分注重設(shè)計結(jié)果，而是注重設(shè)計過程 通過實驗電路的設(shè)計，加強光電儀器電子學(xué) 系統(tǒng)的設(shè)計、調(diào)試能力。n熟悉雙積分A/D轉(zhuǎn)換原理n加強運放構(gòu)成的積分電路的應(yīng)用技術(shù)n加強模擬電路和數(shù)字電路的混合應(yīng)用技術(shù)n鍛煉科技寫作能力（研究報告）雙積

3、分雙積分A/D轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理n V-T轉(zhuǎn)換原理n 時間刻度細分原理n 三個控制開關(guān)設(shè)計原理n 數(shù)碼顯示原理V-T轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理n 電壓（V）用時間（T）來度量n時間測量電路在數(shù)字電路中易于實現(xiàn)n 實現(xiàn)方法：雙積分原理積分電路積分電路ttidttVRCVV0100）（初末ittRttidttVRCdttVRCVV110)(1100）（初末0irCVdVIICRdtrCII若分時段施加不同電壓若分時段施加不同電壓：雙積分電路雙積分電路ittRttidttVRCdttVRCVV110)(1100）（初末一次積分（充電過程）T = t1 - t0Vi為被測電壓 （恒定電壓）二次積分（放電過程）Ti

4、 = ti - t1VR為基準電壓（恒定電壓）令V0初為零；若 t = ti 時刻，V0末也為零時，則Vi電壓為正，VR必須為負；雙積分電路雙積分電路iRiTVRCTVRCV110末0)(iRiTVTViRiTTVV斜率是可變的當(dāng)積分過程結(jié)束時，Vi越大V0越負采樣過程斜率是固定的當(dāng)V0末為零時，Ti為對應(yīng)的過零時刻測量過程Vi越大，過零的時間越長若基準電壓VR為負電壓采樣時間 T 恒定則只要測出Ti（用數(shù)字表示）的大小，就可知被測電壓Vi雙積分輸出電壓隨時間變化的關(guān)系曲線雙積分輸出電壓隨時間變化的關(guān)系曲線清零階段（K3）采樣階段（K1）測量階段（K2）設(shè)：K1:K2:K3=1:2:1重復(fù)測量

5、時間=50ms K1=12.5ms K2=25ms K3=12.5ms雙積分電路原理雙積分電路原理跟隨器積分電路比較器模擬開關(guān)雙積分轉(zhuǎn)換電路各點波形雙積分轉(zhuǎn)換電路各點波形 關(guān)鍵關(guān)鍵 技術(shù)：技術(shù)：n時間刻度時間刻度 細分原理細分原理n三個模擬開三個模擬開關(guān)設(shè)計原理關(guān)設(shè)計原理關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)1 ：時間刻度細分原理：時間刻度細分原理其中，TS為計時周期； 時鐘電路 n為采樣時間內(nèi)的時鐘脈沖個數(shù)； n進制計數(shù)器 ni為測量 時間內(nèi)的脈沖個數(shù)； 數(shù)據(jù)鎖存器 VR為基準電壓 -2V Vi為被測電壓 02VRiRSSiRiiVnnVnTTnVTTV測量顯示時間計數(shù)器原理框圖測量顯示時間計數(shù)器原理框圖關(guān)鍵技術(shù)

6、關(guān)鍵技術(shù)2 ：三個模擬開關(guān)設(shè)計原理：三個模擬開關(guān)設(shè)計原理 -開關(guān)控制脈沖的產(chǎn)生開關(guān)控制脈沖的產(chǎn)生01301211QQKQQKQK利用兩類門電路利用兩類門電路組合邏輯實現(xiàn)組合邏輯實現(xiàn)三個模擬開關(guān)設(shè)計原理三個模擬開關(guān)設(shè)計原理 -4066模擬開關(guān)模擬開關(guān)n4066有四個模擬開關(guān)有四個模擬開關(guān)nVDDVSS=15V，工作在雙電源，則最大為，工作在雙電源，則最大為7.5Vn若若VDD和和VSS分別為分別為5V，則不需要電平提升電路，則不需要電平提升電路開關(guān)控制脈沖發(fā)生器原理開關(guān)控制脈沖發(fā)生器原理四張電路原理框圖四張電路原理框圖基準電壓寬脈沖變窄脈沖系統(tǒng)主要參數(shù)計算系統(tǒng)主要參數(shù)計算n 系統(tǒng)主頻CPn 基準

7、電壓VR系統(tǒng)主頻系統(tǒng)主頻CP（4MHz）n系統(tǒng)主頻與設(shè)計指標的關(guān)系： （1）被測電壓的最小分辨率）被測電壓的最小分辨率-1mV（定計數(shù)值）（定計數(shù)值） （2）被測電壓的最大值）被測電壓的最大值-2V（定參考電壓）（定參考電壓） （3）轉(zhuǎn)換速率）轉(zhuǎn)換速率-50ms（定周期）（定周期）n根據(jù)公式：根據(jù)公式：n其中，其中，T=12.5ms、n = 2000、TS = 6.25s，fS = 160KHz。n采用采用4MHz的時鐘（石英晶體）經(jīng)的時鐘（石英晶體）經(jīng)25分頻得分頻得160KHz。RiRSSiRiiVnnVnTTnVTTV基準電壓基準電壓VR（2V）n當(dāng)當(dāng)n=2000、ni=2000時時 ，

8、Vi = VR 由此可設(shè)想，當(dāng)由此可設(shè)想，當(dāng)VR不等于不等于2V時，時， ni=2000，也不再代表也不再代表Vi = 2V。n結(jié)論：結(jié)論：基準電壓的基準值和穩(wěn)定性十分重要基準電壓的基準值和穩(wěn)定性十分重要RiRSSiRiiVnnVnTTnVTTV實驗要求實驗要求-兩周完成兩周完成n整理出完成電路原理圖整理出完成電路原理圖n計數(shù)（計時）電路調(diào)試（計數(shù)（計時）電路調(diào)試（2000進制計數(shù)器）進制計數(shù)器）n控制開關(guān)脈沖調(diào)試與測量控制開關(guān)脈沖調(diào)試與測量n測量電壓與參考電壓的調(diào)試測量電壓與參考電壓的調(diào)試n雙積分電路的調(diào)試雙積分電路的調(diào)試n顯示電路的調(diào)試（僅連接顯示電路的調(diào)試（僅連接 BCD碼即可）碼即可）

9、n測量誤差分析（測量多組待測電壓）測量誤差分析（測量多組待測電壓）實驗報告要求實驗報告要求n格式要求格式要求:四人共同完成一份報告，分工明確，電子打四人共同完成一份報告，分工明確，電子打印，封面與裝訂。印，封面與裝訂。n內(nèi)容要求：內(nèi)容要求：n設(shè)計目的設(shè)計目的n設(shè)計指標設(shè)計指標n成員分工成員分工 n基本原理基本原理n設(shè)計步驟設(shè)計步驟n裝調(diào)與測試過程裝調(diào)與測試過程n系統(tǒng)改進與評價系統(tǒng)改進與評價n實驗收獲與體會實驗收獲與體會n對本課程的建議對本課程的建議積分時間常數(shù)積分時間常數(shù)RC（12.5ms）n充電過程：n放電過程：n由于由于Vi的最大電壓為的最大電壓為2V，運放的輸出飽和電壓與電源電，運放的輸出飽和電壓與電源電壓有關(guān)，壓有關(guān)， 電源電源