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(高分辨率AD转换电路的设计) (高分辨率AD转换电路的设计)

格式:word 上传:2022-06-25 13:47:13

《(高分辨率AD转换电路的设计)》修改意见稿

1、“.....积分电容的选择因为在芯片变换电路中,其输出信号的频率可由下式确定从上式可以看出其输出频率没有积分电容这项,也就是说的容值误差及温度系数对转换精度没有直接影响但是电容值的大小会影响积分器输出的幅度。电容值太大积分器输出幅度过小,至影响比较器翻转的精度积分电容过小,使运放过早进入饱和区。因此积分电容过大过小都不行,其满刻度量程与关系如图所示。图满刻度量程与线性关系也可根据经验公式进行计算,其计算公式如下。单稳态定时电容的选择这个电容值的大小主要决定单稳态脉冲的宽度,其计算公式如下因为输出频率在满度时,要求占空比为,此时输入电流为。另外还要考虑到电路和印刷电路板之间大约有寄生电容的影响,所以该电容的实际计算公式应为图变换原理图由于在实际应用中,该电容的温度系数是个重要参数,它将直接影响芯片的转换精度。为此......”

2、“.....另外在电路设计实际安装时要尽量减小寄生电容的影响,应保证与电路引脚尽量靠近,如有可能还应对加以屏蔽,以免外界环境中活动物体影响电容的容量,特别是在精度要求较高上的情况下更要注意。由此我们选用具有校正功能的系列电容。最后的实际电路原理如图所示等精度频率计的设计由于输入的信号是交流信号而现场可编程逻辑器件和施密特触发器是数字芯片,不识别负信号,要把输入交流信号变为直流信号。用两个电阻实现电压钳位功能,钳位后的信号经施密特触发器整形为方波后直接输入对其计数。原理图如图所示。由于可以实现高速响应,可以实现准确计数。图频率计原理图频率计测得的数据为此系统的转换结果,由于的基准晶振选用的是的高精度晶振。由于转换精度由基准晶振和的满刻度时的量程。由于我们设计的转换频率为,所以在计数周期内基准晶振脉冲个数为,因为随机时间出现的误差仅为个脉冲,而的满刻度量程为......”

3、“.....光耦合隔离电路的设计的输出频率并不是方波信号,而是很窄的斜坡脉冲,难以测量其频率,所以先用触发器其进行二分频,可同时实现边沿整定和占空比调整,输出占空比的方波信号。设计要求转换与控制器电气隔离,以减小干于用进行位的计算占用大量资源,影响速度。所以由善于计算的凌阳位单片机完成,在单片机内计算出被测频率的值并显示结果。系统测试测试仪器测试所用仪器设备如表所示表测试使用的仪器设备序号仪器数量制造商双踪数字示波器泰克科技中国有限公司直流毫伏表指标测试以下是我们在实验室对本系统进行的测试。转换线性度测量表转换测量值条件电压值理论值测量值线性误差转换结束信号测试通过示波器观察,每秒钟个脉冲,即转换频率为......”

4、“.....低温漂的优质模拟数字器件,辅以单片机为控制器,以复杂可编程逻辑器件为频率测试的硬件平台,实现了高分辨率低线性误差的转换器和高精度低温漂的连续可调的电压信号的设计,并用采用光电耦合实现了转换与测量显示的隔离,消除了不必要的干扰。本系统的性能指标超出了题目的要求。在本次设计的过程中,我们遇到了许多突发事件和各种困难。尤其是的定时电容对的杂散电容反应比较敏感调试保护比较困难,电路设计和调试度陷入困境,但通过团队的仔细分析和自我调整状态后我们终于解决了所有问题,取得了圆满的结果。经过此次电子大赛让我们对电路的设计调试有了深刻的印象,同时也深刻的体会到了共同协作和团队精神的重要性,提高了我们解决问题的能力。参考书目罗亚非凌阳位单片机应用基础北京北京航空航天大学出版社......”

5、“.....王武江常用集成电路速查手册北京冶金工业出版社,潘松黄继业技术实用教程北京科学出版社,巴西数字电路设计教程北京电子工业出版社,扰,所以我们使用了光电耦合进行隔离。输出经分频后最高为,需要用高速光电耦合器才能响应,在这里我们选用的是东芝的,其最高响应频率为,隔离电压为,满足要求。其外部引脚如图所示。图外部引脚图内部原理图如图图内部原理图耦合电路原理图如图所示图耦合电路原理图系统的软件设计本系统对软件的要求不高,用前后台式的程序即可能轻松完成系统的基本任务。程序流程图图控制程序流程图系统初始化启动频率测量读取结果计算频率并行测量频率主循环刷新显示前台程序后台程序进入键盘中断判断任务语音播报数据显示设置返回主程序看门狗程序复位转换结束信号等精度频率计子程序等精度频率计的实现方法可以简单的用图表示。图中预置门控信号可由单片机发出,的时间宽度对测频精度影响较小......”

6、“.....令其为。和是两个可控的位高速计数器,和分别是各自的计数使能信号,高电平有效。标准信号源从的时钟输入端输入,被测信号经整形后从与相似的位高速计数器的时钟输入端输入。测频开始前,首先发个清信号,高电平有效,是两个计数器触发器和位选通信号均置,然后由单片机发出测频允许命令,即令预置门控信号为高电平,这时触发器要直等到被测信号的上升沿到来之后端才被置即令为高电平,与此同时,将同时启动两个计数器和,进入计数允许周期。图等精度频率计主控结构在此期间,和两个计数器分别对被测信号和标准信号同时计数。当秒之后,预置门控信号被单片机置为低电平,但此时两个计数器并没有停止计数,直等到随后而来的被测信号的上升沿到来时,才通过触发器将这两个计数器同时关闭。由图所示,的宽度和发出时间都不会影响计数使能信号的宽度,的允许计数周期在任何情况下都恰好等于待测信号的完整周期数......”

7、“.....宽度的改变以及随机出现的时间误差最多只有基准源信号的个时钟周期,若由精确稳定的石英晶体振荡器发出,则在任何情况下测量误差只有两千万分之秒。图频率计测控时序设在次预置门时间中对被测信号频率为计数为,标准频率信号频率为计数为个,则有下式成立可得到测得的频率为最后当由高变低之后由单片机发出个脉冲,位计数器的不同输出值控制选多路选择器将测得的和的个数位为输出单元经寄存器被单片机读入,具有较低的最佳温度稳定性,但其满刻度频率只有,数字分辨率只能达到位而尽管的最佳温度稳定性不如,但其满刻度频率高,非线性度也完全符合要求。综上所述,我们选择作为转换的核心器件。频率测量对变换后的频率进行测量,由于频率较高,般在几十甚至上百,要实现快速准确的测量频率,必须要有良好的硬件响应速度和良好的测量策略。方案用单片机的计数器对基准时钟源进行计数......”

8、“.....这种方案节省硬件,用片单片机实现计数,运算等工作。但是,由于单片机内部的计数器所能计数的频率有限,且通用单片机内部时钟精度较低,更重要的是开始计数和停止计数难以做到同步。所以,此种方法测得的频率精度比较低,频率带宽也较窄。方案二用等专用硬件计数器配合逻辑电路设计套硬件测量电路。此种电路如果能合理设计,能做到实时性好,测量准确。但是设计起来较为麻烦,需要的硬件多,电路制作复杂,由于引脚太多搭焊和线路连接都比较繁琐,调试起来很难发现问题所在。方案三采用复杂可编程逻辑器件编写代码实现频率计数功能。响应速度快可以达到十几纳秒甚至几纳秒,响应频率可以达到几十兆甚至上百兆,可以实现高速计数。可编程逻辑器件可以用代码实现硬件的功能,不必大规模的搭焊跳线,而且易于修改,块片子可以实现大块板子的功能且性能优于传统的电路连接方式。可以运用软件仿真在线调试......”

9、“.....电路次成型,不必对实际焊接的电路再进行繁琐的调试修改。对于定规模的数字电路尤其显示了其优越性。综上所述,考虑到时间的紧迫性和本题目要求达到位的高分辨率,计数器必须达到很高的响应速度而且易于实现,所以我们选用方案三。控制器本设计对运算控制器的响应速度要求不是非常高,只是在与通讯的时候要求有较高的响应速度,且可进行大量的数据运算。我们有两种方案可供选择方案采用现场可编程门阵列作为系统的控制器。可实现各种复杂的逻辑功能,规模大,密度高,它将所有的器件集成在块芯片上,减小了体积,提高了稳定性,并且可应用软件仿真在线调试,易于进行功能扩展,响应速度快。但由于本设计对控制器的响应速度要求不高,的高速处理优势得不到充分体现,并且由于芯片集成度很高,成本偏高,同时由于引脚较多,电路板的布线比较复杂,加重了电路设计和实际焊接的工作。方案二采用凌阳公司生产的单片机。单片机算术运算能力强......”

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