毕业论文：高分辨率AD转换电路的设计文档23页全文阅读

是美国公司推出的高精度电压频率转换器，它由积分器比较器精密电流源单稳多谐振荡器和输出晶体管组成。

该电路在电源电压下，功耗电流小于，满刻度为时其非线性度小于。

容易买到，如等。

所示。

图为实现各模块的功能，分别作了几种不同的设计方案并进行了论证，我们选取了较好的方案实现。

各模块方案选择和论证精密测试电压源方案直接由输出。

优点是可以程控，可由键盘设定输出。

但是般的位数较低，且其精度和温漂都难以达到理想。

方案二普通基准源直接方案二普通基准源直接分压输出。

这种基准源有很多，市场上但是般的位数较低压源方案直接由输出。

优点是可以程控，可由键盘设定输出。

部分内容简介。

模块框图如图所示。

图为实现各模块的功能，分别作了几种不同的设计方案并进行了论证，我们选取了较好的方案实现。

各模块方案选择和论证精密测试电压源方案直接由输出。

优点是可以程控，可由键盘设定输出。

但是般的位数较低，且其精度和温漂都难以达到理想。

方案二普通基准源直接分压输出。

这种基准源有很多，市场上容易买到，如等。

但是这种方式的输出阻抗较高，分压不准。

方案三精密低温漂高档基准源，分压后通过精密运放进行输出缓冲。

这种方案可以提供较大的输出电流，高档的基准源和运放可以保证输出的精度和低的温漂特性。

考虑到系统对温漂的要求非常严格，对精度的要求虽不像温漂要求那么严格，但也必须所以我们选择方案三。

转换方案采用集成型定时器，可以很方便的与单片机实现接口通信，价格比较便宜且容易购买，但其响应速度较慢，外围电路比较复杂，只适合用于些要求不太高的场合。

方案二采用转换专用集成芯片作为核心部件，辅以的外围电路实现。

是美国公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频电压搬移转换单片机控制器频率测量显示模块语音模块基准源被测量键盘率电压转换器转换器长时间积分器及其他相关器件。

采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到电源电压下都有极高的精度。

的动态范围宽，可达线性度好，最大非线性失真小于，工作频率低到时尚有较好的线性变换精度高，数字分辨率可达位外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成变换电路，并且容易保证转换精度。

最佳温度稳定性为，满刻度量程为。

方案三采用转换专用集成芯片，辅以的外围电路即可实现。

是美国公司推出的高精度电压频率转换器，它由积分器比较器精密电流源单稳多谐振荡器和输出晶体管组成。

该电路在电源电压下，功耗电流小于，满刻度为时其非线性度小于。

既能用作电压频率转换器，又可用作频率电压转换器。

的满刻度频率高，可达具有很低的非线性度在满刻度时非线性度小于，在满刻度时非线性度小于，在满刻度时非线性度小于。

完全达到题目对精度和线性度的要求最佳温度稳定性为。

转换作为此次设计的核心模块，必须要有较高的满刻度频率响应和较低的最佳温度稳定性。

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。

然后通过计数的比值计算出被测信号的频率。

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，易于进行功能扩展，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，软件编程灵活，自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制功耗小，技术比较成熟，成本较低，口较多容易实现外扩，响应速度完全达到系统要求。

而且单片机自带语音模块，便于实现语音的添加。

综上所述，我们选择方案二。

显示在换器，其外部引脚如图所示。

图外部引脚图其内部结构如图图内部原理图暂稳输入及输出波形为图波形为了充分发挥芯片的性能，必须很好地选择该芯片的外围元件。

而在元件选择时，首先要考虑输出信号频率的占空比其值为，可以从图中的波形图看出。

当定时电容进定后，是个定值，则根据输入电压的大小变化，因此占空是输入电压的函数。

其中最重要的是输入满度电压时输出信号的占空比这个参散对的线性度有很大影响，要想达到最佳的线性度，必须选择。

根据理论公式计算可知为若要求，则必须为，尽管外围仅需要几个元件但这几个元件决定的实际转换结果，所以外围元件的选择至关重要。

由于系统能够要求对电压搬移后电压值仍为正值，所以我们选择正输入电路接线方式，如图所示图正输入接线图积分电阻的选择积分电阻的值是按照输入满度电压时所需要的输入电流来计算的。

为了保证满度对输出信号的占空比为，般取满度时的输入电流为，则积分电阻为因为积分电阻将直接影响转换的精度，所以在我们在选择电阻时选用了精度为万分之的金属碳膜电阻。

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，必须严格选择温度系数小的电容，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，所以精度可达到几百千分之。

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，只是影响测频的最小值，所以可以在秒至秒间任意选取，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。