如何自制AD（模数）转换器？

摘要： 制作AD转换器（模数转换器）是一项复杂但有趣的任务，它涉及模拟电路和数字电路的综合应用，以下是详细的步骤和注意事项：一、设计目的1、培养创新能力：通过设计和制作过程，培养学生的创新...

制作AD转换器（模数转换器）是一项复杂但有趣的任务，它涉及模拟电路和数字电路的综合应用，以下是详细的步骤和注意事项：

一、设计目的

1、培养创新能力：通过设计和制作过程，培养学生的创新思维和解决问题的能力。

2、理论联系实际：将理论知识应用于实际问题的解决，训练综合运用能力。

3、掌握电子系统设计方法：学习复杂的电子系统设计的一般方法，提高对模拟和数字电路的理解和应用能力。

4、基本技能训练：包括仪器仪表的使用、元器件的识别和测量、熟练使用仿真软件和实验设备进行调试等。

二、设计要求

1、电源电压：±5V。

2、输出数字量：8位。

3、误差：1LSB。

4、控制方式：定时开始转换或手动控制开始。

5、输入电压范围：直流电压0～2.5V或0～4V。

6、主要单元电路：包括信号发生器、比较器、D/A转换器、控制电路、计数器等。

7、画出总体电路图：详细绘制并检查电路图。

8、安装和焊接：按照设计电路在通用板上焊接，仔细检查是否有错接、漏接、虚焊现象。

9、调试电路：确保电路正常工作并进行性能指标测试。

10、提交报告：格式上符合要求，内容完整的设计报告。

三、总体设计

1、输入直流电压：通过电位器调节产生0～4V的输入电压。

2、比较电路：比较待转换电压Vx与D/A转换器输出的模拟电压Vy，输出高电平或低电平。

3、D/A转换电路：将数字量转化为模拟量，通常选用DAC0832。

4、脉冲产生电路：由555定时器构成的多谐振荡器产生方波信号。

5、控制电路：使用74LS00与非门控制计数电路的计数功能。

6、计数电路：由两个74161构成，完成八位计数。

7、输出电路：用数码管显示结果。

四、单元电路设计

1、模拟电压产生电路：通过电阻和电位器产生0～4V的可调电压。

2、输出电路：将计数器的输出连接到数码管显示。

3、555信号发生器：产生频率较高的方波信号CP。

4、555信号清零：用于复位信号。

5、74LS00：与非门电路，用于控制计数器的计数功能。

6、计数器电路：由两个74161构成，完成计数功能。

7、D/A转换器 DAC0832：将数字量转换为模拟量。

8、LM324比较器：用于比较待转换电压和D/A转换器输出的模拟电压。

五、元件选择

六、电路工作原理

1、输入直流电压：通过电位器调节产生0～4V的输入电压。

2、比较电路：待转换电压Vx进入比较器正端，D/A转换器输出的模拟电压Vy进入比较器负端，若Vx > Vy，则比较器输出高电平；反之，输出低电平。

3、D/A转换电路：将数字量转化为模拟量，输出为电流量，需转换成模拟电压量与待转换电压Vx比较。

4、脉冲产生电路：由555定时器构成的多谐振荡器产生方波信号CP。

5、控制电路：由74LS00与非门控制计数电路的计数功能，当比较器输出和脉冲信号共同决定时，计数器开始计数。

6、计数电路：由两个74161构成，完成八位计数，输出的数字量进入D/A转换电路变为模拟电流量。

7、输出电路：用数码管显示结果。

七、困难问题及解决措施

1、模拟电路误差大：由于元器件参数和环境因素，可能导致实际电路与理论设计有偏差，解决方法是多次调试和校准，必要时更换高精度元器件。

2、电路连接错误：在焊接过程中容易出现错接、漏接、虚焊等问题，应仔细对照电路图进行检查，必要时使用万用表检测各连接点。

3、调试难度大：初次调试可能遇到各种问题，需要耐心排查，可以使用仿真软件先进行模拟调试，再实际操作。

通过设计和制作AD转换器，学生不仅能够巩固理论知识，还能提高动手能力和解决实际问题的能力，这一过程需要细致的规划和耐心的调试，最终的成果不仅是一个功能完善的电路，更是对电子技术理解的深化。

九、相关问答FAQs

Q1：如何选择合适的元器件？

A1：根据设计要求选择元器件，如电源电压、输出位数、误差范围等，可以参考数据手册和以往的设计经验，必要时进行仿真测试。

Q2：如何解决电路中的噪声问题？

A2：噪声问题可以通过增加滤波电路、优化布线和使用屏蔽技术来减少，选择低噪声元器件和稳定的电源也是关键。