数字积分器实验报告

北京工业大学课程设计报告 数电课设题目

数字积分器 班 级：

1302421

学

号：

姓 名：

吕迪 组 号：

7

2015

年4月

一、设计题目

数字积分器 一、设计技术指标及设计要求

1. 模拟输入信号0~10V,积分时间1~10秒，步距1秒

2.

积分值为0000~9999 3.

误差小于1%± 1LSB 4. 应具有微调措施，以便校正精度

三、设计框架

V1 — V/F . ___________ ,厂一”门电路 ------------- n 计数器

通过数字积分器，对输入模拟量进行积分，将积分值转化为数字量并显示。 输入与输出的对应关系为：输入 1V,转化为频率100Hz,计数器计数为100,积分时

间为1S,积分10次，输出为1000。

输入模拟量的范围为0~10V,通过10次积分，输出积分值为0000~999Q 误差要求小 于1%± 1LSB 数字积分器应具有微调措施，对于由元件参数引起的误差，可以通过微调进 行调节，使其达到误差精度。微调的设置应尽可能使电路简单，并使测量时便于调节，能 提供微小调节，尽快达到要求，完成微调的任务。

四、设计方案

按照设计框架的要求可以将整个电路分为五个部分，分别为：

V/F 压频转换器、时间积

分电路、门电路、计数器电路，数字显示部分。 1 V/F 压频转换

V/F 压频转换器由两部分组成，一部分把电压转换成三角波，另一部分把三角波转换成

方波。本实验设计电路的目的是将输入的

1至10V 电压转换成相应的100Hz 至1000Hz 的

频率。 数字显

~] L

经过查阅资料，有两种方案可供选择。方案一是由卩A741+NE555组成，方案二是由两片卩A741组成。我们选择了方案一。

2 时间积分电路(单稳电路)

时间积分电路采用LM556CM利用LM556CM以及适当阻值的电阻、电位器接成典型的单稳触发器，之后将NE555的2号管脚接上按键脉冲开关，以便控制积分时间，其积分时间公式为

1.1RC=1(S)。

3、与门电路

与门电路是整个电路中最简单的部分，用一片74LS08 就可以。它是把时间积分电路的输出端口和V/F压频转换的LM556C啲输出端口进行相与，从而得到时间为1秒相应频率的方波。

4、计数器电路

计数器电路的连接比较简单。这个部分我们用了异步清零法来实现，需要四片74LS161。

5、数字显示部分

数字显示部分我们使用数电实验箱上的数码管作为数字显示部分。

五、系统采用的元器件

芯片：卩A741*1、NE555*2、74LS08*1、74LS00*1、74LS161*4、9014 三极管*1

电容：3.9nF*1、910pF*1、10 卩F*1、10nf *1

电阻：2k*1 、10k*1 、51k*1 、82k*1 、91k*1 、100k 滑动变阻器*1 、220k*1

六、系统各部分电路说明

1 V/F 压频转换

该电路中通用运算放大器741 被接成积分器的形式。

输入电压经R4、民分压后送入741的3脚作为参考电压。Q1管截止，那么就有I R4=I C2,Vi给C充电，741的6脚电压不断下降。当741的6脚电压下降到NE555的5脚电压一半2.5V时NE555翻转，3脚输出高电平15V, Q1导通，C放电，uA741的6脚电压上升。当该电压上升至NE555的5脚的电压5V时NE555的状态再次翻转，Q1截止，电容C再次被充电。形成一个周期的脉冲方波振荡信号。

NE555的1脚是集电极开路输出，让其空悬。把6号和2号管脚通过一个上拉电阻R1后接正5 V 电压.

2 时间积分电路

NE555接成单稳态触发器，其第二脚输入比较电压，可以通过此管脚电压的高低来控制触发器的翻转达到控制输出电平高低的目的。二脚通过单刀双掷开关常接通于高电平，需要触发1 秒钟脉冲的时候，拨动开关接低电平，使555触发，然后拨动开关返回高电平即可。单稳态触发器的翻转时间是通过555外围电路的R, C来控制。

3 计数器电路

将四片161级联，连接数码管。由脉冲控制计数，10000进制计数器。

七、电路调试过程

对于电路的调试，我们选择了分部分调试，调试完各个部分后，将各个部分进行级联，调试整体的电路。

1、计数器电路及数字显示部分的调试我们之所以选择先调试这部分，是因为这部分相对简单，我们也更加熟悉，只需将之前做过的计数器进行拓展即可，这部分电路也是我们调试过程中最为顺利的一部分，这部分电路在连接好线路之后，我们就用数电实验箱的脉冲进行了测试，一次测试成功，发现有一片74LS161有问题，在更换新的芯片之后问题消失。

2、时间积分电路的调试

按照电路图连接线路之后，我们发现由于实验元件的误差，脉冲的时间并不是要求的1s，为了解决这个问题，我们需要对电路的电阻值进行微调，于是我换下了91k的电阻，换成了100k的电位器，对电阻值进行调节，在开始的时候，示波器并不显示波形，我们就在寻找问题的出处，用万用表测各个节点间是否导通，找出了电路连接上的一个断点，再接通电源，调节电位器的阻值，将时间调整在了1s。

3、V/F 压频转换电路调试过程

这个部分是最后一个需要调试的部分，也是我们调试最久的一个部分，按照电路连接连接之后，我们开始第一次调试，不过由于接线错误，烧掉了741 芯片，在更换了新的芯片之后，接通电源，用示波器既测不到三角波，又测不到方波，我们又检查了模拟电路，又进行了模拟，发现模拟结果和以前一样，证明了模拟没问题，问题出在线路的连接上。

用万用表测试未测到断点，我们决定拆掉电路重新连接，第二次连接线路之后，接通电源，还是没有结果，于是我们想是不是芯片除了问题。我们先用741 芯片做了一个电压跟随器，测试确认741 芯片没问题。我们又将555 芯片与了时间积分电路中的55芯片交换位置，接通电源，用示波器检测时间积分电路的波形，发现555 芯片有问题。于是，我们又更换了新的555芯片。在重新连接V/F 压频转换电路的时候，有一处连接错误，导致我们烧掉了555 芯片，只得更换新的555 芯片。在确认了芯片没问题后，接通电源，示波器还是没有波形。

我们决定级联整个电路尝试一下，级联整个电路之后，正如预料的，计数器不计数，于是我们继续寻找压频转换电路的问题。

我们想有可能是面包板下存在接触不良的问题，于是再次拆掉电路，重新连接，连接好电路之后，再次接通电源，接通电源脉冲，计数器开始计数，这次的电路没问题了，不过接通1V电压的时候，计数频率是200Hz~300Hz之间，并不符合实验要求，在调节电位器达不到要求的情况下，我们想可能是电位器电阻不够大，于是我又串联了一个100k电位器，发现还是不行，于是我又直接把电位器当做定值电阻接入了电路，再次接通电源，数值缩减到了160 左右，这就说明我的思路是正确的，于是我又接入了一个20k 的定值电阻，发现数值减小到了140 左右，我就又接入了两个20k 的定值电阻，数值缩小到了1 05左右，调整输入的直流电压，数据的误差都在1%~2%之间，但还是不符合要求，我就又接入了3个3k的电阻，这次的1V的数据直接降到了99,调整直流电压，直到10V,每次的误差都小于1%符合了实验要求。

八、附录

总电路图

各部分测得数据如下：

R1: 221k R2 : 80.4k R3 左：11.7k R3 右：261.8k R4 : 60.1k R5 : 9.9k R6:2.03k R7:79.2k C1 : 3.53nF C2 : 12.66nF C3 : 11.60nF C4 : 10.85 卩F

PS:由于R3处在调试过程中加了定值电阻，故表示为电路中R3的左右阻值。

各芯片引脚图：

741 引脚图

555 引脚图

74LS161 引脚图

74LS00引脚图

74LS08 引脚图

参考资料：

《模拟电子技术基础》第四版童诗白华成英高等教育出版社

《数字电子技术基础》江捷马志成北京工业大学出版社

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九、收获与体会这次课程设计，我们收获了很多，加强了我们思考和解决问题的能力。在整个设

计过程中，让我们更加熟悉了multisim 这个软件的使用。在这这个方案中，我们使用了4 片

74LS161 1片74LS08 1片74LSO0 2片NE555 1片卩A741,熟悉了这些芯片的使用。

在设计过程中，经常会遇到各种各样的情况，就是心里总觉得这样的接法可以行得通，但实际却总是实现不了,因此耗费在这上面的时间很多。同时我们在接线的同时遇到了很多问题,虽然模拟能实现,但实际由于器件存在误差,接触不良等问题会影响实验结果。

本次的课程设计同时也是对课本知识更进一步的学习,由于课本上的知识太多, 平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,在这次课程设计过程中,我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

做完这次设计,记住了很多东西,比如一些芯片的功能,平时看的课本比较少, 通过实践应用让我们对各个元件印象深刻。实践是检验真理的唯一标准。所以这个课程设计对我们的作用是非常大的.

此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比如出现问题解决问题的能力, 团队合作等。这次设计让我们受益匪浅。