电子技术实验 数字积分器 实验报告

1、北京工业大学 课程设计报告 学院 专业 班级 题目 1 2 姓名 学号 指导教师 数字题目成绩 模拟题目成绩 总成绩 年 月 日 第一页 一、设计任务与要求：一、设计任务与要求： 1、模拟输入信号 010V，积分时间 110 秒，步距 1 秒。 2、积分值为 00009999。 3、误差小于 1%1LSB。 4、应具有微调措施，以便校正精度。 二、课题说明：二、课题说明： 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 010V，通过 10 次积分，输出积分值为 00009999。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，能提高微小调节，尽快达到要求。 通过设计方案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、数字显示电路。

2、实验过程是： 通过 V/F 压频转换器将某一电压转换为相应频率的方波， 同时 和由时间积分电路输出一秒钟的高电平，通过与门电路后，生成时间为一秒钟， 频率固定的矩形脉冲。然后将此脉冲接入由四片 74LS161 接成的十进制计数器 的 CLK 输入端，便可记录一秒钟内脉冲的数量。于 4 片 74LS161 输出端相连接 的是 4 片数码管，把 74LS161 改为十进制后，计数的结果就会在数码管上显示 出来，由此就得到数字积分器的功能。 总之， 整体设计实验的思路是输入一个模拟信号， 由 V/F 压频转换器将电压信号 转化为频率信号，再与积分器进行逻辑与运算，最后通过计数器将频率信号的数 值由数码管显示出来。 三、参考元器件和芯片：三、参考元器件和芯片： 组件：74LS00 74LS08 74LS20 74LS161A741 NE555 电阻、电容：若干 调零电位器：10K 第二页 四四、设计方案：、设计方案： 1、 V/F 压频转换压频转换 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

3、相应 的 100Hz 至 1000Hz 的频率。 有两种方案可供选择。 方案 （一） 是由 A741+NE555 组成，方案（二）是由两片 A741 组成。 我们选用方案（一）进行压频转换。电路分为两部分： 1）用 A741 组成积分电路，将输入电压转换成一定频率的三角波。 2）用 NE555 构成施密特触发器，将三角波整形为方波。 将 555 定时器的两个输入端 2 和 6 管脚相连，作为外加信号输入端 V1， 构成施密特触发器，输出端为 Vo 管脚 3。 各个引脚功能如下： 1 脚：外接电源负端 VSS或接地，一般情况下接地。 2 脚：TL低触发端 3 脚：输出端 Vo 4 脚：DR是直接清零端。当DR端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TL、TH 处于何电平，时基电路输出为“0” ，该端不用时应接高电平。 5 脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的 基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只 0.01F 电容接地，以防引入 干扰。 6 脚：TH 高触发端 7 脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。 8 脚：外接电源 VCC，双极型时基

4、电路 VCC的范围是 4.5 16V，CMOS 型时基电路 VCC的范围为 3 18V。一般用 5V。 在输入电压从 0V 逐渐上升的过程中，当升至 V1=23Vcc 时，电路状态发生翻第三页 转，使 Vo 从 1 变为 0；在 V1 从 Vcc 逐渐下降的过程中，当降至 V1=13Vcc 时，电路状态再次发生翻转，使 Vo 从 0 变为 1。这样就可以把三角波转换为 一定频率的方波。工作波形如下： 3）两部分电路通过 NE555 的 3 号管脚接三极管，并接回运算放大器A741 的 输入端而形成反馈回路，这样可以将输入的电压转换成相应的频率。 压频转换部分的电路图如下： 第四页 当输入电压时，输出波形如下： 2、 单稳电路单稳电路 时间积分电路采用 NE555， 相对于 V/F 转换器， 时间积分控制电路的设计较 为简便。利用 NE555 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)。 由于按键脉冲开关不方便，我们将其接成 tw1=1S 的多谐振荡器，因此可以 自动进行

5、计数。 电路组成：先将 555 定时器的两个输入端 vI1（6 脚） 、vI2（2 脚）连接，构 成施密特触发器；再将 vo（7 脚）经 R1接至电源 VCC、经 R2和 C1 组成的积分 电路反馈到施密特触发器的输入端，就构成了多谐振荡器。 工作原理：设电容的初始电压cU，t时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端THVTLV1 3，比较器1输出为高电平，输出为低电平，即_ 1DR，_ 0DS（1 表示高电位，0 表示低电位） ，RS触发器置，定时器输出01u 此时_ 0Q ，定时器内部放电三极管截止，电源ccV经1R，2R向电容充电，cu逐渐升高。 当cu上升到1 3ccV 时，2A输出由翻转为，这时_ 1DDRS，RS触发顺保持状态不变。所以 0t1t期间，定时器输出0u第五页 为高电平。 1tt时刻，cu上升到2 3ccV ， 比较器1A的输出由变为， 这时_ 0DR，_ 1DS ，RS触发器复，定时器输出00u 。 12ttt 期间，_ 1Q ，放电三极管导通，电容通过2R放电。cu按指数规律下降， 当cu 2 3ccV 时比较器1A输出由变为， 触发器的_DR_

6、1DS ，的状态不变，0u的状态仍为低电平。 2tt时刻，cu下降到1 3ccV，比较器2A输出由 1 变为 0，R-S 触发器的_DR1，_DS0，触发器处于 1，定时器输出01u 。此时电源再次向电容 C 放电，重复上述过程。 通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出01u ，电容放电时，0u 0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。 在一个周期里，暂稳态 tw1（高电平）持续时间为 tw1=(R1+R2)Cln20.7(R1+R2)C 暂稳态2（低电平）持续时间为 tw1=R2Cln20.7R2C 通过调整电阻和电容使输出高电平时间为 1 秒。 第六页 电路图如下： 输出波形如下： 3、与门电路、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 NE555 的输出端口进行相与，从而得到时间 为 1 秒相应频率的方波。 第七页 4、计数器电路、计数器电路 由四片 74LS161 接成十进制计数器，输出端连接 4 片数码管，计数的结果 在数码管上显示。 74L161 是 4 位二进制计数器，可以计

7、16 个状态。而构成十进制计数器，只 需要 10 个状态。 因此， 需要跳过多余的六个状态。 利用 74LS00 的与非门对 1001（十进制 9）进行译码，将 Q3 和 Q0 接入与非门，输出端接入 LD 和下一个计数器的 CP 输入端， 即当计数器记到 Q3Q2Q1Q0=1001 时， 使同步置数信号 LD =0。再来一个上升沿，就将并行数据 0000 分别置入 Q3Q2Q1Q0。此后，同步置数信号失效，即 LD =1。计数器又从 0000 开始计数，并且下一个计数器 CP 端输入了一个上升沿，计数 1，实现进位。 第八页 五五、总结体会、总结体会 进行实验的仿真部分进行的很顺利，各个部分工作正常。但是按照仿真电路 进行实物连接时， 出现了很多错误。 一开始实验室缺少和仿真电路中一样的电阻、 电容和 NE555，我们采用多个进行并联串联等方式替代。解决了元件问题后，发 现压频转换部分不能输出方波，经过仔细的检查，发现是地线的问题。按照仿真 电路全部连接好后，电路能正常工作。但是积分电路部分通过开关进行触发一秒 积分时间的方式比较麻烦，我们又改为多谐振荡器的形式，使其能够自动进行。 通过这次实验，我们动手、思考和解决问题的能力得到了加强，对电路的仿 真、实现过程更加熟练了，和实验相关的电路知识得到了巩固。 六六、元件清单、元件清单 电阻 10k x1,51k x1,82k x1,220k x1 电位器 100k x2 电容 3.9nF x1,10nF x2,10F x1 三极管 BJT_NPN x1 芯片 A741 x1,74LS00 x1,74LS161 x4,74LS08 x1,NE555 x2 七、总电路图七、总电路图 （见下页）

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