电子测量第二次大作业..docx

电子测量大作业学 院：电信学院专 业：通信工程学 号：学 生：指 导 教 师：朱云 2015.12一．研究题目：4-19：在Multisim环境下，设计一种多斜积分式DVM，给出原理图和仿真实验结果。二．积分型A/D转换电路2.1 双积分型A/D转换电路双积分型ADC是1种V—T型A/D转换器，原理电路如图12.2.2-1(a)所示，由积分器、比较器、计数器和部分控制电路组成。工作过程如下：（1）平时（即A/D转换之前），转换控制信号vC=0，计数器和触发器FFc被清零，门G1、G2输出低电平，开关S0闭合使电容C完全放电，S1掷下方，比较器输出vB=0，门G3关闭。（2）vC=1时，开关S0断开，开关S1掷上方接输入信号VI，积分器开始对VI积分，输出电压为 (2.1)显然vO是1条负向积分直线，如图12.2.2-1(b)中t=0～T1段实线所示。与此同时，比较器输出vB=1（因vO0），门G3开启，计数器开始计数。（3）当积分到t=T1=2nTcp时（其中Tcp是时钟CP的周期），n位计数器计满2n复0，FFc置1，门G2输出高电平，开关S1掷下方接基准电压（－VREF），积分器开始对（－VREF）进行积分。设t=T1时，vO下降到vO=VO1，由式（3.1）（2.2）图2.1 双积分型A/D转换器原理电路 (b)输出电压波形因为（－VREF）为负值，所以从V01开始向相反方向积分，即 （2.3）vO波形如图3.5(b)中t=T1～（T1+T2）段实线所示。 （4）当t=T1+T2时，vO上升到vO=0V，vB=0，门G3被关闭，计数器停止计数，此时计数器中保存下来的数字就是时间T2。由图可知，输入信号VI越大，|VO1|越大，T2就越大。将式（3.2）、t=T1+T2和vO=0V代入式（3.3）中，得（2.4）从而有（2.5）显然，计数器中的数字dn-1dn-2…d1d0与输入信号VI成正比。例如当设10位双积分型A/D转换器的基准电压VREF=8V，时钟频率fcp=1MHz，请问输入电压VI=2V时=0100000000B2.2三斜积分式A／D转换器图2.2三斜积分式A／D转换器的原理图图2.2是一个三斜积分式A／D转换器的原理图。它由基准电压-VREF、、积分器、比较器和由单片机构成的计数控制电路组成。转换开始前，先将计数器清零，并接通S0使电容C完全放电。转换开始，断开S0。整个转换过程分三步进行：首先，令开关S1置于输入信号Ui一侧。积分器对Ui进行固定时间T1的积分。积分结束时积分器的输出电压为：可见积分器的输出电压与Ui成正比。这一过程也称为转换电路对输入模拟电压Ui的采样过程。图2.3三斜积分式A／D转换波形图在采样开始时，逻辑控制电路将计数门打开，计数器对周期为Tc的计数脉冲CP计数。当计数器达到满量程N1，此时计数器由全“1”恢复为全“0”，这个时间正好等于固定的积分时间T1， 。计数器复“0”时，同时给出一个溢出脉冲（即进位脉冲）使控制逻辑电路发出信号，令开关S1转换至参考电压-VREF一侧，采样阶段结束。三斜积分式A／D转换器的转换波形是将双积分式A/D的反向积分阶段T2分为图4所示的T21、T22两部分。在T21期间，积分器对基准电压-VREF进行积分，放电速度较快；在T22期间积分器改为对较小的基准电压 进行积分,放电速度较慢。在计数时,把计数器也分为两段进行计数。在T21期间,从计数器的高位(2m位)开始计数，设其计数值为N1；在T22期间，从计数器的低位（20位）开始计数，设其计数值为N2。则计数器中最后的读数为:N= N1×+N2(2.6)在一次测量过程中，积分器上电容器的充电电荷与放电电荷是平衡的，则|Ux|T1=VrefT21+()T22(2.7)其中: T21=N1Tc T22=N2Tc 将上式进一步整理，可得三斜式积分式A/D转化器的基本关系式为 Vx=(2.8)本设计中，取m=8，时钟脉冲周期Tc=120us，基准电压VREF=5V，并希望把2V被测电压变换成N=65536码读数时，由上式可以计算出T1=76.8ms，而传统的双积分式A／D转换器在相同的条件下所需的积分时间T1=307.2s,可见三斜积分式A／D转换器可以使转换速度大幅度提高。2.3多斜式积分AD转换电路多斜分式ADC如图3-1所示。面简单介绍三重积分式ADC的工作原理。它的特点是比较期由两段斜坡组成，当积分器输出电压接近0点时，突然换接数值较小的基准电压，从而降低了积分器输出电压的斜率，延长积分器回0的时间，使比较周期延长以获得更多的计数值，