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标准版 74芯片搭建8bit ADC(模数转换器)

简介:该ADC采用逐次逼近型设计,单片机利用并口、以片外RAM映射方式访问,推荐使用51单片机。电路结构完全模仿数电教材相关章节。

开源协议: Public Domain

发布时间: 2022-07-24 17:15:16
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描述

该ADC采用逐次逼近型设计,包括:

 

   1. 一个8bit R-2R DAC

   2. 一个TLV3501高速RRIO电压比较器

   3. 一个扫描信号生成单元

   4. 一个8位可控翻转式寄存器单元

   5. 一个8位串行输出管理

   6. 震荡和时钟管理器

   7. 简易采样保持器

 

 

该模块采用类似8051单片机的xdata内存映射访问,通过片外RAM等效地址映射,利用unsigned char xdata分配一个固定的地址,

向该ADC地址内随便写入一个无符号字符型以开启ADC,

ADC自动开始运行,先将保持器与外界信号断开,然后利用逐次逼近原理,使得DAC产生的电压值最接近输入信号,

此时8位均扫描完成,数据先存入74374输出缓冲寄存器,然后DAC复位,

最后ADC向单片机发送中断信号,单片机利用中断服务函数,以片外RAM的读方式将8位数字值取出,数字值通过51单片机P0口进入单片机。

 

 

基本参数:

       供电:4.75-5.25V

       输入输出接口:CMOS电平

       最高主频:1MHz

       采样速率:最大20Ksps

       保持器最大保持时间:暂无(保持器设计失败,遂弃用)

       有效模拟输入范围:GND-VCC

       极限模拟输入范围:GND-3V~VCC+3V

       输入阻抗:500KΩ+

 

实物图:

 

作为测试,我使用STC89C52RC单片机写了一个简单的程序:定时器0每隔1秒钟向ADC发送启动信号,ADC采样完成后利用外部中断0唤醒单片机接收数据,然后数据以3位十进制方式显示在IIC接口的LCD1602屏幕上。源码过于简单,遂不放出。

 

实测效果如下:测试一节1.5V的单三型电池,返回值80

 

已知该ADC满量程返回255,最低返回0,于是计算得电压:

 

该电池万用表实测1.498V,误差在5%左右,勉强可以接受。

 

目前该设计仍然不完美,由于使用了OPA350+74HC4052的保持器,漏电很大,根本没法保持;

1MHz的主频对于电压比较器的翻转速度很吃力,

DAC输出电压不准,严重影响了测量精度。

 

本项目的初衷是用于ADC原理的教学,因此设计十分简陋,请各位大神轻喷QAQ

 

PCB预览:

***(注)***:若设计图预览图加载异常,请使用''编辑器中打开''查看实际设计图纸!

设计图
原理图
1 /
PCB
1 /
暂无
ID Name Designator Footprint Quantity
1 1uF C1,C2,C4,C5,C6,C7,C8,C9,C10,C11,C12,C13,C15,C16 CAP-TH_L6.5-W4.0-P5.00-D1.0 14
2 330p C3 CAP-TH_L6.5-W4.0-P5.00-D1.0 1
3 4.7p C14 CAP-TH_L6.5-W4.0-P5.00-D1.0 1
4 BAT85 D1,D2 DO-34_BD1.6-L3.0-P7.00-D0.6-RD 2
5 Z-211-0311-0021-001 H1,H2 HDR-TH_3P-P2.54-V-M-1 2
6 Header2.54mm 1*8P J1 HDR-TH_8P-P2.54-V-M 1
7 1uH L1 IND-TH_BD4.0-L10.0-P14.00-D0.6 1
8 2.54mm 1*5P Header P1 HDR-TH_5P-P2.54-V-M 1
9 HEADER_1*4P P2,P3 HDR-TH_4P-P2.54-V-M-1 2
10 1K R1,R2,R3,R4,R5,R22 1/4W 6
11 10k R6,R7,R9,R10,R12,R14,R16,R18,R20,R24,R31 1/4W 11
12 5K R8,R11,R13,R15,R17,R19,R21 1/4W 7
13 4.7k R23 1/4W 1
14 10K R25,R26,R27,R28,R33,R34,R35,R36,R37 1/4W 9
15 1k R29,R30 1/4W 2
16 5.1R R38,R41,R42 1/4W 3
17 51R R39 1/4W 1
18 0 R40,R43,R44,R45,R46 1/4W 5
19 SN74HC00N U1 DIP-14_L20.0-W7.6-P2.54-LS7.6-BL 1
20 CD74HC161E U2 PDIP-16_L19.3-W6.5-P2.54-LS7.6-BL 1
21 CD74HC138E U3 DIP-16_16P-L20.2-W6.6-P2.54-LS7.6-BL 1
22 CD74HC02E U4 DIP-14_L19.0-W7.0-P2.54-LS7.6-BL 1
23 SN74HC74N U5,U6,U7,U8 PDIP-14_L19.3-W6.4-P2.54-LS7.6-BL 4
24 SN74HC08N U9,U10 DIP-14_L20.0-W7.6-P2.54-LS7.6-BL 2
25 CD4017BEE4 U11 PDIP-16_L19.3-W6.5-P2.54-LS7.6-BL 1
26 CD4052BE U12 DIP-16_L20.0-W6.4-P2.54-LS7.6-BL 1
27 SN74HC10N U13,U14 DIP-14_L19.0-W7.0-P2.54-LS7.6-BL 2
28 XD74HC373 U15 DIP-20_L26.8-W6.4-P2.54-LS7.6-BL 1
29 SN74LS374N U16 PDIP-20_L25.4-W6.4-P2.54-LS7.6-BL 1
30 HD74HC14P U20 DIP-14_L19.4-W6.4-P2.54-LS7.6-BL 1
31 1MHz X1 OSC-TH_4P-L20.4-W12.8-P15.24-BL 1
32 OPA350PA U17,U18,U19 TI-P8 3
33 TLV3501 U21 TI-P8 1
34 74HC04N U22 74HC04N 1

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