【北京工业大学】数字积分器电子技术实验报告

简介：
本实验报告为北京工业大学学生在电子技术课程中完成的作品，详细记录了设计与实现数字积分器的过程，包括理论分析、电路搭建及测试结果。 报告详细介绍了数字积分器的设计要求、设计方案、选用的元器件、设计方案的选择及比较、系统各部分电路说明以及调试结果，并附有详细的附录内容。 设计要求包括模拟输入直流信号范围0～10V，积分时间1～10秒（步距为1秒），积分值范围从0000到9999，误差需小于1%±1LSB，并应具备微调措施以校正精度。 设计方案通过数字积分器对模拟输入量进行积分处理，并将结果转换成数字形式显示。具体而言，输入信号与输出之间的关系是：每输入1V的电压转化为频率为100Hz的信号；计数器在积分时间为1秒的情况下计数为100次，若连续积分十次，则最终输出值为1000。 设计中选用的主要元器件包括LM358、NE555、74LS08、74LS161和74LS00等芯片，以及各种电阻（如：1KΩ, 1.2KΩ, 5.1KΩ, 90.91KΩ）、电位器（例如：100kΩ）、电容（如：0.01uF、1uF和10uF）以及二极管等。设计选择及比较部分详细说明了三个主要设计方案，即VF电压频率转换器、时间积分电路和计数器与数字显示电路，并解释了每个方案的选择原因。 系统各部分的电路工作原理也得到了详细的描述：首先介绍了将模拟信号转化为频率信号的VF压频转换器；其次讲解了由NE555构成的时间固定单稳态触发器，用于控制时间积分过程；最后阐述了计数和显示最终结果的十进制计数器与数码管电路。 ### 数字积分器设计知识点详解 #### 一、设计背景与目标 数字积分器是一种能够对模拟信号进行精确积分处理，并将结果以数字形式展示出来的设备。本项目旨在开发一个能在指定范围内准确执行直流电压输入信号的积分过程的装置，通过此项目的实施，学生可以深入理解数字积分器的工作原理及其在实际应用中的价值。 #### 二、设计要求 - 模拟输入范围：0～10V。 - 积分时间跨度：从1秒到10秒（步距为每秒）。 - 输出数值区间：从0000至9999。 - 精度需求：误差需小于1%±1LSB，同时支持微调功能以确保精度。 #### 三、设计方案概述 设计涵盖三个方面： 1. VF电压频率转换器：将输入模拟信号转化为特定的频率输出； 2. 积分固定时间电路：控制积分操作的时间长度； 3. 计数与显示模块：用于计数并展示最终结果。 #### 四、系统选用的元器件 - 芯片包括LM358（电压/频率转换）、NE555（定时器），以及74LS08和74LS161等逻辑门及计数芯片； - 电阻如：1KΩ, 1.2KΩ, 5.1KΩ 和90.91KΩ； - 可调电位器，例如：100kΩ； - 不同容值的电容器，比如0.01uF、1uF和10uF等。 #### 五、设计方案的选择及比较 在设计选择时考虑了多个方案，并最终选择了如下： 1. VF电压频率转换器采用了多级放大电路的方式，相比其他方案更简洁且元器件使用较少。 2. 积分固定时间电路采用NE555构成的单稳态触发器实现控制功能，此方法连线简单并减少了所需芯片和元件数量。 3. 计数模块最初考虑了74LS160，但由于实验室条件限制而选择了级联形式的74LS161来构建十进制计数器。 #### 六、系统各部分电路说明 - VF压频转换器：主要由LM358构成，包括积分和滞回比较两个环节。 - 时间积分控制电路利用NE555单稳态触发器实现固定时间的积分操作。通过调整外接元件值来改变所需的时间长度。 - 计数与显示模块：使用四片74LS161级联形成十进制计数，数码管直接展示最终结果。 #### 七、实验结果与分析 在调试过程中先单独测试每个子系统确保其功能正确后才进行整体连接。多次试验验证了设计的性能指标，并对出现误差的原因进行了详细分析以寻求