一设计题目：数字积分器二设计任务与要求：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。

三设计方案：1、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0000~9999。

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。

2、方案选则：Vi V/F转换器单稳电路(积分时间)四位16进制计数器与门数字显示图(1)方案流程图四所用元器件：组件：4片74160 3片7406 2片74LS08 1片7406N 1片OPAMP741 2片LM556CM 1片75LS08 电阻和电容若干调零电位器：100KΩ五电路系统的工作原理按照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。

整体的实验思路是：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十进制计数器74160的CLK输入端，便可记录一秒钟内脉冲的数量。

于4片74160输出端相连接的是4片数码管，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。

六各单元电路的具体分析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。

经过查阅资料，有两种方案可供选择。

方案（一）是由OPAMP741+LM556CM组成，方案（二）是由两片µA741组成。

由于LM556CM属于本学期数字电路的内容，对其比较了解，可以更好的运用。

另外两片741组成的压频转换所用到的器件的种类比较多，除了有电阻，电容若干外，还要用到普通二极管、稳压二极管。

741+LM556CM组成的压频转换，除了有电阻，电容若干外，就只用一个三极管，所以从设计和节约成本方面来考虑，应选择第一方案，舍去第二方案。

并且第二方案的精度比较低，题目中要求误差小于1%±1LSB，从精度方面来考虑，选择第一方案。

所以，我们的实验选用方案（一）而不选用方案（二）。

（1）741组成典型积分电路，将输入电压进行积分，转换成一定频率的三角波，电路中通用运算放大器741被接成积分器的形式，电路如图（2）：图(2)典型积分电路图（2）采用NE555构成施密特触发器的形式对于将三角整形为方波，如电路图(3)。

（2）两部分电路通过NE555的5号管脚接三极管，并接回运算放大器μA741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，即构成了V/F压频转换电路总的电路图（4）（3）图(3)采用NE555构成施密特触发器的形式对于将三角整形为方波-15V图(4) V/F压频转换电路总电路图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、R5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LM556CM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。

LM556CM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.进行EDA仿真时，选择R3 为100K，步距为5%。

但随着调节发现根本无法达到要求的精度，所以又改为1%的步距，但当输入为1V时仍无法通过调节R3 使输出频率接近100Hz，即输出脉冲周期接近10ms。

R3的阻值已调为1%却仍无法达到要求，通过分析，可知电阻的具体取值是不合适的，测量5%时R3的阻值，约为5K，继续调节，从而进一步提高精度。

最后把R4和R2的阻值确定为220K和82K欧姆。

这样最后仿真出来的图形比较像三角波和方波。

通过EDA仿真可以看到741的六脚输出有三角波产生，而LM556CM的5脚有方波输出，至此，压频转换部分电路设计完成。

仿真波形如图（5）图(5)频压装换器生成的波形图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)。

要注意的是我们需要的为单稳触发器输出一秒钟高电平信号，因此如何控制高电平态的输出以及怎样调整输出的一秒钟时间是此部分电路的重点。

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。

下面电路为NE555时基集成块组成非可重复触发单稳态电路时的标准电路。

图(6) NE555时基集成块组成非可重复触发单稳态电路时的标准电路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LM556CM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。

4、计数器电路计数器电路的连接比较简单。

这个部分我们用了置零法来实现，在低一级的与非门到底是连接10还是9的问题上，我们出现了点儿小的讨论，因为置零法在下一个脉冲触发的瞬间一下就全部清零了，所以我们选择了接10。

仿真图图(7)计数器电路仿真图七：电路调试过程：1、各单元电路及整体电路的调试在实验连接开始时，为了避免各原件及线之间的干扰，避免线路的交叉，是线路更合理性。

我们各抒己见，对整个安排也作了策划。

首先是计数器的元器件较多，接线较为复杂，为了避免由于线过密而对今后的实验有影响。

因此把此部分放到面包板的最上面，大概留出二分之一的空间，面包板的下方则分成两部分用来接V/F压频转换电路和时间积分电路，这样使整体一目了然，也使实际调试时非常方便，并且对后面电路的辅助调整起到了一定的作用。

为了调试的顺利进行，调试方案也有两种，一种是把所有部分都联在一起，整体调试，另一种则是分别调试电压-频率转换器、单稳电路、计数器，确认它们可以工作时，然后再把各个部分的电路整合，进行最后阶段的调试。

综合考虑后者可以更清楚的明白那部分有问题，从而可以更快的找到问题的原因，会更省时间，这也是进行各种实验的常用方法。

（1）对单稳电路的调试：主要是测试是否能实现时间为1秒。

要求尽量准确。

在听取别人意见后，将1kHZ脉冲与积分时间相与，接入调试后的计数器。

给一个触发信号，计数器显示1000，则调试成功。

此种方法的好处是：由于输出1000，要求积分时间的精度要高。

（2）对V/F压频转换电路调试：此单元是用时间最长的部分。

实验中运放部分给的是741。

此运放需要接正向电压和反向电压，运动和由555构成的施密特触发器的接线很容易出现错误，当电压设置不合理时压频转换器不能正常工作或者无法正常显示，一些电容的大小也影响结果的产生，在初次实验时con处的电容不合理导致无法正常显示，此器件的需要不同的电压，在电压的设置上有很多问题，刚开始时没有注意到电源是需要标号进行区别的，结果一个电源值的改变导致全部结果的改变。

（3）三部分电路由74LS08与非门连接电路图如下图（8）与非门电路连接图在开始整体调试时，由于各部分线路繁多，我们遇到了很多麻烦。

而整体多又乱也造成了查明错误原因的不方便。

我们开始时计数器能正常运作，但整体连接后，却出现不正常计数的现象，进位不太对。

对出错原因进行了讨论，线路又重新检查并重新调0后仍没有解决，后来再检查时我将555和LM358以及计数器的接地端分离开来接地时计数器恢复正常了。

整个数字积分电路的设计、接线与调试全部完成。

2、电路出现问题及解决方案在该过程中，我们用示波器监测波形。

一切准备好后，打开电源。

示波器并没有出现三角波。

更不要说是555的方波了。

重新检查后发现其中的导线有个别连接错了。

后将其改正。

重新打开电源。

可是还是没有三角波。

在一次重新检查电路后并没有发现其他的问题。

后再打开电源，可还是没出。

再后我们经过反复检查，反复查看线路，并和别的组讨论，终于明白输入电信号的负端要接地，及自己手中的管脚图是错的。

更改之后出现µA741产生的三角波正常，NE555组成的施密特触发器也得到正常矩形波。

上面是在实验过程中所遇到的主要问题，我进行了一些自己个人的分析。

当然还有一些其它的小问题。

这里就不一一说明了。

八、课程设计的收获体会这次课程设计，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，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和multsim连接图，和芯片上的选择。

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74160 、3片7406、2片74LS08、2片LM556CM、1片75LS08、1片OPAMP741 、1片7406N。

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，在向同学学习后，各个难题终于克服了，这让我认识到互助的重要性。

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。