北京交通大學(xué)數(shù)電實(shí)驗(yàn)(中頻增益電路)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告中頻自動(dòng)增益數(shù)字電路研究指導(dǎo)老師：佟毅學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)：班級(jí)：完成時(shí)間：2014.11.22目錄一 設(shè)計(jì)任務(wù)要求2二 設(shè)計(jì)方案及論證21 任務(wù)分析2（1）實(shí)驗(yàn)1 兩位乘法器2（2）實(shí)驗(yàn)2中頻放大增益22 方案比較43 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4（1）模數(shù)轉(zhuǎn)換并比較4（2）控制部分4（3）鎖存部分5（4）數(shù)模轉(zhuǎn)換與運(yùn)算放大部分64 具體電路分析6（1）實(shí)驗(yàn)16（2）實(shí)驗(yàn)27（3）所用元件功能與引腳圖8三 制作與調(diào)試過(guò)程121 制作與調(diào)試流程122 遇到的問(wèn)題和解決方法12四 系統(tǒng)測(cè)試121 測(cè)試方法122 測(cè)試數(shù)據(jù)133 數(shù)據(jù)分析和結(jié)論15五 總結(jié)16六 參考文獻(xiàn)16一 設(shè)計(jì)任務(wù)要求1

2、用加法器實(shí)現(xiàn)2位乘法電路。2 設(shè)計(jì)一個(gè)電路，輸入信號(hào)50mV到5V峰峰值，1KHZ10KHZ的正弦波信號(hào)，輸出信號(hào)為3V到4V的同頻率，不失真的正弦波信號(hào)。精度為8位，負(fù)載500。二 設(shè)計(jì)方案及論證1 任務(wù)分析（1）實(shí)驗(yàn)1 兩位乘法器設(shè)兩位二進(jìn)制數(shù)分別為A1A0，B1B0圖2-1 兩位乘法原理圖由圖2-1知，為實(shí)現(xiàn)2位乘法電路，電路需采用74ls08與門和74283加法器，并令S1=A1B0+A0B1S2=A1B1S0=A0B0S3=0（式2-1-1）則S3S2S1S0即為所得乘積（2）實(shí)驗(yàn)2中頻放大增益I.除法電路利用DAC0832內(nèi)部的R2R電阻網(wǎng)絡(luò)，輸出Iout1和Iout2分別接運(yùn)放的

3、反相輸入端和同相輸入端，使運(yùn)放工作在線性狀態(tài)。當(dāng)DAC0832的VREF端接運(yùn)放的輸出時(shí)，RFB端接模擬輸入信號(hào)時(shí)，實(shí)現(xiàn)除法功能。（如圖2-2所示）可以推導(dǎo)出DAC0832構(gòu)成除法器時(shí)的輸出表達(dá)式：Uo=-28Uii=07Di2i*RRf（式2-1-2）通過(guò)加入反饋電阻Rf，我們想要公式變?yōu)槿缦滦问剑篣o=-Uii=07Di2i（式2-1-3）上式可以簡(jiǎn)寫為：Uo=KUiD（式2-1-4）其中D=i=07Di2i。 圖2-1-2 DAC實(shí)現(xiàn)除法電路原理圖II.得到最大值由式2-1-4，需找到電壓最大值輸入Rfb作為D，其基本思路是利用比較器對(duì)ADC得到的數(shù)據(jù)不斷比較，并利用鎖存器鎖存最大值送入

4、DAC的Rfb，控制電路則用計(jì)數(shù)器定時(shí)清零以在輸入幅值發(fā)生變化時(shí)最大值也發(fā)生變化。2 方案比較經(jīng)過(guò)仔細(xì)討論，我們決定采用如下方案：用ADC0809對(duì)發(fā)射信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)值由數(shù)值比較器比較后送入兩級(jí)鎖存器，最大值送往DAC0832，DAC0832和運(yùn)放構(gòu)成除法器，控制部分由計(jì)數(shù)器及各種邏輯門，目的在于定時(shí)清零。具體電路設(shè)計(jì)參見(jiàn)以下。3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）模數(shù)轉(zhuǎn)換并比較如圖2-3-1所示，發(fā)射信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)從OUT1-OUT8端口送出，2個(gè)數(shù)值比較器74LS85串聯(lián)分別比較8位數(shù)值的高4位與低4位。圖2-3-1模數(shù)轉(zhuǎn)換與比較部分其中ADC0809的時(shí)鐘接1MHz，

5、保證采樣頻率遠(yuǎn)大于計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的清零頻率；23-25端口接地保證輸入端口為IN0；START EOC ALE相連保證轉(zhuǎn)換結(jié)束后立刻開(kāi)始；參考電壓接5V。（2）控制部分如圖2-3-2所示，74ls161為16為計(jì)數(shù)器，計(jì)滿時(shí)RCO置1，通過(guò)非門74ls04清零數(shù)據(jù)，通過(guò)與非門74ls00打開(kāi)鎖存器1；74ls22為四輸入與非門，序列為0111且AB，即當(dāng)前數(shù)據(jù)大于上一時(shí)刻測(cè)得數(shù)據(jù)時(shí)打開(kāi)，但鎖存的值會(huì)發(fā)生改變，所以需要第二個(gè)鎖存器緩沖，第二個(gè)鎖存器在AB時(shí)打開(kāi)，由于輸入為正弦波，此時(shí)鎖存的值不再變化，所以第一個(gè)鎖存器送來(lái)的數(shù)據(jù)即為要求的D。圖2-3-3 鎖存部分電路圖（4）數(shù)模轉(zhuǎn)換與運(yùn)算放大部分DA

6、C0832進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換并實(shí)現(xiàn)除法功能，歸一化后接運(yùn)算放大器LM324完成中頻放大增益。圖2-3-4 數(shù)模轉(zhuǎn)換與運(yùn)算放大電路圖4 具體電路分析（1）實(shí)驗(yàn)1圖2-4-1 兩位乘法器Multisim仿真圖（2）實(shí)驗(yàn)2圖2-4-2 中頻增益protel仿真圖圖2-4-3中頻增益實(shí)際電路（1）圖2-4-4中頻增益實(shí)際電路（2）（3）所用元件功能與引腳圖圖2-4-5 LM324引腳圖 圖2-4-6 74LS85引腳圖圖2-4-674LS00引腳圖圖2-4-774LS161引腳圖圖2-4-874LS08引腳圖圖2-4-974LS373引腳圖如圖2-4-10，ADC0809 各腳功能如下：D7-D0：8 位數(shù)

7、字量輸出引腳。IN0-IN7：8 位模擬量輸入引腳。VCC：+5V 工作電壓。GND：地。REF（+）：參考電壓正端。REF（-）：參考電壓負(fù)端。START：A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)輸入端。ALE：地址鎖存允許信號(hào)輸入端。（以上兩種信號(hào)用于啟動(dòng)A/D 轉(zhuǎn)換）.EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出引腳，開(kāi)始轉(zhuǎn)換時(shí)為低電平，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)為高電平。OE：輸出允許控制端，用以打開(kāi)三態(tài)數(shù)據(jù)輸出鎖存器。CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端（一般為500KHz）。圖2-4-10ADC0809引腳圖DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于

8、各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。所以這個(gè)芯片的應(yīng)用很廣泛,關(guān)于DAC0832應(yīng)用的一些重要資料見(jiàn)下圖。圖2-4-11DAC0832引腳圖三 制作與調(diào)試過(guò)程1 制作與調(diào)試流程改善與調(diào)試誤差分析連接電路圖protel仿真設(shè)計(jì)電路圖分析任務(wù)圖3-1制造與調(diào)試流程圖2 遇到的問(wèn)題和解決方法（1）第一天下午連線連了一下午，但波形一直是雜波，仔細(xì)檢查電路發(fā)現(xiàn)部分元件的VCC和GND忘了連接。元件沒(méi)有供電無(wú)法工作，自然也就出不了波形。（2）檢查74系列元件都沒(méi)有問(wèn)題，但實(shí)際電路中LM324有輸入電平但無(wú)輸出電平，推測(cè)LM324有問(wèn)題，更換元件后解決了此問(wèn)題。（2）連接好電路輸出波形有

9、較大失真，在輸入信號(hào)添加直流偏置后有所改善，但放大增益達(dá)不到要求。仔細(xì)分析原理，添加直流偏置后鎖存器送出的最大值不是峰峰值，不能得到所需的D，故添加直流偏置的做法不對(duì)。失真原因應(yīng)該是ADC0809無(wú)法正確對(duì)正弦波負(fù)半周期進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，所以調(diào)節(jié)電壓源的高低電平并始終保持低電平為0來(lái)解決此問(wèn)題。四 系統(tǒng)測(cè)試1 測(cè)試方法（1）轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)發(fā)射器旋鈕輸入頻率為1kHHz、峰峰值為50mV到5V的正弦波信號(hào)，觀察輸出信號(hào)，為3V到4V的同頻率，不失真的正弦波信號(hào)。（2）轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)發(fā)射器旋鈕輸入頻率為1kHz、峰峰值為5V到50mV的正弦波信號(hào)，觀察輸出信號(hào)，為3V到4V的同頻率，不失真的正弦波信號(hào)。（3）改變

10、信號(hào)頻率，從1kHz到10kHz變化，觀察輸出信號(hào)，峰峰值在3V到4V之間且不發(fā)生變化。2 測(cè)試數(shù)據(jù)圖4-2-1實(shí)際波形圖（1）圖4-2-2實(shí)際波形圖（2）圖4-2-3實(shí)際波形圖（3）圖4-2-4實(shí)際波形圖（4）圖4-2-5實(shí)際波形圖（5）圖4-2-6實(shí)際波形圖（6）3 數(shù)據(jù)分析和結(jié)論在輸入幅值為100mV到5V范圍內(nèi)的正弦波時(shí)輸出波形較穩(wěn)定，低于100mV時(shí)波形幅值明顯下降。這是由于ADC精度不準(zhǔn)造成的。在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在特定頻率會(huì)有大于幅值的方波出現(xiàn)。這是由于清零后第一個(gè)鎖存器送給第二個(gè)鎖存器的數(shù)據(jù)不是最大值，而是一個(gè)近乎為0的數(shù)，而此時(shí)恰好計(jì)數(shù)器輸出1110序列，第二個(gè)鎖存器打開(kāi)，送給DAC的參考電壓近乎為0，從而產(chǎn)生方波，五 總結(jié)歸納電路實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)如下：（1）查找資料，設(shè)計(jì)電路，一定要弄懂原理圖。這一步很關(guān)鍵，因?yàn)榭床欢娐穲D即使電路連好了，出現(xiàn)一點(diǎn)毛病根本就不知道從哪下手。（2）連電路之前首先要檢查實(shí)驗(yàn)板，導(dǎo)線，引腳導(dǎo)通情況，這個(gè)也很重要，否則可能忙了半天白忙。實(shí)驗(yàn)前我們檢查了所有導(dǎo)線，檢查出來(lái)一根壞線，以及在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)元件LM324有問(wèn)題。（3）連好電路后出不來(lái)波形很正常，不要慌張，關(guān)鍵是要分析好每個(gè)元件的作用，判斷好每個(gè)元件的輸入和輸出波形，這樣就可以用示波器一一排查，找出錯(cuò)誤?？偟脕?lái)說(shuō)，這次實(shí)驗(yàn)收獲頗豐。一方面提高了我們的理論分析能力，讓我們知道通過(guò)一些簡(jiǎn)單元