电工电子实验报告南邮课程设计Word下载.docx
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1.2系统结构要求
数控正弦波信号发生器的结构要求如图
(1)所示,其中正弦波发生器采用数字电路产生正弦信号,频率选择开关用于选择输出信号的频率,幅度选择开关用于选择输出信号电压幅度。
频率选择开关和幅度选择开关均应采用数字电路。
1.3电气指标
输出信号波形:
正弦波
输出信号频率范围:
1kHz~5kHz
输出信号最大电压:
2.8V(峰峰值)
输出阻抗:
50Ω
幅度选择档位:
5档
波形可选择:
方形,正弦波,三角波,斜波
输出频率最小步长:
20Hz
1.4设计条件
电源条件:
+5V,-5V
•可供选择器件如下:
•型号名称及功能数量
•DAC08328位D/C转换电路2
•MC4046锁相电路1
•28C64BEEPROM存储器1
•T4LS393双16进制计数器1
•MC4051四模拟开关1
•TL084运算放大器1
•8路开关双制直插式微型开关2
•MC4060与晶振为频率器1
•CD7474双D型触发器3
•CD7404六反向器1
•74139译码器2
•LED二极管12
•单开关开关3
•晶振32768k1
•其他若干电阻,电容
第二章整体方案设计
2.1整体方案
事先对正弦波进行取样,把各个取样点的取样值存入存储器构成正弦函数表(可以存入一个周期完整信号,也可以存入半个周期或1/4周期)。
通过数字频率控制电路对正弦函数表的读取,再把读出的取样值取出还原成原始的正弦信号。
2.2整体原理及方框图
通过频率控制开关改变频率控制电路的输出频率,由此改变计数器(地址发生器)的循环计数速度,进而改变从存储器取出样值的速度,经D/A变换后输出正弦波信号。
再由幅度控制开关控制输出信号的电压幅度。
数字式频率选择开关控制D/A变换的数据。
D/A(I),其转换输出一直流电压控制锁相环中的压控振荡器输出频率,压控振荡器输出频率作为地址代数器输入。
地址代数器产生256个地址依次从贮存器中取出正弦信号的样值。
该样值经D/A(II)变换,输出一正弦波。
幅度开关控制衰减电路使幅度变化。
放大电路可满足输出信号的幅度及输出阻抗的要求。
图
(2)
第三章单元电路设计
3.1频率控制电路设计
频率控制电路含频率开关D/A(I)和压控振荡器,如图(3)所示。
输出的正弦信号频率要求为1
~5
,则模2
计数器输入时钟信号的频率范围为256
~1280
,即第一部分电路产生的方波频率范围的下限应小于256
,上限应为1280
。
据此可得理论值:
图(3)
•压控振荡器的压控特性与VDD、R1、R2、C1取值大小有关。
VDD一定时,只与R1、R2、C1有关,如果不接R2,振荡器的频率为0Hz~fmax,这时fMAX由下式计算:
•fMAX=1/[R1(C1+32PF)],频率与电压VDD的关系如图:
•如使用R2,振荡器的频率由fmin~fmax,可由下式计算:
•fMin=1/[R2(C1+32PF)]
•fMax=1/[R2(C1+32PF)]+1/[R1(C1+32PF)],频率与电压VDD的关系如图:
3.2计数器设计(256)
计数器,可由
计数器(74LS393)级联扩展而成,设计如图所示:
3.3存储器及正弦函数表
EEPROM所给元件为8K*8的28C64B,DAC00832数字输入端为0—255。
存储器内正弦函数表的采样值的采样点可由下面函数确定:
H=255/2sin(2
*D/256)+255/2,D=0,1,2,…,255。
利用C语言编程计算下列函数值
#include<
iostream.h>
fstream.h>
math.h>
voidmain()
{
inta;
inti=0;
intb[256];
for(a=0;
a<
256;
a++)
{b[i++]=255/2*sin(2*3.141592657*a/256)+255/2;
}
ofstreamfout("
d:
\\test4.txt"
);
for(i=0;
i<
i++)
{
fout<
<
hex<
b[i]<
"
"
;
}
正弦值数据:
7f8285888b8e9194979a
9da0a3a6a9acafb2b5b8
babdc0c2c5c8cacdcfd1
d4d6d8dadddfe1e3e5e6
e8eaebedeff0f1f3f4f5
f6f7f8f9fafafbfcfcfd
fdfdfdfdfefdfdfdfdfd
fcfcfbfafaf9f8f7f6f5
f4f3f1f0efedebeae8e6
e5e3e1dfdddad8d6d4d1
cfcdcac8c5c2c0bdbab8
b5b2afaca9a6a3a09d9a
9794918e8b8885827e7b
7875726f6c696663605d
5a5754514e4b48454340
3d3b383533302e2c2927
2523201e1c1a18171513
1210edca9876
5433211000
0000000011
233456789a
cde1012131517181a
1c1e20232527292c2e30
3335383b3d404345484b
4e5154575a5d60636669
6c6f7275787b
3.4D/A(II)正弦波产生电路
D/A(II)用于产生正弦波电路,电路如图所示。
是一单极性信号,其电压值由下面的公式得出。
由公式可见,所有值均在0V上下。
为了使正弦信号输出不含直流分量,需用
作为输出信号。
实现双极性输出
电路图:
3.5幅度控制
幅度控制电路由分压衰减电路和模拟开关组成,如图所示。
衰减电路可提供8种不同的衰减值(我选择5种),模拟开关在幅度开关的控制下选择其中一个输出。
3.6阻抗控制
跟随器的作用是使V01的输出阻抗为0,R1和R2的并联阻抗50欧姆作为整个电路的输出阻抗。
3.7整体电路图
简略图如下:
(详细图见图纸)
3.7整体元件清单(理论值)
•MC4046锁相电路1
•TL084运算放大器1
•8路开关双制直插式微型开关2
•单开关开关3
•晶振32768k1
•1
电阻7
•2
电阻2
•30
电阻1
•7.5
•100
•100PF电容1
第四章测设与调整(数据)
4.1频率控制电路调测
电容100PF是固定的。
由于系统、器件误差影响,R1,R2的理论值和实际值并不相等。
调整R1,R2的大小使方波频率范围的下限小于256
,上限为1280
分别记录理论值与实际值如下:
R1=7.5千欧
R2=30千欧
R1=1千欧
R2=39千欧
输入电压(VCOi)
输出频率
1V
277KHZ
242.3KHZ
2.5V
900KHZ
719KHZ
4V
1380KHZ
1350KHZ
根据记录可知,理论值不能满足指标要求,需要调整至实际值:
R1=1千欧,R2=39千欧。
4.2地址计数器电路调测如下:
计数器模M=256。
记录实际值如下:
输入频率
256KHZ
1KHZ
1280KHZ
5KHZ
根据记录可知,电路不需要调整。
4.3存贮器电路调测(R=1千欧)
输出电压V02(峰峰值)最大为2.8V。
R=1千欧
放大电阻Rx
输出电压V02(峰峰值)
2R
3.4V
1.2R
2.71V
根据记录可知,放大器(II)中的放大电阻Rx理论值2R不能满足指标要求(峰峰值最大2.8V),需要调整至实际值:
1.2R,即1.2千欧。
4.4数字幅度电路调测
档位
输出电压
1
2.60V
2
1.30V
3
9.10V
4
7.10V
5
4.40V
4.5波形扩展
调整存贮器28C64的A8,A9端口的高低电平,可以改变波形。
记录如下:
A8
A9
波形
高
三角波
低
斜波
方波
根据记录可知,电路不需要调整。
4.6整体指标测试
输出信号波形:
1.07kHz~5.00kHz
2.60V(峰峰值)
15Hz~28Hz
第五章设计小结
5.1电子电路课程设计的意义
5.1.1.加深对理论课程的理解
5.1.2.检验所学知识的深度和广度
5.1.3.进一步拓展知识的深度和广度
5.1.4.锻练灵活运用所学电子电路的能力
5.2设计任务完成情况
指标
完成情况
1kHz~5.00kHz
930Hz~5.00kHz
2.80V(峰峰值)
2.56V(峰峰值)
20Hz
5.3问题及改进
5.3.1频率控制电路中,理论值不能满足指标要求,需要调整至实际值:
5.3.2存贮器电路,放大器(II)中的放大电阻Rx理论值2R不能满足指标(峰峰值最大2.8V)要求,需要调整至实际值:
5.3.3最终输出的正弦信号很不稳定,毛刺很多。
解决方法:
在四个放大器(TL084)的输入输出端接上10000PF的电容。
5.3.4整体元件清单(理论值)
•型号名称及功能数量
电阻8
•39
•1.2
5.4心得体会
数字信号源是目前发展较快的领域,用途也很广。
它其实就是利用了存储器E2PROM里的正弦函数表产生一个频率和幅度都可数字控制的正弦波发生器。
这种数字合成的正弦信号源较传统的振荡器有很多优点。
首先它的输出频率可以方便地进行控制,通过改变读取信号的速度,也可以通过改变取样点的读取,实现调频、扫频和数字控制。
再者这种信号源可以由计算机控制,组合成多种波形的函数发生器,它更便于集成,可靠性也更高,频率变化范围更宽。
波形可选择方形,正弦波,三角波,斜波。
根据理论值选择器件,例如电阻,会发现输出信号与指标偏离很大,这是因为各种器件存在系统误差以及导线和接口的阻抗影响。
通过试验,不断改变某些器件的参数,例如电阻阻值和放大器的放大倍数,直至达到或接近指标。
由于接入多种器件和电源,输出的信号很不稳定,这是交直流信号混合造成的。
鉴于此,在不同电源之间和放大器输入输出端口使用二极管过滤非直流信号,发现信号毛刺消失且比较稳定。
实验时,保持一颗冷静、仔细的心非常重要。
当然,掌握科学的检查方法更不可或缺。
两者结为一体就完美体现在分步检查:
利用信号发生器、示波器、万用表等各种测量设备测试各器件的输入输出,记录数据,和理论及指标相比较,不断调整。
这是本次试验必须经历的关隘。
附录
参考文献
【1】《电子电路课程设计》张豫禛苏起虎林彦杰编著,河海大学出版社,2005年8月第一版。
【2】电子电路网,
【3】DAC0832中文资料,个人博客,
一.DAC0832是采样频率为八位的D/A转换器件。
DAC0832内部结构资料:
芯片内有两级输入寄存器,使DAC0832具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式,以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。
D/A转换结果采用电流形式输出。
要是需要相应的模拟信号,可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。
运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻,可以外接。
该片逻辑输入满足TTL电压电平范围,可直接与TTL电路或微机电路相接。
DAC0832的主要特性参数如下:
*分辨率为8位;
*电流稳定时间1us;
*可单缓冲、双缓冲或直接数字输入;
*只需在满量程下调整其线性度;
*单一电源供电(+5V~+15V);
*低功耗,200mW。
DAC0832引脚功能说明:
DI0~DI7:
数据输入线,TLL电平。
ILE:
数据锁存允许控制信号输入线,高电平有效。
CS:
片选信号输入线,低电平有效。
WR1:
为输入寄存器的写选通信号。
XFER:
数据传送控制信号输入线,低电平有效。
WR2:
为DAC寄存器写选通输入线。
Iout1:
电流输出线。
当输入全为1时Iout1最大。
Iout2:
电流输出线。
其值与Iout1之和为一常数。
Rfb:
反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻.
Vcc:
电源输入线
(+5v~+15v)
Vref:
基准电压输入线
(-10v~+10v)
AGND:
模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.
DGND:
数字地,两种地线在基准电源处共地比较好.
D/A转换器DAC0832DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。
如图4-82所示,它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。
运算放大器输出的模拟量V0为:
图4-82
由上式可见,输出的模拟量与输入的数字量(
)成正比,这就实现了从数字量到模拟量的转换。
一个8位D/A转换器有8个输入端(其中每个输入端是8位二进制数的一位),有一个模拟输出端。
输入可有28=256个不同的二进制组态,输出为256个电压之一,即输出电压不是整个电压范围内任意值,而只能是256个可能值。
图4-83是DAC0832的逻辑框图和引脚排列。
二.MC4046是一种锁相环电路。
其特点是电源电压范围宽、功耗低和输入阻抗高,其内部含有一个高性能的压控振荡器(VCO)和两个方式不同的鉴相器(PD)。
基本锁相环如下图所示:
•当无信号加到锁相环时,鉴相器输出的误差电压Ue为0,低通滤波器LF的电压Ud也为0,压控振荡器VCO的工作频率最低;
当有输入信号加到锁相环时,鉴相器将输入信号Ui的相位和频率与VCO输出信号Uo的相位和频率相比较,并将两个信号的相位差转换成电压Ue,经过低通滤波器加到VCO控制输入端,控制VCO的频率fo。
•外接元件的选择范围:
•10k≤R1,R2,RS≤1M
•VDD≥5V时,C1≥100PF
•VDD≥10V时,C1≥50PF
•最高频率为:
(VDD=5V)=0.5MHz
•(VDD=15V)=1.5MHz
MC4046管脚图:
•
4051管脚图:
(VSS接地,VEE接-5V。
)
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- 关 键 词:
- 电工 电子 实验 报告 课程设计