數(shù)字電子技術(shù)—中頻自動增益

1、國家電工電子實驗教學(xué)中心模擬電子技術(shù)實驗實驗報告國家電工電子實驗教學(xué)中心數(shù)字電子技術(shù)實 驗 報 告學(xué) 院：電信專 業(yè)：自動化（鐵道信號）學(xué)生姓名：*學(xué) 號：1121*任課教師：陸鵬飛 2013 年 12 月 9 日目 錄一、中頻自動增益1二、基本要求實驗一 用加法器實現(xiàn)2位乘法電路2實驗二 用4位加法器實現(xiàn)可控累加電路6實驗三 用4位移位寄存器實現(xiàn)可控乘/除法電路10三、發(fā)揮部分 實驗一 用D/AC0832實現(xiàn)模擬信號輸出的可控乘/除法電路14中頻自動增益數(shù)字電路研究自動增益數(shù)字控制電路是一種在輸入信號變化很大的情況下，輸出信號保持恒定或在較小的范圍內(nèi)波動的電路。在通信設(shè)備中，特別是在通信接收

2、設(shè)備中起著重要的作用。它能夠保證接收機(jī)在接收弱信號時增益高，在接收強(qiáng)信號時增益低，使輸出保持適當(dāng)?shù)牡碗娖?，不至于因為輸入信號太小而無法正常工作，也不至于因為輸入信號過大而使接收機(jī)發(fā)生堵塞或飽和。實驗?zāi)康模?.掌握中頻自動增益數(shù)字電路設(shè)計, 提高系統(tǒng)地構(gòu)思問題和解決問題的能力。 2.通過自動增益數(shù)字電路實驗, 系統(tǒng)地歸納用加法器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計加法、減法、乘法、除法和數(shù)字控制模塊電路技術(shù) 。3.培養(yǎng)通過現(xiàn)象分析電路結(jié)構(gòu)特點，進(jìn)而改善電路的能力。實驗特點：1. 給出不同功能數(shù)字電路，設(shè)計數(shù)字控制電路，體現(xiàn)數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字控制性能。2. 用模擬信號的輸入和輸出波形，設(shè)計控制增益數(shù)字電路，展開

3、思路，體現(xiàn)開放性。加深知識點和技術(shù)：1. 加法，減法，乘法，除法，/轉(zhuǎn)換電路，/轉(zhuǎn)換電路，控制電路和數(shù)字信號補(bǔ)償電路。2. 克服競爭冒險現(xiàn)象、失真現(xiàn)象，精度與速度矛盾，/轉(zhuǎn)換和/技術(shù)等。 第一部分 基礎(chǔ)要求實驗一 用加法器實現(xiàn)2位乘法電路1 設(shè)計任務(wù)要求(1) 用加法器實現(xiàn)2位二進(jìn)制乘法電路,掌握乘法器的構(gòu)成、原理與設(shè)計方法(2) 熟悉集成電路的使用方法2 設(shè)計方案及論證 2.1 任務(wù)分析1.二進(jìn)制數(shù)乘法實現(xiàn)途徑與十進(jìn)制一樣。由乘數(shù)從最低位開始每一位逐項與被乘數(shù)相乘。每一個這樣的相乘產(chǎn)生一個積。這些連續(xù)的部分積逐次左移一位，最后這些部分積的和就為該乘數(shù)與被乘數(shù)相乘所得的乘積。設(shè)兩位二進(jìn)制分別為

4、A1A0和B1B0，輸出為S4S3S2S1（其中s4為進(jìn)位輸出端），乘法原理如圖1.1所示 2.可以用與門（74LS08）如圖1.3所示， 和4位二進(jìn)制全加器(74283)如圖1.2所示，設(shè)計構(gòu)成乘法電路 。74283為一個四位超前進(jìn)位加法器，它是由超前進(jìn)位電路構(gòu)成的快速進(jìn)位的4位全加器電路，可實現(xiàn)兩個四位二進(jìn)制的全加。利用與門實現(xiàn)分項乘積并通過全加器輸入端對應(yīng)位置實現(xiàn)移位求和的計算過程。圖1.1 乘法原理圖 圖1.2 74283常用符號圖1.3 74LS08引腳圖2.2 方案設(shè)計2.2.1 選取的實驗電路及輸入輸出波形圖1.4 電路原理圖 圖1.5 實驗電路板2.2.2 實驗討論與分析芯片7

5、4LS08實現(xiàn)與門功能Y=AB,快速進(jìn)位集成4位加法器74283的輸出邏輯表達(dá)式為：Si=AiBiCi-1 ，根據(jù)芯片的管腳圖，由電路的連接方式和芯片的邏輯功能可以得到，S1=A0B0,S2=A1B0+A0B1+C1,S3=A1B1+C2,S4=C3(其中Ci表示第i位的進(jìn)位輸出)，由此可以得到該電路圖的真值表，結(jié)果如下圖所示：表1.1 2位乘法電路真值表B1B0A1A0S4S3S2S1數(shù)碼管000000000000100000001000000001100000010000000010100011011000102011100113100000000100100102101001004101

6、1011061100000001101001131110011061111100193 仿真及調(diào)試過程 運算仿真結(jié)果如下圖1-6圖1-6（1）任何數(shù)和“0”想乘都得0，這里不在贅述。圖1-6（2）任何數(shù)和“1”相乘都得任何數(shù)，這里不再贅述。圖1-6（3）圖1-6（4）圖1-6（5）4 總結(jié)與體會本次試驗的基本原理是比較簡單的，芯片74LS08將輸入端的兩位二進(jìn)制相乘，通過74283的邏輯功能又可以進(jìn)行四位二進(jìn)制的全加，從而達(dá)到用加法器實現(xiàn)2位二進(jìn)制相乘的作用。實驗過程中，所使用的芯片較少，電路連接相對容易，需要注意的是芯片不能插反，另外四個控制開關(guān)的連接也要注意不要連錯。剛開始做實驗的時候，數(shù)

7、碼管無法正常顯示結(jié)果，我又重新檢查了一遍電路，發(fā)現(xiàn)原來是芯片74283忘記接5V電源了，連好后重新打開電源，觀測到預(yù)期的輸出結(jié)果。在焊電路板的過程中，因為要求板子自帶顯示數(shù)碼管，所以我在焊板子的過程中加入芯片7447，并連接共陽數(shù)碼管，由于數(shù)碼管為共陽極，所以在連接電路時需要在數(shù)碼管的每個引腳接入限流電阻，以防止數(shù)碼管燒壞，注意到這些問題后，我成功地焊出了第一塊板子，這也讓我對接下來的電路板的成功焊制有了信心，同時也熟練的掌握了焊板子的技能，比如拖焊技巧，學(xué)會如何使用萬用表檢測電路的連接狀況等等。實驗二 用4位加法器實現(xiàn)可控累加電路1 設(shè)計任務(wù)要求（1）用4位加法器實現(xiàn)可控累加（加/減，0到9

8、9，步長為3、6、9）電路（2）利用兩片4位二進(jìn)制全加器74283的連接來設(shè)計相關(guān)電路2 設(shè)計方案及論證2.1 任務(wù)分析（1） 步長顯示控制利用74LS195組成一個環(huán)形計數(shù)器，其態(tài)序表和環(huán)形計數(shù)器原理圖如圖所示：Q3Q2Q1Q01001001101101100 圖2.1 74LS195計數(shù)原理圖 圖2.2 74LS195邏輯符號由態(tài)序表可知每當(dāng)有一個時鐘上升沿，就會輸出一個不同數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)步長3 / 6 /9的變化。（2）輸出顯示原理加法：利用74LS283可實現(xiàn)四位4位二進(jìn)制加法運算減法：A-B=A+(-B) = (A+(-B)補(bǔ)=A補(bǔ)+（-B）反+1（其中1為CI進(jìn)位輸出）實驗原理電路

9、圖如下圖所示：圖2.3 實驗基本原理圖2.2 方案設(shè)計2.2.1 選取的實驗電路及輸入輸出波形圖2.4 實驗原理圖 圖2.5 實物圖2.2.2 實驗討論與分析本次試驗實現(xiàn)的是4位二進(jìn)制的可控累加加/減法器，顯示范圍為099，所以需要兩片74283的并聯(lián)來分別控制輸出結(jié)果的個位和十位。如圖2.4所示，4位單向移位寄存器74195通過時鐘脈沖控制控制實驗的步長分別為3、6、9，并將步長輸出至異或門74136N，開關(guān)S3控制加法或減法，當(dāng)S3接地時，執(zhí)行加法運算；當(dāng)S3接5V電源時，執(zhí)行減法運算。經(jīng)過異或門后輸出的結(jié)果作為減數(shù)B，和被減數(shù)A進(jìn)行相應(yīng)的加/減法運算。其中U1控制個位的輸出結(jié)果，U2控制

10、十位的輸出結(jié)果，U1的進(jìn)位輸出端作為U2的進(jìn)位輸入端，分別由數(shù)碼管顯示出來，輸出的結(jié)果寄存在鎖存器74273中。在利用數(shù)碼管顯示結(jié)果的過程中，必須分別連接一個芯片74185，這樣做的原因就是將二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制輸出。3 仿真及調(diào)試過程(1) 步長控制 圖3.1 步長控制(2) 顯示控制 圖3.2 加減法控制4 總結(jié)與體會 在電路箱上連接第二個實驗時，因為沒有正確連接74185，故導(dǎo)致顯示的輸出結(jié)果不滿足設(shè)計要求，于是第二個實驗沒能在電路箱上試驗出來，所以我們每人焊了一塊板子。由于第二個實驗較第一個實驗電路設(shè)計復(fù)雜的多，所需要的芯片也非常多，所以焊接過程相對就比較麻煩和復(fù)雜，我大概花了三天才焊完

11、這塊板子。初次焊出來的結(jié)果不是很成功，步長顯示是對的，但是就是出不來結(jié)果，檢查過程中發(fā)現(xiàn)原來某處虛焊了，重新檢查了一遍電路以后，基本沒有什么問題，我就又在電路箱上檢測了一遍，測出的結(jié)果完全符合實驗設(shè)計的要求，心里感到非常的開心。在這次實驗的過程中，由于各種芯片的使用，我明白了各個芯片的工作原理，以及它們所能實現(xiàn)的邏輯功能，不僅將書上所學(xué)的內(nèi)容學(xué)以致用，而且加深了我對芯片使用的理解，能將所學(xué)的知識融會貫通并且應(yīng)用到實際應(yīng)用中才是真正的學(xué)以致用。實驗三 用4位移位寄存器實現(xiàn)可控乘/除法電路1 設(shè)計任務(wù)要求（1） 用4位移位寄存器實現(xiàn)可控乘/除法（2到8，步長為2n）電路（2） 掌握雙向移位寄存器7

12、4194的工作原理2 設(shè)計方案及論證 2.1 任務(wù)分析利用雙向移位寄存器74LS194,左移為乘右移為除，74LS194的邏輯符號如圖3.1所示。S1S0功能00保持01右移10左移11并行置數(shù)表3.1 工作方式控制端的四種功能 圖3.1 74LS194邏輯符號4位雙向移位寄存器74194是一種功能比較齊全的移位寄存器，它具有左移、右移、并行輸入數(shù)據(jù)、保持以及清除等五種功能。我們知道移位寄存器的功能是將預(yù)存在寄存器中的數(shù)據(jù)進(jìn)行左移或者右移。移動的位數(shù)n就是擴(kuò)大或縮小的2的n倍。這里寄存器中顯示的是取整，沒有余數(shù)。例如：9/2=4設(shè)計的關(guān)鍵是要通過確定的步長控制移位寄存器移動的位數(shù)n，通過乘除控

13、件控制移位寄存器左移或者右移。（1）步長控制步長控制可以通過D觸發(fā)器和邏輯門進(jìn)行1/2/4/8循環(huán)輸出。實現(xiàn)步長控制單元。（2）乘除控制可以通過移位寄存器的S0S1端手動控制乘法或者除法運算。雙向移位寄存器左移為乘，右移為除，乘除補(bǔ)齊的空位均為0通過邏輯門可以實現(xiàn)步長控制移位寄存器移動相應(yīng)位數(shù)n的功能。（3）脈沖個數(shù)n的控制脈沖n的控制其實就是移位寄存器的移動位數(shù)控制。當(dāng)S1S2=10時，執(zhí)行左移功能，左移一位即乘以2，每一個脈沖狀態(tài)，輸出移位一次的結(jié)果；左移兩位即乘以4，每兩個脈沖狀態(tài)，輸出移位兩次的結(jié)果；左移三位即乘以8，每三個脈沖狀態(tài)，輸出移位三次的結(jié)果。2.2 方案設(shè)計2.2.1 選取

14、的實驗電路及輸入輸出波形圖3.2 實驗原理圖圖3.3 實物圖2.2.2 實驗分析中規(guī)模寄存器74175由四個D觸發(fā)器構(gòu)成，配合兩個與門即可實現(xiàn)1/2/4/8循環(huán)顯示。通過右下側(cè)兩個控制開關(guān)A和B可以實現(xiàn)乘除計數(shù)控制，高電平有效。當(dāng)兩個開關(guān)同時置高電平時，雙向移位寄存器并行輸入端數(shù)據(jù)置數(shù)成功（其中將SL、SR串行輸入端置位無效）。圖中的74283和存儲器1構(gòu)成的是累加器。右側(cè)中間的74LS08（與2）和74LS32是控制累加器輸出脈沖的個數(shù)，并在不需要時進(jìn)行屏蔽。例如：步長為4時，累加步長為1，存儲器1輸出0（0000）-5（0101）-2（0010）-15（1111）；其對應(yīng)的低位變化為0-1

15、-0-1，即低位產(chǎn)生了2個脈沖，而此時讓15（1111）通過邏輯轉(zhuǎn)化產(chǎn)生1，和激發(fā)累加器的脈沖相或，就可屏蔽脈沖；同理當(dāng)步長為8時，可通過存儲器產(chǎn)生3個脈沖，使存儲器輸出為15（1111），然后激發(fā)累加器的脈沖相或，就可屏蔽脈沖，從而使移位寄存器向左移三位，從而實現(xiàn)乘8的功能。同理，除的時候，只需要將移位寄存器右移即可，原理與乘一致。 計數(shù)控件Key=Space則是用于取消屏蔽，進(jìn)行下一次乘除運算的開關(guān)。3 仿真與調(diào)試（1）步長控制單元步長控制可以通過D觸發(fā)器和邏輯門進(jìn)行1/2/4/8循環(huán)輸出。實現(xiàn)步長顯示單元。如圖3-1-3所示。 圖3-1-3（a）步長=1 圖3-1-3（b）步長=2 圖3

16、-1-3（c）步長=4 圖3-1-3（d）步長=8（2）通過邏輯控制后連接各部分整體結(jié)構(gòu)圖如圖3-2-2圖3-2-2 整體連接圖4 總結(jié)與體會這次的實驗讓我充分發(fā)現(xiàn)了實驗的樂趣，并且十分享受做實驗的過程。用各種不同功能的芯片來實現(xiàn)各種各樣的電路，從簡單的與非門做起，到或門、觸發(fā)器、計數(shù)器等集成電路芯片，組合連接，自己設(shè)計電路構(gòu)成，來實現(xiàn)最終的電路要達(dá)到的目的。實驗中，我們不僅學(xué)習(xí)了軟件的仿真應(yīng)用，也學(xué)習(xí)了怎樣用手里的芯片從頭開始設(shè)計電路。首先分析電路要實現(xiàn)的功能，利用真值表與卡諾圖寫出輸入輸出的邏輯函數(shù)，再配合芯片改寫成合適的邏輯函數(shù)，最后連接成一個完整的電路。之所以說這次的實驗中獲得非常大的

17、樂趣，主要是因為這次的實驗充分的鍛煉了我實驗設(shè)計和動手動腦的能力，經(jīng)過仿真，我的設(shè)計方案獲得了很大的成功。 在整個實驗的過程中，我也遇到了各種各樣的問題，針對出現(xiàn)的問題我采取相應(yīng)的措施去解決，比如：1、線路不通運用邏輯筆去檢查導(dǎo)線是否可用；2、芯片損壞運用芯片檢測儀器檢測芯片是否正?？捎靡约八念愋汀＿@些都有利于系統(tǒng)的掌握知識體系與學(xué)習(xí)方法，激發(fā)學(xué)習(xí)的主動性，增強(qiáng)自信心，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新鉆研的能力以及書本知識技能的鞏固和遷移。第二部分 發(fā)揮部分實驗一 用D/AC0832實現(xiàn)模擬信號輸出的可控乘/除法電路1 設(shè)計任務(wù)要求用D/AC0832實現(xiàn)8k10k模擬信號和8位數(shù)字信號輸入，模擬信號輸出的可控

18、乘/除法電路。2 設(shè)計方案及論證2.1 任務(wù)分析D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832是采用CMOS工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，能夠?qū)崿F(xiàn)從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。圖4.1 DAC0832原理圖如圖4.1所示電路中的ILE接高電平、其余控制端、均接低電平，是兩個鎖存器處于開通狀態(tài)，輸入的數(shù)據(jù)直接經(jīng)過鎖存器、D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換，輸出跟隨數(shù)字輸入變化而變化，所以電路處于直通工作方式。1. 當(dāng)參考電壓UREF接交流輸入信號時，如圖4.1左圖所示，若輸入信號為正，電流由UREF經(jīng)支路電阻流入IOUT1或IOUT2；若輸入信號為負(fù)，則電流由IOUT1或IOUT2經(jīng)支路電阻流入UREF，從而在IOU

19、T2接地情況下，輸出電壓uo =KuiD ，實現(xiàn)可控乘法功能。2. 當(dāng)反饋電阻輸出端加上交流輸入信號時，如圖4.1右圖所示，IOUT2接地并接到運算放大器的同相輸入端，IOUT1接到運算放大器的反相輸入端，參考電壓UREF同時接到運算放大器的輸出端，則用R-2R型電阻網(wǎng)絡(luò)和運算放大器實現(xiàn)了模擬信號被數(shù)字D相除的除法器，輸出電壓uo =KuiD ，實現(xiàn)可控除法功能。2.2 方案設(shè)計2.2.1 選取的實驗電路及輸入輸出波形圖4.1 實驗原理圖2.2.2 實驗討論與分析實驗原理如前所述，由四個開關(guān)分別控制四位模擬量的輸入，、均接低電平,使DAC0832直接工作在直通方式下，即輸入寄存器和DAC寄存器處于不鎖存狀態(tài)。數(shù)據(jù)一旦送到輸入端DI7DI0,就直接送入D/A轉(zhuǎn)換器，被轉(zhuǎn)換成模擬量。R2、R3用于滿足增益精度要求，保證輸出波形不會產(chǎn)生失真。DAC0832為電流輸出型DAC，IOUT1為