電工電子實(shí)驗(yàn)(二)第16周電工電子實(shí)驗(yàn)正式報(bào)告16K

D/A變換—可編程波形發(fā)生器一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?．掌握D/A變換電路的設(shè)計(jì)方法。2．掌握D/A變換集成電路的性能。3．掌握綜合性電路的調(diào)測(cè)方法。二．技術(shù)指標(biāo)：電氣指標(biāo)1．波形要求： 當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K2K1=01時(shí)，輸出正斜率梯形鋸齒波；當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K2K1=10時(shí)，輸出負(fù)斜率梯形鋸齒波；當(dāng)控制開(kāi)關(guān)K2K1=11時(shí)，輸出正、負(fù)斜率梯形鋸齒波合成的鋸齒三角波。2．頻率要求： 正斜率梯形鋸齒波f=1kHz。 負(fù)斜率梯形鋸齒波f=1kHz。 鋸齒三角波f=0.5kHz。3．階梯要求： 正斜率梯形鋸齒波上升沿階梯數(shù)大于或等于16。 負(fù)斜率梯形鋸齒波上升沿階梯數(shù)大于或等于16。 鋸齒三角波上升沿和下降沿階梯數(shù)均大于或等于16。4．幅度要求：信號(hào)輸出幅度在0V~2V之間可調(diào)。設(shè)計(jì)條件電源電壓±5V。三．電路設(shè)計(jì)：1．整體構(gòu)架： 計(jì)數(shù)部分由74HC393雙4位2進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器構(gòu)成(注意此計(jì)數(shù)器為下降沿觸發(fā))，控制電路為基本門電路按布爾代數(shù)邏輯劃簡(jiǎn)而構(gòu)建，D/A變換部分由DAC0832實(shí)現(xiàn)，最后由于DAC0832為電流輸出，再加一級(jí)通用運(yùn)放實(shí)現(xiàn)電流—電壓轉(zhuǎn)換。2．單元電路設(shè)計(jì)：2.1 計(jì)數(shù)單元： 考慮電氣指標(biāo)中的階梯要求和D/A變換的基本原理，可知計(jì)數(shù)單元應(yīng)該為一個(gè)M=16的可控計(jì)數(shù)器，即在K2K1的控制下：當(dāng)K2K1=01時(shí)，從0000~1111加法計(jì)數(shù)；當(dāng)K2K1=10時(shí)，從1111~0000減法計(jì)數(shù)；當(dāng)K2K1=11時(shí)，先從0000~1111加法計(jì)數(shù)，再?gòu)?111~0000減法計(jì)數(shù)。再考慮到控制單元的要求，故采用74HC393實(shí)現(xiàn)。2.2 控制單元： 完全出于對(duì)波形要求的考慮，即要求能夠控制74HC393計(jì)數(shù)器當(dāng)K2K2=01時(shí)，從0000~1111加法計(jì)數(shù)；當(dāng)K2K2=10時(shí)，從1111~0000減法計(jì)數(shù)；當(dāng)K2K2=11時(shí)，先從0000~1111加法計(jì)數(shù)，再?gòu)?111~0000減法計(jì)數(shù)。考慮兩點(diǎn)：1)、布爾邏輯中有Aeq\o\ac(○,+)0=A，Aeq\o\ac(○,+)1=；2)、考慮5位二進(jìn)制計(jì)數(shù)時(shí)，當(dāng)最高位互為鏡像對(duì)稱過(guò)程時(shí)(0****和1****)，低四位為重復(fù)計(jì)數(shù)過(guò)程(00000~01111和10000~11111)?？梢缘贸鼋Y(jié)論：在5位二進(jìn)制計(jì)數(shù)最高位為0時(shí)，要求低四位和0異或；最高位為1時(shí)，要求低四位和1異或。5位二進(jìn)制計(jì)數(shù)由74HC393計(jì)數(shù)器中的兩個(gè)計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)而成，第五位非計(jì)數(shù)位，而是和K2、K1一起形成控制位信號(hào)。畫出控制信號(hào)真值表：2Q0K2K1Ctrl000Φ001001010110100Φ101011011111 經(jīng)卡諾圖化簡(jiǎn)后： 控制信號(hào)通過(guò)基本門電路即可以實(shí)現(xiàn)。2.3 D/A變換單元： 由DAC0832完成。因16個(gè)臺(tái)階，可用4位二進(jìn)制數(shù)。根據(jù)輸出電壓選定數(shù)字輸入端。輸出電壓計(jì)算公式： 其中：VREF參考電壓，Dn是二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換為等值的十進(jìn)制數(shù)。4位二進(jìn)制數(shù)接在不同的數(shù)字輸入端，轉(zhuǎn)換的Dn值不同，輸出電壓也就不同。例：輸入的二進(jìn)制數(shù)為“1111”，當(dāng)接在D0~D3端時(shí)，Dn=23+22+21+20=15，若VREF為5V時(shí)，V0＝-(5/256)*15=-0.29V；接D3~D6端時(shí)，Dn=26+25+24+23=120，VO=-2.34V(輸出電壓也不能太大，要考慮運(yùn)放的飽和失真。LM324運(yùn)放的輸出是一個(gè)對(duì)管，負(fù)載是有源負(fù)載，上飽和區(qū)為1.5V，下飽和區(qū)為1.5V，其動(dòng)態(tài)范圍為+3.5V~-3.5V)。2.4 電流—電壓轉(zhuǎn)換單元： 由通用集成運(yùn)算放大器LM324構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)電流—電壓轉(zhuǎn)換和電壓倒相作用。2.5 幅度控制單元：由于要求信號(hào)輸出幅度在0V~2V之間可調(diào)。故在電流—電壓轉(zhuǎn)換單元后再加一級(jí)通用集成運(yùn)算放大器LM324構(gòu)成的同相比例放大器，實(shí)現(xiàn)幅度在0V~2V之間可調(diào)。(圖中未標(biāo)示)3．電路圖：3.1 整體電原理圖：可編程波形發(fā)生器3.2 元件明細(xì)表：名稱型號(hào)數(shù)量雙4位2進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器SN74HC3931片四2輸入與非門SN74HC001片四2輸入異或門SN74HC861片數(shù)模變換芯片DAC08321片通用型集成運(yùn)放LM3241片四．測(cè)試用儀表：1.DS-5022型LCD雙蹤示波器。2.模擬電路實(shí)驗(yàn)箱。3.EE1641B型函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。五．測(cè)試波形：3．調(diào)測(cè)數(shù)據(jù)：K2K1=01：K2K1=10：K2K1=11：數(shù)據(jù)分析： 通過(guò)以上測(cè)量數(shù)據(jù)的分析，以及波形的觀測(cè)。完全符合技術(shù)指標(biāo)要求，波形失真