北京交通大学数电实验报告最终版.docx
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北京交通大学数电实验报告最终版
中频自动增益数字电路设计实验报告
学院：
电子信息工程学院
班级：
你猜
姓名：
学渣2号
学号：
你再猜
指导老师：
伟大的佟老师
完成时间：
2013.12.11
一、设计要求
基本要求
〔1〕用加法器实现2位乘法电路。
〔2〕用4位加法器实现可控累加〔加/减，-9到9，加数步长为3〕电路。
〔3〕用4位移位寄存器实现可控乘/除法〔2到8，乘数步长为2n〕电路。
发挥部分
〔1〕用A/DC0809和D/AC0832实现8k～10k模拟信号和8位数字信号输入，模拟信号输出的可控乘/除法电路。
〔2〕设计一个电路，输入信号50mV到5V峰峰值，1KHZ～10KHZ的正弦波信号，输出信号为3到4V的同频率，不失真的正弦波信号。
精度为8位，负载500Ω。
〔3〕发挥部分〔2〕中，假设输出成为直流，电路如何更改。
二．实验设计
实验一《用加法器实现2位乘法电路》
2.1.1实验原理与分析
在这个实验中，输入输出较为简单，因此可通过真值表，快速推倒出电路结构。
IN1
IN2
OUT
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
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1
0
0
1
1
1
0
0
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0
1
0
1
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0
0
1
1
0
1
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0
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0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
1
表格2-1-1真值表
通过对OUT的各个位的分析，可以看出，用一个加法器，就足以到达实验效果。
根据二进制数的乘法公式，设两位二进制分别为A1、A0和B1、B0，输出从高位到低位依次为S3、S2、S1、S0，其中S0=A0*B0，S1=A0*B1+A1*B0，S2=A1*B1+S1可能产生的进位，S3=S2可能产生的进位。
其中两数相与可以用74LS08〔两输入四与门〕实现，而加法可以用74LS283〔四位二进制超前进位全加器〕实现。
这种方法有几点好处：
①只需要两个芯片，好连接，省成本
②S3不需要再次连接电路，只需要进行空置，等待S2的进位，减少了问题诞生
③不用使用CO和CI
2.1.2仿真电路与分析
图2-1-1仿真电路
S1=A0*B0异或0
S2=A1*B0异或A0*B1+进位
S3=A1*B1异或0+进位
S4=进位
S4——S1为从高到低位
A0、A1、B0、B1可接高电平或低电平，0为低位，1为高位。
数码管显示电路〔以后不再重复〕
基本显示电路采用74LS185〔二进制BCD转换器〕和74LS47〔七段译码器/驱动器〕。
74LS47与数码管的连接方式，以及其数码管十六进制显示对应图形如以下图2-1-2到2-1-5所示：
图2-1-27447原理图
图2-1-37447管脚图图2-1-4BCD连接图
2-1-574185管脚图
通过以上管脚图，我们可以组装出我们的显示电路。
由于MULTIZIM仿真软件，对于数码管是直接封装好的，因此我们不再展示仿真的显示电路。
在试验箱上和电路的实际操作中，我们也将显示电路分出，依次将各个实验电路与显示电路相连接。
实验二《用4位加法器实现可控累加〔加/减，-9到9，加数步长为3〕电路》
实验原理与分析
先进行整体的结构分析。
实验要求，先控制每次的步长，选择加法或者减法，再对数字开始加减。
因此，我们可以一步一步进行。
首先，我们先决定设计一个控制步长的电路。
我们拟采用移位寄存机，即74LS195，是一个单向的移位寄存器。
这个寄存器在数电课本上出现的较多，我们使用的也很顺手。
在此，我们可以列出想要到达的效果，以及实现的方法。
9
1
0
0
1
6
0
1
1
0
3
0
0
1
1
表格2-2-1真值表
左侧是数字的十进制值，右侧则是它的二进制值。
由于我们使用的是74LS195，我们很难通过向右移位得到该结果。
不妨换个思路，我们将高低位调换，会得到以下效果。
9
1
0
0
1
6
0
1
1
0
3
1
1
0
0
表格2-2-2真值表2
我们可以清晰地发现，由9变为3，只需要进行向右移位，再将左边填一个1,；
由3变6，只需要再次右移动，左边填一个0；
最后，想再从6变9，没有方法，只能进行清零，重新回到预置状态。
因此，我们将9进行预置，A-D输入1001，将JK与Q0Q3相连〔用来控制最左端填充的数字〕，再对预置状态进行控制，当输出到6的时候重新预置，即可得到想要的效果。
芯片的工作表如下：
图2-2-175LS195功能图
管脚图如下：
图2-2-274LS195管脚图
具体细节，可见电路图。
刚刚略过了对预置的控制，在此进行补齐。
由于74LS195的R管脚的性质，接到低电平时进行清零预置，所以我们可以将Q3和Q0与或门相连。
当这两个都为0时，重新进行预置。
或门芯片，采用74ALS32.
图2-2-374LS31管脚图
至此，控制步长的控制电路设计完成，只需要将Q3-Q0的输出与数码管由低位至高位依次相连，即可测出步长来。
接下来，则是相加电路。
在这里，我们拟采用两个74LS283、一个74LS273芯片、一个74136芯片。
当加法时，令输出的步长信号与低电平进行异或，再连入283中。
而当减法时，则将其分别异或高电平，再连入283中，最后再给283一个进位。
之所以这么做，是为了控制加减法。
加法正常相加，而减法则采用补码相加。
图2-2-474136管脚图
由于我们输出的两位十进制数，因此，需要有8位的二进制数。
高四位，通过正常的锁存、相加进行，而高四位，则通过锁存、进位来取得。
高四位的进位，来源于低四位的破10。
图2-2-574273功能图
对于锁存器和加法器的联发，在此不过与赘述，可在图中详解。
最后，将锁存器的输出端，由高至低位进行输出入数码管，即可得到累加电路。
仿真电路与分析
图2-2-6仿真电路
图中，左下方的开关控制累加电路是否开启的，通过脉冲来进行相应。
左上方的电路是控制是否开启控制电路的，当开关接在上方时，可以调试步长。
而中间上方的开关，则是控制加法减法的。
接低电平，是加法电路；接高电平，是减法电路。
左下方的283芯片，是用来累加进位的，是十位的数码管输出。
右上方的283芯片，原理使使用异或门输出的二进制数字，与之前累加的结果再次进行叠加，以到达一个上升沿就累加一次的作用。
因此，锁存器的低四位又接回了这个283的输入端，而步长同时也接入了它的输入端，二者相加，得到结果。
《用4位移位寄存器实现可控乘/除法〔2到8，乘数步长为2n〕电路》
设计方案及论证
思想：
电路主要包括5个部分：
步长、选择、分频、乘除控制、锁存输出，其中步长部分通过移位寄存器实现步长变化，步长的变化又作为数据选择器的输入端，实现对分频的选择控制，输出送锁存输出的脉冲端，同时乘除部分进行乘除控制以及基本×2功能的输出
步长部分：
利用74ls194〔4位双向移位寄存器〕的移位功能实现步长在2,4,8之间内变化，同时通过加反馈通路〔由异或门与非门构成〕可实现自动预置（即2、4、8后重新恢复2、4、8的跳变）
图2-3-1步长部分
分频部分：
使用两个195〔四位移位寄存器〕构成的扭环形计数器（可以自启动），实现2,4分频〔以下图左侧195为实现2分频，右侧195为实现4分频〕
图2-3-2分频部分
选择部分
通过3-8译码器74151可以实现对2，4分频的选择输出，其中控制端A、B、C接步长控制的输出端，数据选择端D4、D0为分频信号输出端
图2-3-3选择部分
乘/除控制部分
通过两片194〔四位双向移位寄存器〕来控制左移〔进行乘法运算〕、右移〔进行除法运算〕，同时左侧194的高位接右侧194的SL可以实现进位
图2-3-4乘/除控制部分
锁存输出部分
通过分频电路的输出作为八位锁存器74273的CLK端输入，锁存时进行运算但不进行输出，可以实现乘除功能并显示
图2-3-5锁存输出部分
部分芯片示意图
图2-3-674195功能表
图2-3-774194功能表
图2-3-874151管脚图
图2-3-974151功能表
电路整体架构及仿真效果
图2-3-10实验三电路图
《用A/DC0809和D/AC0832实现8k～10k模拟信号和8位数字信号输入，模拟信号输出的可控乘/除法电路》
2.4.1实验原理与分析
对于A\D转换，我们拟采用DAC0832芯片，而放大倍数则用运放结合接口进行放大或者缩小。
利用DAC0832内部的R—2R电阻网络，输出Iout1和Iout2分别接运放的反相输入端和同相输入端，使运放工作在线性状态。
当DAC0832的VREF端接模拟输入信号时，RFB端接运放的输出时，实现乘法功能，即数字量和模拟量相乘；相反，当DAC0832的VREF端接运放的输出时，RFB端接模拟输入信号时，实现除法功能，即模拟量除以数字量。
图2-4-1乘法原理图
由以上电路可知，DAC0832工作在直通模式，且我们可以推导出：
其中R为本身R-2R网络中的电阻R，
为DAC0832里自带的反馈电阻。
在实际电路中，由于要修正
这个系数，我们需要在
的基础上另加一个反馈电阻
。
则上式可以修改为：
我们想要公式变为如下形式：
上式可以简写成：
其中
。
我们可以看出，Uo正比于输入Ui与数字量D的乘积，称为乘法DAC，简写为MDAC。
2、在构成除法器时，我们所应用的原理图如下：
图2-4-2除法原理图
同理，我们可以推导出DAC0832构成除法器时的输出表达式：
通过加入反馈电阻
，我们想要公式变为如下形式：
上式可以简写为：
其中
。
2.4.2仿真电路与分析
图2-4-3仿真原理图
当下端的两个开关都在上方，且中间开关在左边时，此时是乘法电路。
当下端的两个开关都在下方，且中间开关在右边时，此时是除法电路。
三．实验感想
这个写的太挫了，忽略它吧。
四．参考文献
[1]
[2]阎石主.《数字电子技术基础》,北京高等教育出版社，2006.5
[3]王泽保,赵博.《数字电路典型实验范例》北京人民邮电出版社,2004.7
[4]余志新,徐娟.《数字电路学习与实验指导》广州华南理工大学出版社,1999.9
[6]汪国强,蒋
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