电子系统设计报告.docx

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电子系统设计报告

课程设计实践报告

一、课程设计的性质、目的与作用

本次电子系统设计实践课程参照全国大学生电子设计模式，要求学生综合利用所学的有关知识，在教师的指导下，分析和熟悉已给题目，然后设计系统方案、画原理图及PCB、软件编程，并做出课程设计报告。

因此，在设计中，要求学生应该全面考虑各个设计环节以及它们之间的相互联系，在设计思路上不框定和约束同学们的思维，同学们可以发挥自己的创造性，有所发挥，并力求设计方案凝练可行、思路独特、效果良好。

本课程设计的目的是为了让学生能够全面了解电子电路应用系统的整个设计过程，逐步掌握系统开发的以下相关技术：

（1）熟悉系统设计概念；

（2）利用所学数电、模拟电路知识，设计电路图；

（3）利用PROTEL软件画原理图及PCB；

（4）熟悉系统项目设计报告填写知识；

（5）培养团队合作意识。

通过本课程设计，有助于学生更好地了解整个课程的知识体系，锻炼学生实际设计能力、分析和思考能力，使其理论与实践相结合，从而为后续课程的学习、毕业设计环节以及将来的实际工作打好坚实的基础。

二、课程设计的具体内容

电子系统设计实践课程就是锻炼学生系统设计、分析和思考能力，全面运用课程所学知识，发挥自己的创造性，全面提高系统及电路设计、原理图及PCB绘画等硬件水平和实际应用能力，从而体现出电子系统设计的真谛。

下面是各个设计阶段的具体内容。

1．系统方案认识

根据所设定的题目，能够给出系统设计方案与思路

题目：

信号发生器产生电路，请设计一个能产生正弦波、方波及三角波电路，并制作原理图，然后阐述其原理。

基本原理：

系统框图如图1所示。

图1低频信号发生器系统框图

低频信号发生器系统主要由CPU、D/A转换电路、基准电压电路、电流/电压转换电路、按键和波形指示电路、电源等电路组成。

其工作原理为当分别按下四个按键中的任一个按键就会分别出现方波、锯齿波、三角波、正弦波，并且有四个发光二极管分别作为不同的波形指示灯。

2、各部分电路原理

（1）DAC0832芯片原理

①管脚功能介绍（如图5所示）

图5DAC0832管脚图

1）DI7～DI0：

8位的数据输入端，DI7为最高位。

2）IOUT1：

模拟电流输出端1，当DAC寄存器中数据全为1时，输出电流最大，当DAC寄存器中数据全为0时，输出电流为0。

3）IOUT2：

模拟电流输出端2，IOUT2与IOUT1的和为一个常数，即IOUT1＋IOUT2＝常数。

4）RFB：

反馈电阻引出端，DAC0832内部已经有反馈电阻，所以RFB端可以直接接到外部运算放大器的输出端，这样相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输出端和输入端之间。

5）VREF：

参考电压输入端，此端可接一个正电压，也可接一个负电压，它决定0至255的数字量转化出来的模拟量电压值的幅度，VREF范围为（+10～-10）V。

VREF端与D/A内部T形电阻网络相连。

6）Vcc：

芯片供电电压，范围为（+5~15）V。

7）AGND：

模拟量地，即模拟电路接地端。

8）DGND：

数字量地。

当WR2和XFER同时有效时，8位DAC寄存器端为高电平“1”，此时DAC寄存器的输出端Q跟随输入端D也就是输入寄存器Q端的电平变化；反之，当端为低电平“0”时，第一级8位输入寄存器Q端的状态则锁存到第二级8位DAC寄存器中，以便第三级8位DAC转换器进行D/A转换。

一般情况下为了简化接口电路，可以把和直接接地，使第二级8位DAC寄存器的输入端到输出端直通，只有第一级8位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓冲输入方式。

特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即把两个寄存器都分别接成受控方式

制作低频信号发生器有许多方案：

主要有单缓冲方式，双缓冲方式和直通方式。

单缓冲方式具有适用于只有一路模拟信号输出或几路模拟信号非同步输出的情形的优点，但是电路线路连接比较简单。

而双缓冲方式适用于在需要同时输出几路模拟信号的场合，每一路模拟量输出需一片DAC0832芯片，构成多个DAC0832同步输出电路，程序简单化，但是电路线路连接比较复杂。

根据以上分析，我们的课题选择了单缓冲方式使用方便，程序简单，易操作。

②工作原理

DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。

8位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由加以控制；8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量，由加以控制；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制2个寄存器的选通或锁存状态。

原理框图如图6所示。

图6DAC0832的原理框图

DAC0832与反相比例放大器相连，实现电流到电压的转换，因此输出模拟信号的极性与参考电压的极性相反，数字量与模拟量的转换关系为

Vout1=-Vref×（数字码/256）

若D/A转换器输出为双极性，如图4所示。

图7D/A转换器双极性输出电路

图7中，运算放大器A2的作用是把运算放大器A1的单向输出电压转换成双向输出电压。

其原理是将A2的输入端Σ通过电阻R1与参考电压VREF相连，VREF经R1向A2提供一个偏流I1，其电流方向与I2相反，因此运算放大器A2的输入电流为I1、I2之代数和。

则D/A转换器的总输出电压为：

VOUT2=-[（R3/R2）VOUT1+（R3/R1）]VREF

设R1=R3=2RR2=R，则

VOUT2=-（2VOUT1+VREF）

DAC0832主要是用于波形的数据的传送，是本题目电路中的主要芯片。

③DAC0832电路原理图（如图8所示）

（2）LM324工作原理

（管脚功能如图9所示）

图9LM324管脚图

LM324时四运放集成电路，它采用14脚双烈直插塑料封袋，外形如图1所示。

他的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

每一组运算放大器可用图中所示的符号来表示，它有5个引出脚，其中“+”、“-”为两个信号输入端，“V+”、“V-”为正、负电源端，“OUT”为输出端。

两个信号输入端中，“-”为反相输入端，表示运放输出端OUT的信号与该输入端的为相反；“+”为同相输入端，表示运放输出端OUT的信号与输入端的相位相同。

LM324的引脚排列见图9。

由于LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可但电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。

在此项目中用了LM324的三组运放，分别置于第一级输出，第一、二级之间，第二级输出。

（3）MC1403工作原理

（管脚功能如图10所示）

图10MC1403管脚图

MC1403是低压基准芯片。

一般用作8到12bit的D/A芯片的基准电压等一些需要基本精准的基准电压的场合。

输出电压：

2.5V+/-25Mv

输入电压范围：

4.5Vto40V

输出电流：

10Ma

因为输出是固定的，所以电路很简单。

就是Vin接电源输入，GND接地，Vout加一个0.1uf到1uf的电容就可以了。

Vout一般用于8到12bit的D/A芯片的基准电压。

在此项目里MC1403起到了稳压的作用，它基准了DAC0832的8脚需要的2.5V。

使其DAC0832能够正常工作。

3．软件编程或软件仿真

软件设计上，根据功能分了几个模块编程。

模块主要有：

主程序模块、锯齿波模块、三角波模块、正弦波模块、方波模块、延时子程序模块等。

显示波形模块是利用DAC0832的8位特点，把波形的数据以8位数据的形势送进CPU中，只要一按键就能显示波形。

（1）主程序流程图

本软件设计过程中主要实现利用按键来控制不同波形的输出，当按键1按下时，函数发生器就输出锯齿波；当按键2按下时，函数发生器就输出三角波；当按键3按下时，函数发生器就输出正弦波；当按键4按下时，函数发生器就输出方波。

通过按键可以以任意循环方式输出不同波形。

（2）锯齿波程序流程图

锯齿波产生首先将DAC0832口地址至为4000H，然后将00H送入寄存器A中，DAC0832输出A中的内容，当A中的内容等于F0H返回开始，当A中的内容不为0FH时，A中的内容累加，从而输出波形。

（3）三角波程序流程图

三角波产生首先将DAC0832口地址至为4000H，通过A中数值的加一递升，当A中的内容为0时，与0FFH相比，相等时A中的内容减一递减，从而循环产生三角波。

（4）、正弦波程序流程图

正弦波波形设计通过查表指令得出。

（5）、方波程序流程图

方波产生首先将DAC0832口地址至为4000H，当A中的内容为0时，输出对应模拟量，然后延时，当A中的内容为0FFH时，同样输出对应模拟量，再延时，从而得到方波。

（6）、延时子程序流程图

4.画原理图及PCB

5．总结

通过本次实验运用到了以前在单片机中学过的C51芯片及其编程，数字电路中学过的74LS138译码器的知识，模拟电子线路学过的反相比例放大器。

在查阅资料后学习到了DAC0832芯片的引脚及功能。

在有了大体的构思之后开始着手画电路原理图，由于以前的课程设计用过DXP软件的操作和方法，因此画原理图并不算复杂，只是改名字等细节问题还是比较繁复的，在画原理图过程中我参考了单片机书。

开始时使用了总线去画单片机在反复不成功下使用了单线连接，原理图中还加入了老师要求的扩展内容，加入了LED等的亮灭，用单片机编程进行软件控制端口实现还加入了锯齿波的波形输出，用按键选择波形输出，程序的编写调用到了表格输出正弦波形，复习了延迟程序。

为期一周的时间课程即将结束，虽然无法用实际的硬件去实现编程功能的准确性但是还是学习到了不少专业知识感觉收获很大。