数电实验报告.docx
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数电实验报告
数电实验报告
班级：
通信1108班
姓名：
门君毅
学号：
11231117
目录
中频自动增益数字电路研究4
一、实验前准备4
1.加法电路、减法电路、乘法电路、除法电路。
4
2.A/D转换电路、D/A转换电路、控制电路和数字信号补偿电路。
4
3.克服竞争冒险现象、失真现象的技术。
4
4.自动增益数字控制：
4
二、实验目的4
1.掌握中频自动增益数字电路设计,提高系统地构思问题和解决问题的能力。
4
2.通过自动增益数字电路实验,系统地归纳用加法器、A/D和D/A转换电路设计加法、减法、乘法、除法和数字控制模块电路技术。
4
3.培养通过现象分析电路结构特点，进而改善电路的能力。
4
三、设计任务及要求5
1.用加法器实现2位乘法电路。
（说明加法器实现2位乘法电路原理）；5
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。
5
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。
5
4.发挥部分5
四、设计方案及论证5
1.乘法电路5
2.可控加减电路6
3.可控乘除8
4.发挥部分10
五、制作及调试过程15
1.乘法电路15
2.可控加减16
3.可控乘除16
4.发挥部分16
六、系统测试17
1.乘法电路17
2.可控加减18
3.可控乘除18
4.发挥部分19
七、总结20
八、参考文献20
中频自动增益数字电路研究
一、实验前准备
1.加法电路、减法电路、乘法电路、除法电路。
2.A/D转换电路、D/A转换电路、控制电路和数字信号补偿电路。
3.克服竞争冒险现象、失真现象的技术。
4.自动增益数字控制：
自动增益数字控制电路是一种在输入信号变化很大的情况下，输出信号保持恒定或在较小的范围内波动的电路。
在通信设备中，特别是在通信接收设备中起着重要的作用。
它能够保证接收机在接收弱信号时增益高，在接收强信号时增益低，使输出保持适当的电平，不至于因为输入信号太小而无法正常工作，也不至于因为输入信号过大而使接收机发生堵塞或饱和。
二、实验目的
5.掌握中频自动增益数字电路设计,提高系统地构思问题和解决问题的能力。
6.通过自动增益数字电路实验,系统地归纳用加法器、A/D和D/A转换电路设计加法、减法、乘法、除法和数字控制模块电路技术。
7.培养通过现象分析电路结构特点，进而改善电路的能力。
三、设计任务及要求
8.用加法器实现2位乘法电路。
（说明加法器实现2位乘法电路原理）；
9.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。
10.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。
11.发挥部分
（1）用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，若输出成为直流，电路如何更改。
实验研究与思考
（1）D/AC0832工作方式有哪些？
（2）引入竞争与冒险现象，探究其产生原因。
。
（3）测量输出信号失真方法有哪些？
（4）估算或测量发挥部分
（2）输入到输出的时间？
（5）A/D和D/A转换电路的参考电压和输出最大电压有什么关系？
（6）当输出成为一条直线时，能否达到自动增益控制的目的？
（7）输出负载改为8Ω，应如何修改电路？
四、设计方案及论证
12.乘法电路
（1）分析：
如图1-1
图1-1乘法电路原理分析
（2）设计方案
由上述分析，可设计电路如下图2-2
13.可控加减电路
（1）分析：
a.累加器可有一加法器和一存储器构成，具体如图2-1
图2-1累加器电路图
其输出端反馈到输入端与一数相加，实现累加，即c=c+a;
b.减法的实现，A-B=A+（-B）=（A+（-B））补=A补+（-B）反+1，反码可由异或门实现；
（2）经分析，模块实现框图如下图2-2
图2-2流程框图
（3）由上分析，具体设计方案如下（图2-2，图2-3）
图2-3可控加减方案1
方案1原理解析：
位移1用以产生9,3,6周期序列并作为加数或者减数即步长；
加1加2和存储器1用于八位二进制累加，结果为两位十六进制显示；
异或1用于控制加减。
图2-4可控加减方案2
方案2原理解析：
加1和储存器1组成一计数器，用以产生0,1,2,3并作为加数或者减数即步长；
异或2和与1将上述产生的0,1,2,3转化成0,3,6,9实验要求的步长；
加2和存储器2实现累加或累减（当加数取补码时）；
异或1实现对0,1,2,3求补，用于减法；
加3是将存储器2的输出数据0,1,2,3乘以3（实验1中的乘法器原理），得到0,3,6,9输出
（4）方案比较
方案1原理清晰，实现简单，为两位输出0到99；
方案2实现稍微繁琐，为一位有符号输出；
由于当时器材限制，没有20管脚插座和8位存储器且不想出现乱码，故采用方案2；
14.可控乘除
（1）分析
移位寄存器可实现步长是以2为底的幂的乘除法运算，右移时为除，左移时为乘；步长不同的关键就是控制加给移位寄存器的脉冲数。
（2）经分析，各模块实现框图如图3-1
图3-1可控乘除模块实现框图
（3）由上分析，具体设计方案如下（图3-2，图3-3）
图3-2可控乘除方案1
方案1原理解析：
存储器（U1）负责产生步长序列2,4,8；并让步长控制8选1去选择不同的对应脉冲数1,2,3；这些脉冲数进而去控制下面的两个移位寄存器实现不同步长的乘除；存储器273负责选择最终移位后的数据，并输出。
图3-3可控乘除方案2
方案2原理解析：
存储器2做成扭环形，产生周期周期序列（0,8,12,14），经过转化变成步长1,2,4,8；
存储器2的输出原端和非端经与1转化成对应步长1,2,4,8；
加1和存储器1其实构成一累加器，其作用是产生于步长对应的脉冲数。
例如：
当步长是8时，实则需要产生3个脉冲提供给位移1，当3个脉冲产生后，需要屏蔽累加器的脉冲（激发累加器累加的脉冲，即存储器1的9端口），当技术控件作用后才取消屏蔽，继续产生下3个脉冲；
或1和与2用于屏蔽激发累加器的脉冲；例如：
步长为8时，累加步长为1，存储器1输出0-1-2-3-4-5；其对应的低位变化为0-1-0-1-0-1，即低位产生了3个脉冲，而此时让5（0101）通过逻辑转化（DBCA）产生1，和激发累加器的脉冲相或，就可屏蔽脉冲；
位移1用于移位，实现乘除，乘除的步长由存储器1给的脉冲控制；
（4）方案比较
两个电路图原理基本相同，复杂程度方案1相对方案2较复杂，故采用方案2。
15.发挥部分
（1）分析
ADC0809外部特性（引脚功能）：
ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图4-1所示。
下面说明各引脚功能。
*IN0～IN7：
8路模拟量输入端。
2-1～2-8：
8位数字量输出端。
*ADDA、ADDB、ADDC：
3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路
*ALE：
地址锁存允许信号，输入，高电平有效。
*START：
A/D转换启动脉冲输入端，输入一个正脉冲（至少100ns宽）使其启动（脉冲上升沿使0809复位，下降沿启动A/D转换）。
*EOC：
A/D转换结束信号，输出，当A/D转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。
*OE：
数据输出允许信号，输入，高电平有效。
当A/D转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。
*CLK：
时钟脉冲输入端。
要求时钟频率不高于640KHZ。
*REF（+）、REF（-）：
基准电压。
Vcc：
电源，单一+5V。
GND：
地。
图4-1ADC0809芯片引脚图
ADC0809工作过程：
首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。
此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。
START上升沿将逐次逼近寄存器复位。
下降沿启动A/D转换，之后EOC输出信号变低，指示转换正在进行。
直到A/D转换完成，EOC变为高电平，指示A/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。
当OE输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。
转换数据的传送A/D转换后得到的数据应及时传送给单片机进行处理。
数据传送的关键问题是如何确认A/D转换的完成，因为只有确认完成后，才能进行传送。
为此可采用下述三种方式。
（1）定时传送方式：
对于一种A/D转换器来说，转换时间作为一项技术指标是已知的和固定的。
例如ADC0809转换时间为128μs，相当于6MHz的MCS-51单片机共64个机器周期。
可据此设计一个延时子程序，A/D转换启动后即调用此子程序，延迟时间一到，转换肯定已经完成了，接着就可进行数据传送。
（2）查询方式：
A/D转换芯片有表明转换完成的状态信号，例如ADC0809的EOC端。
因此可以用查询方式，测试EOC的状态，即可确认转换是否完成，并接着进行数据传送。
DAC0832结构
DAC0832芯片有20条引脚，采用双列直插式封装，如图4-2所示。
下面说明各引脚功能。
*D0～D7：
8位数据输入线，TTL电平，有效时间应大于90ns（否则锁存器的数据会出错）；
*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（选通数据锁存器），低电平有效；
*WR1：
数据锁存器写选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。
由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生LE1，当LE1为高电平时，数据锁存器状态随输入数据线变换，LE1的负跳变时将输入数据锁存；
*XFER：
数据传输控制信号输入线，低电平有效，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效；
*WR2：
DAC寄存器选通输入线，负脉冲（脉宽应大于500ns）有效。
由WR2、XFER的逻辑组合产生LE2，当LE2为高电平时，DAC寄存器的输出随寄存器的输入而变化，LE2的负跳变时将数据锁存器的内容打入DAC寄存器并开始D/A转换。
*IOUT1：
电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化；
*IOUT2：
电流输出端2，其值与IOUT1值之和为一常数；
*Rfb：
反馈信号输入线，改变Rfb端外接电阻值可调整转换满量程精度；
*Vcc：
电源输入端，Vcc的范围为+5V～+15V；
*VREF：
基准电压输入线，VREF的范围为-10V～+10V；
*AGND：
模拟信号地；
*DGND：
数字信号地。
DAC0832工作方式：
根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：
直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。
图4-2DAC0832芯片引脚图
（2）基于以上分析，可设计如下电路图
a.数字信号输入，模拟信号输出的可控乘电路（图4-3）
图4-3可控乘电路
可控乘电路原理解析
由分析知，其输出输入关系为：
b.数字信号输入，模拟信号输出的可控除电路（图4-4）
图4-4可控除电路
同理可知，可控除法电路的输入输出关系为
c.自动增益电路图如图4-5
图4-5自动增益电路
自动增益电路原理解析：
图4-5中的8位ADC0809连接电路，输出的8位数字量和输入模拟信号ui成正比。
输入模拟信号越大，输出数字量越大。
ADC0809输出数字量接在DAC0832的低8位数据输入端。
集成DAC0832与运算放大器接成反相比例放大器。
输入电压信号ui接至RFB，内部的反馈电阻R成为放大器的输入电阻。
输出电压信号uO接至UREF，数字量控制的倒T电阻网络为反相比例放大器的反馈电阻。
倒T电阻网络的等效电阻值受输入数字量的控制。
即输入电阻不变，电阻网路的等效电阻变化，其反相比例放大器的增益也随之变化。
根据运算放大器工作在负反馈的线性工作状态，可以求出
其增益为：
从上式可以看出，输入倒T网络的数字量越大，增益越小。
综合两部分电路，可知输入模拟电压越大，输出数字量越大，增益越小。
反之，输入模拟电压越小，输出数字量越小，增益越大。
以保证输出电压在一定的范围内，达到增益可调的设计指标。
五、制作及调试过程
16.乘法电路
（1）制作及调试
a.分析题目，弄清设计要求及各个模块实现功能；
b.组合各模块，设计最终电路图，并进行仿真调试；
c.实验室连线，对仿真电路图进行实际验证；
d.购买器件，焊板子；
e.对板子进行检测和调试。
（2）遇到问题及解决方案
在由仿真到实验室连线时，发现实验室连线结果总比仿真的理论结果大1，后经检验发现，74LS283的CO端未接地。
17.可控加减
（1）制作及调试
a.分析题目，弄清设计要求及各个模块实现功能；
b.组合各模块，设计最终电路图，并进行仿真调试；
c.实验室连线，对仿真电路图进行实际验证；
d.购买器件，焊板子；
e.对板子进行检测和调试。
（2）遇到问题及解决方案
在由仿真到实验室连线时，发现实验室连线时数码管的符号位不正确，后经检验发现，仿真中数码管悬空时为低电平，而在实验中却为高电平。
18.可控乘除
（1）制作及调试
a.分析题目，弄清设计要求及各个模块实现功能；
b.组合各模块，设计最终电路图，并进行仿真调试；
c.实验室连线，对仿真电路图进行实际验证；
d.购买器件，焊板子；
e.对板子进行检测和调试。
（2）遇到问题及解决方案
发现实验室连线时，由于线路相对前面的实验较为复杂，故而连错线或则漏连线的可能性较大，连线时应加倍小心。
其余的没什么大问题。
19.发挥部分
（1）制作及调试
a.分析题目，弄清设计要求及各个模块实现功能；
b.组合各模块，设计最终电路图，并进行仿真调试；
c.实验室连线，对仿真电路图进行实际验证；
d.购买器件，焊板子；
e.对板子进行检测和调试。
六、系统测试
20.乘法电路
（1）测试方案
如表1-1，A1A0，B1B0分别为两个二位乘数，DCBA为输出四位，可接数码管；
具体测试可按下表（表1-1）
A1
A0
B1
B0
D
C
B
A
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
0
1
0
0
1
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
1
表1-1乘法电路调试表
（2）测试结果数据如表1-2
A1
A0
B1
B0
显示
0
1
0
1
1
1
0
0
1
2
1
1
0
1
3
1
0
1
0
4
1
1
1
0
6
1
1
1
1
9
表1-2乘法电路测试结果数据表格
（3）结论
测试结果与理论相符，电路图可行。
21.可控加减
（1）测试方案
可控加减的具体调试可按下表（表2-1）
步长
加减
结果
3
0
-9，-6，-3,0,3,6,9
3
1
9,6,3,0，-3，-6，-9
6
0
-9，-3,3,9
6
1
9,3，-3，-9
9
0
-9,0,9
9
1
9，0，-9
表2-1加减电路调试表
（2）加减电路测试结果数据如上表2-1.
（3）结论
测试结果与理论相符，电路图可行。
22.可控乘除
（1）测试方案
可控乘除的具体调试可按下表（表3-1）
步长
乘除
结果（十六进制）
2
乘
01,02,04，08,10,20,40,00
2
除
40,20,10,08,04,02,01,00
4
乘
01,04,10,40,00
4
除
40,10,04,01,00
8
乘
01,08,40,00
8
除
40,08,01,00
表3-1乘除电路调试表
（2）乘除电路测试结果数据如上表3-1.
（3）结论
测试结果与理论相符，电路图可行。
23.发挥部分
（1）测试方案
可控乘电路的具体调试可按下表（表4-1）
数字量（H）
00
01
02
04
08
10
20
40
80
FF
增益
0
1
2
4
8
16
32
64
128
255
表4-1可控乘电路电路调试表
可控除电路的具体调试可按下表（表4-2）
数字量（H）
01
02
04
08
10
20
40
80
FF
增益倒数
1
2
4
8
16
32
64
128
255
表4-2可控除电路调试表
自动增益电路的具体调试可按下表（表4-3）
输入电压与参考电压（5V）之比
1
2
4
8
16
32
64
128
256
增益
1
2
4
8
16
32
64
128
255
表4-3自动增益电路调试表
（2）测试结果
数字输入模拟输出可控乘除电路测试结果数据如上表4-1和表4-2.
自动增益电路的测试结果与表4-3出入较大。
（3）结论
数字输入模拟输出可控乘除的测试结果与理论相符，电路图可行。
自动增益的测试结果与理论不符，需从新设计方案。
七、总结
本次数电实验，我做了大量的工作，具体有设计电路图，实验室连线，选购器材，焊板子，以及测试结果等。
在整个过程中，发现了不少问题，在解决问题的同时不仅有对做知识的巩固和消化，也有对学习中漏洞的改正。
总的来说这门课程让我学到了很多。
数电实验提高了我的系统分析能力。
让我明白做事不仅要注意细节，还不能忽视全局！
设计电路或者在以后搞设计，都要考虑条件的限制，要有能在一定的限制条件下克服种种困难，最终完成任务，发明创新的能力。
在接下来的学习和事件过程中，我将要做到：
1、扎实的功底，扎实的功底是兴趣的来源也是学习取得动力，如果书本上的只是都学不好将难以取得更大的进步。
2、多阅读课外文献，好的知识，不仅来自于书本，更来自于思想，要充分借鉴别人的思想，不能固步自封。
3、做什么都要踏踏实实，认认真真，不可投机取巧，偷工减料！
4、要敢于创新，善于创新，并不断创新。
别人的东西可以借鉴，但决不可全盘盲目接收，对待科学要时刻怀着一颗怀疑的心！
要敢于质疑权威！
！
总的来说，本次数电实验课程让我收获很多。
我会在今后的学习中更加努力。
八、参考文献
[1]侯建军.数字电子技术基础[M].高等教育出版社，2007，12
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