电子设计报告(打印)

电子课程设计报告
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一、设计内容
信号源：利用电路产生一个频率为10kHz，幅值为±5v的模拟正弦信号；AD采集电路：对该信号进行16位的采样，转换成数字信号，请选择合适的AD器件并完成电路设计；
单片机电路：选用合理的单片机，设计单片机最小系统的电路，包含有键盘电路、LED数码管显示电路、复位电路、时钟晶振电路；
DA输出电路：假设将输入的信号同时输出，请选择合适的DA器件并完成电路设计。

二、设计分析
根据对设计内容及要求进行分析，得出该系统首先需要利用模拟电路知识设计出一个信号发生电路，利用该电路产生一个频率为10KHz的模拟正弦信号，再设计一个16位AD转换电路，利用该电路对模拟信号进行16位的采样，转换成数字信号，然后将该数字信号送入单片机，单片机电路要包括键盘电路、LED数码管显示电路、复位电路、时钟晶振电路；最后设计一个DA转换电路，通过单片机将数字信号送入DA转换电路，输出模拟信号。

系统框图如下：
1、模块分析
信号产生模块：根据设计要求，需要考虑输出信号的频率、幅值；同时要保证输出波形不失真，有一定的带载能力。

AD转换模块：设计要求对模拟信号进行16位采样，精度比较高，所以需要的AD芯片的转换速率也比较快。

单片机最小系统：该设计中AD采集电路的精度要求比较高，所以要求AD转换速率要大，如果选用普通的51单片机，其速率很难达到要求。

所以要选择一种高速率单片机。

DA转换模块：DA转换模块同AD转换模块相同，同样需要转换速率较高的芯片。

2、系统方案选择
根据上面的分析，首先需要设计一个模拟信号产生电路。

方案一：采用三级管搭建LC正弦波振荡电路，此方案虽然电路简单，但调试比较麻烦，如果是采用电感反馈式，谐波成分比较多。

方案二：直接采用用集成运放构建RC振荡电路，此方案实现简洁，
调试方便，但是此电路静态功耗较大。

综合考虑设计要求，选择方案二实现信号产生电路。

三、选用的器件
由以上的分析；查阅资料，经过比较研究，综合考虑得出信号产生模块可以选择TI公司的芯片OP07，该芯片温漂电压的温度系数为15uV/℃，输入失调电压为30uV。

AD转换模块可以选择AD公司的AD7980芯片，其转换速率高达1M以上，分辨率为1.53×10-5，误差最大为±1.25LSB，功耗为7.2mW，所以可以满足16位采集精度要求。

单片机可以选择C8051F020单片机，C8051F系列是一种典型的高性能单片机 ,完全集成混合信号系统级芯片（SOC System of Chip），完全兼容MCS-51。

采用流水线（pipe line）技术，不再区分时钟周期和机器周期，提高了指令执行效率。

所以我们选取C8051F020单片，该单片式一种高速单片机，具有100个引脚，其中64个I/O口。

DA转换模块选择TI公司的DAC8552芯片，DAC8552是一个16位，双通道，电压输出数字-模拟转换器（DAC），相对精度：4LSB，
提供低权力运作和灵活的串行主机接口。

供电电压为2.7V至5.5V的范围。

该设备支持标准的3线串行接口，输入数据时钟频率高达30MHz。

四、电路设计图
信号产生电路:
信号产生电路采用OP07运算放大器，利用RC震荡电路产生频率位10KHz的正弦波，其电路图如下：
6K
AD转换电路：
AD转换电路采用16位AD7980，分辨率=1/216-1，其参考电压为2.5V，模拟信号通过输入端输入芯片，转换成数字信号，输入到单片机进行处理，其电路图如下：
2.5
AD转换电路
单片机最小系统：
单片机最小系统是基于单片机C8051F020组成，该最小系统包括了时钟晶振电路、复位电路、4×4的矩阵键盘以及七段数码管的显示模块，晶振选为22.1184MHz。

该最小系统能实现单片机控制的输入（键盘）及单片机的显示输出（数码管）功能，电路图如下。

1uF
V
单片就最小系统电路
DA 转换电路：
DA 转换电路采用16位DAC8552芯片，单片机输出的数字信号送入该电路，经过DA 转换后输出模拟信号，DA 参考电压为+5V ，输出电压V OUT =V ref ×D/65535，由于其输出电压时单极性的，所以需要一个电压转换电路，这里采用OPA703构成，其电路如下图：
VDD
1
VREF 2
VOUTB 3
VOUTA 4
GND
8
DIN
7SCLK
6SYNC
5U3
DAC8552
C12104
C1110u F
P2.0
P2.1
P2.2
AR1
OPA703
VCC
VCC
R910K
R10
10K
VOUT
DA 转换电路
五、设计结果达到的技术指标
5.1 正弦波输出模拟结果，正弦波输出波形模拟结果如下图。

由图可以看出，正弦波的周期为100.228us ，频率位10KHz,幅值为±3.145V 。

5.2 AD转换的转换速率及分辨率。

AD7980的转换速率为1Msps，分辨率=1/216-1
5.3 DA转换的转换速率及分辨率
DAC8552的最高工作频率为30M，转换速率为10Msps，分辨率=1/216-1，最大误差为4SLB。

5.4 单片机的工作频率
单片机的晶振电路选择的是22.1184MHz的晶振，所以工作频率为22.1184MHz。

附：整体电路图
1uF
V
2.5。