北交大数电实验报告

图 2-2 中频自动增益数字电路
i.
第一部分：模数转换电路（如图 2-3） 模数转换功能由 ADC0809CCD 芯片实现，其管脚图如图 2-4，IN0~IN7 为 8 个标 准的 CMOS 模拟开关， ADDA~ADDC 为 3 位地址锁存器，8 个模拟通道一一对应 3 位地址锁存器所组成的 8 种状态，设计图中选择模拟通道 IN0，所以 ADDA~ADDC 均接地置零。将 UREF 设定为 5V，将之送入比较器与输入模拟电压 Ui 进行比较，结 果送入 8 位比较寄存器，因为 START 与 ALE、EOC 相连，所以在通道选定的同时开 始 A/D 转换，上一次转换结束就开始下一次转换，直到转到最低位为止。转换后输出 数字信号低 4 位传送到 8 位比较器的低位片，高 4 位传送到高位片。
（1） 任务分析： 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。因此，就需要当输入大信号的时候电路的增益较小，输入 小信号的时候电路的增益较大。 （2） 设计原理： 根据实验提示（图 2-1） ，该自动增益数字控制电路应分为五部分，第一部分是模 数转换电路，它将输入的模拟信号按式 2-1 的方式转换成数字信号，并用 8 位二进制数 字表示
4 / 15
1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 0 0 1 1
0 1 0 1 0 1 0 1
0 2 4 6 0 3 6 9
测试数据完全符合乘法运算的规则，均为正确结果，所以证明电路设计正确，利用加法 器实现乘法功能的思路可行。
1．4
实验小结
虽说是基础实验，但第一次使用数电实验箱，第一次使用数字电路芯片，在开始的时候 仍会有些手忙脚乱，但熟悉实验过程后，便变得得心应手。基础实验的安排着实有利于我们 熟悉数字电路的特点，说是为后面的发挥部分打下基础一点都不为过。
7 / 15
图 2-3 模数转换电路
图 2-4
ADC0809CCD 的管脚图
ii.
第二部分：数值比较电路（如图 2-5） 8 位数值比较电路由两片 4 位比较器 7485 级联构成，其管脚图如图 2-6 所示。低 位片对低 4 位进行比较，因为没有更低位比较结果输入，其级联输入端 IA》B、IA=B、IA
图 1-1 二位乘法展开
通过运算过程可以看出，利用与门对输入的四位数据进行与操作，分别得到
X 0 A0 B0 ，X 1 A1 B0 ，Y1 A0 B1 ，Y2 A1 B1 ， 然后利用四位加法器， 对 X 3 X 2 X1 X 0
与 Y3Y2Y1Y0 进行加法运算，输出 3 2 1 0 即为乘法所得的结果，送入带有译码器的七 段数码管显示即可。 （3） 具体电路设计： 通过原理分析可知， 需要使用 4 个与门和一个 4 位加法器来实现电路功能， 与门选 择 74LS08 芯片，四位加法器使用 74LS283，根据设计思路容易得到仿真电路见图 1-2。
5 / 15
2
2．1
发挥部分：中频自动增益数字电路
设计任务要求
（1） 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 3~4V 的同频率、不失真的正弦波信号。精度为 8 位，负载 500Ω。 （2） 若输出成为直流，电路如何更改。
2．2
设计方案
1．3
系统测试
通过依次改变各个位的输入电平，观察数码管显示示数乘法运算的结果，输入及数码
管输出结果如表 4-1。
表一 4- 1 测试数据表
输入 A3 0 0 0 0 0 0 0 0 A2 0 0 0 0 1 1 1 1 A1 0 0 1 1 0 0 1 1 A0 0 1 0 1 0 1 0 1
数码管输出 Z 0 0 0 0 0 1 2 3
2 / 15
1
1．1
基础部分：二位乘法器电路设计
设计任务要求
利用加法器设计一个以两位二进制数为乘数和被乘数的二输入乘法器， 并用七段数码管 显示。
1．2
设计方案
（1） 任务分析： 通过观察乘法的运算步骤， 将乘法运算转变为加法运算， 利用加法器实现乘法器功 能。 （2） 设计原理： 题目要求实现二位的乘法， 我们假设两个乘数用二进制分别为 A1A0 和 B1B0， 我们 乘法展开见图 1-1。从二位乘法展开式中可以看到，如果实现乘法的话要用到与门运算 和加法运算。
uo
Kui D
（式 2-2）
因为 D 为锁存器中所存储的输入信号的峰值，因此可得到电压增益的表达式如下：
G
U0 28 U i D0 20 D1 21 D3 23 …… D7 27
（式 2-3）
由此可等，电压增益是一个随信号峰值不断变化的值，当输入信号增大时，增益减小， 当输入信号减小时，增益减小。 （3） 具体电路设计： 根据以上实验原理，设计如下中频自动增益数字电路，如图 2-2。
数电实验报告
学 专
院： 业：
学生姓名： 学 号：
任课教师：
目录
1 基础部分：二位乘法器电路设计......................................................................... 3 1．1 1．2 1．3 1．4 2 设计任务要求........................................................................................... 3 设计方案................................................................................................... 3 系统测试................................................................................................... 4 实验小结................................................................................................... 5
发挥部分：中频自动增益数字电路..................................................................... 6 2．1 2．2 2．3 2．4 2．5 设计任务要求........................................................................................... 6 设计方案................................................................................................... 6 制作及调试过程..................................................................................... 11 系统测试................................................................................................. 13 实验小结................................................................................................. 14
3 / 15
图 1-2 二位乘法仿真电路
其中， 需要注意的是加法器的进位端和没有输入的端口都需要接地， 进位端接地是 因为无前级进位计算，无需累加进位；没有输入的端口接地表示该位为“0” 。这个在后 面的电路设计中都需要注意， 在仿真中电路的悬空都是按 0 处理， 而在实际电路中有时 候是 1 有时候确实 0，所有在实际的电路中悬空的输入端都要接地表示为 0。
9 / 15
图 2-8 74LS373 管脚图
iv.
第四部分：数模转换及放大电路（如图 2-9） 数模转换芯片使用 DAC0832，由于其内部没有提供运算放大器，在设计时需要外 接 LM324 完成放大功能。 电路图中 ILE 接高电平，其余控制端均接低电平，DAC0832 中两个锁存器处于常开通状态，处于直通工作方式，输出随数字输入变化而变化。 当反馈电阻输出端加上交流输入信号 Ui，IOUT2 接地并接到运算放大器的同相输入 端， 参考电压 UREF 同时接到运算放大器的输出端， IOUT1 接到运算放大器的反相输入端， 则把 R-2R 型电阻网络构成了运算放大器的反馈元件，用 R-2R 型电阻网络和运算放大 器实现了模拟信号被数字 D 相除的除法器。即，这里，K 是系数，D 是与数字量,公式 表示在 Ui 变大的时候，D 也变大，从而保证了商也就是输出结果保持稳定。
3 4
实验总结............................................................................................................... 15 参考文献............................................................................................................... 15
图 2-7 锁存电路及双门控信号的控制
每隔 15 个计数脉冲，峰值异步清零一次时，控制一级锁存 LE=1，输入端数据由 一级锁存器输出端输出。当然，若 A>B，输入端数据也由一级锁存器输出端输出，不 断更新使 B 一直为峰值，这就保证了将峰值输出至二级锁存输入端。 二级锁存器由计数器和非门组成周期性清零后信号及比较器输出信号共同控制， 只有当下 A<B 且周期性清零时，LE=1，此时二级锁存输入端信息由输出端传出。当两 项条件任一不满足时，输出端信息被锁存。 两级锁存器保证了输出信号峰值的持续输出，经过锁存器后，数字信号到达数模 转换器 DAC0832。
《B
应接 0、0、1.高位片对高 4 位进行比较，级联输入端接低 4 位的比较器输出端。如
果两个高 4 位数不等，则输出取决于高位片结果，否则取决于低 4 位。8 位比较器输 出结果用于协助控制门控信号，经模数转换器转换后的数字信号由 8 个与门 74LS08 传送到一级锁存器输入端。
图 2-5 数值比较电路
D0 20 D1 21 D3 23 …… D7 27 255
ui U REF
（式 2-1）
wenku.baidu.com
图 2-1 自动增益数字控制电路原理图
第二部分为数值比较电路， 该部分用于比较模数转换所产生的数字大小， 当新输入 的数值大于之前输入的数值时，将新数值存入锁存电路，即实现记录信号峰值的功能。
图 2-6 7485 管脚图
iii.
第三部分：锁存电路及双门控信号的控制（如图 2-7）
8 / 15
该部分由两片 74LS373 锁存芯片、两片两输入与门 74LS08 芯片，74161 计数器芯 片、7422 四输入与非门芯片、7404 非门、7400 与非门、7402 或非门等构成。 第一个门控信号由计数器 U9 以及几个非门、与非门控制。若要门控信号为 1， 则需过与非门两信号任一为 1 即可，即当峰值清零时或 A>B，满足任一条件时，信号 可以通过一级锁存器。 第二个门控信号由计数器控制， 因为引线 R 为高电平， LD 为低电平时为同步预置 送数功能，计数器将输入的 0000 输出，当 R=LD=1 时，计数器计数工作。因为 ENP、 ENT=1，执行加 1 计数。Q3Q2Q1Q0 由 0001 不断加一至 1111，此时计数器经历 15 个 计数脉冲，再加 1 时进位，进位输出 CO 为 1，16 个计数脉冲结束后计数器恢复初始 状态。因此，每隔 15 个计数脉冲，峰值异步清零一次。
6 / 15
第三部分为锁存电路，用于存放数字信号的峰值，由于信号峰值有可能从大变小， 而此时再进行数值比较，新输入的信号始终会小于此时锁存器中的信号峰值，因此，考 虑利用两片锁存芯片级联， 第一片每隔一定时间自动清零， 而第二片中始终存储来自第 一片锁存器所记录的信号的峰值。 第四部分为数模转换电路及放大电路，它实现的是如式 2-2 的数模转换功能，