中频自动增益控制电路

1、北京交通大学数字电子技术实验中频自动增益数字电路研究数字电子技术实验报告中频自动增益数字电路的研究学 院：电子信息工程学院专 业：通信工程学 号：13211110学 生：小组成员目录第一章 实验简述及目的41.1实验简述41.2 实验目的41.3 实验特点4第二章 设计任务要求42.1 基本要求42.2 发挥部分5第三章 设计方案及论证53.1 基本部分53.1.1 任务分析53.1.2 实验方案63.1.3 方案及系统机构设计73.1.4 具体电路设计93.1.5 测试结果及分析103.2 发挥部分113.2.1 任务分析及方案比较113.2.2 系统结构设计123.2.3 具体电路设计14

2、3.2.4 仿真结果及分析153.2.5 实物电路图17第四章 实验思考与总结174.1 研究与思考174.2 实验总结184.3 参考文献19第一章 实验简述及目的1.1实验简述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。1.2 实验目的1. 掌握中频自动增益数字电路设计可以提高学生系统地构思问题和解决问题的能力。2.

3、通过自动增益数字电路实验可以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 。3. 培养学生通过现象分析电路结构特点，进而改善电路的能力。1.3 实验特点1 给出不同功能数字电路，设计数字控制电路，体现数字系统数字控制性能。2   用模拟信号的输入和输出波形，设计控制增益数字电路，展开思路，体现开放性。第二章 设计任务要求2.1 基本要求（1）用加法器实现2位乘法电路。 2.2 发挥部分（1）设计一个电路，输入信号50mV到5V峰峰值，1KHZ10KHZ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

4、500。（2）发挥部分（1）中，若输出成为直流，电路如何更改。第三章 设计方案及论证3.1 基本部分3.1.1 任务分析（1）用加法器实现2位乘法电路。用加法器实现两位乘法，可考虑利用乘法电路的乘法公式，将相应数的高位和低位依次对应相乘，将乘得的结果按照乘法公式依次送入74LS283的输入端。由计算公式3-1可知，两个二进制数（A1A0与B1B0）相乘，可得到四位二进制数分别相乘的积（A1B1，A1B0，A0B1，A0B0），令S2=A1B1，S1=A1B0+A0B1，S0=A0B0，则输出S2、S1、S0即可。式3-13.1.2 实验方案方案一根据二进制数的乘法公式，设两位二进制分别为A1、

5、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。方案二用74LS138的译码功能，将相与的两位数送入地址选入端A、B，输出端Y3为所得的结果，只有当A、B处的数全为1时，输出Y3才为1，否则为0，这样就达到了用74LS138代替与门74LS08的效果。剩下的加法功能与方案一样。方案比较：第一个方案用一个74LS08就可以实现四个与门的功能，而第二种方案需

6、要4个74LS138，显然方案一更好，所以选方案一，但是方案二所采取的思想有较大的参考意义。3.1.3 方案及系统机构设计采用四位快速进位加法器74LS283和与门74LS08，其中任意两个二进制数的乘运算通过与门74LS08实现，它由四组2输入端的与门（正逻辑）构成，其引脚图如图3-1所示。图3-1 74LS08引脚图三个结果的求和通过将运算结果输入到加法器74LS283的不同位实现，它是四位二进制全加器，其逻辑图与引脚图如图3-2所示。图3-2 74LS23逻辑图与引脚图电路的结构图如图2-3所示。图3-3 乘法器电路结构图3.1.4 具体电路设计图2-4 用加法器实现2位乘法电路图如图3

7、-4所示，用加法器实现2位乘法电路的电路图由两个芯片构成，分别是74LS08与74LS283。两个两位二进制数A1A0与B1B0在74LS08中进行了与运算，即相乘后产生四个二进制数A1B1、A1B0、A0B1、A0B0，进入了74LS283中，经过全加器的运算产生S3S2S1S0，其中S3=0，S2=A1B1,S1=A1B0+A0B1,S0=A0B0，连接数码管后即可输出计算结果。3.1.5 测试结果及分析表格3-1 理论与测试结果实际测试结果与理论计算结果一致，此电路图是正确的。3.2 发挥部分3.2.1 任务分析及方案比较本题的关键在于峰值捕获，如果能确定一个信号的峰值，那么就有多种方法

8、实现信号增益的自动控制，以下是我们在分析实验时的两种方案。 方案一：将信号通过其峰值作为的参考电压的ADC获得该信号每时每刻对峰值的占比，再将该比值通过不同参考电压的DAC来恢复出频率、波形一致，振幅稳定在一定范围内的输出信号。 这种思路的优点是精度比较高，而且ADC和DAC都可以作为理想元件处理，不需要考虑实际元件的各种特性，只要能够达到理想元件的要求即可实现。缺点是ADC只能处理正信号，因此一个正弦信号必须通过全波整流，或者分出一路信号经反相器来分别处理，其对应DAC的结果再次过反相器来还原，最终通过模拟加法器来恢复整个信号，需要元件多，电路复杂；方案二：直接将峰值经过

9、要求的输出电压为参考电压的ADC，获得一个信号对应的线性变化系数，再将输入信号通过一个以此变化系数作为数据输入的非理想DAC，也即是通过调整DAC芯片的接法（乘、除）和反馈电阻大小来与此系数配合，实现输入信号的幅值控制。 这种思路的优点是需要元件少，电路简单，不需要对输入信号分正负处理；缺点是需要考虑模拟因素，需要通过计算来确定反馈电阻的大小，从而造成精度比较低。以上两种方案是获取峰值之后的对信号的处理方法，下面两种方案是捕获一个正弦信号的峰值的方法。 方案一是纯数字比较。具体实现是将原信号通过一个参考电压大于其最大可能幅值的ADC，获得一个二进制数据Dn，并通过一个与AD

10、C共时钟的寄存器M将其保存下来，那么每一时刻都有ADC的输出数据Dn和M保存的上一时钟周期的ADC数据Dn-1。将Dn和Dn-1通过一个数据比较器进行比较，将比较器的输出端通过JK触发器进行逻辑运算，使得当ADC的数据增大时JK触发器输出0，ADC数据减小时JK触发器输出1。至此，以JK触发器的输出作为另一个输入连接M输出的寄存器N的时钟信号，即可实现将任意ADC数据波形的峰值数据保存下来。将此峰值数据通过一个参考电压与ADC相同的DAC，即可将信号的峰值准确恢复出来。 这种思路优点是速度快，理论上可以实现一个周期内捕获信号峰值，而且比较部分通过数字实现，精度高；而缺点也很明显，就是

11、受误差影响很大，尤其在波形不稳定，经常出现抖动、毛刺的情况下会导致捕获到错误的峰值，而且对ADC的采样速度有较高要求，如果ADC采样速度低则会导致峰值有偏差，因此实际电路中我们并未采取这种方法。方案二是创造一个不断升高的电压档位信号与输入信号作电压比较，将比较结果通过逻辑运算确定当前信号幅值的对应档位，再借此控制输入信号的乘除倍数来实现增益控制。在本方案中，档位信号是通过计数器控制一个参考电压稳定且大于信号最大可能幅值（实际取5V）的DAC的数据输入来实现的。档位信号在输入信号的一个周期内保持不变，因此总有与信号最大幅值作比较的机会，从而可以稳定捕获峰值，但是同时也要求档位信号的周期（2n次电

12、压递增，n位DAC的位数）必须大于输入信号最大周期的2n倍。 这种思路的优点是能稳定捕获峰值，可以处理有较大误差的信号，不会出现失真；缺点是捕获速度慢，如果输入信号的幅值正好是最大可能幅值，则需要经过2n个最大周期才能捕获峰值，尤其是当要求精度很高即n值很大时，捕获时间会比较长。考虑到题目要求并不十分严格，所以我们最终采取了基于这种思路的方案二。3.2.2 系统结构设计首先对输出信号进行数模转换,然后用两个74LS85构成八位比较器，7485管脚图如图3-5所示，采用74LS08相结合周期清零构成峰值异步清零，74LS08管脚图如图3-1所示，对于周期性清零是用74LS161与74L

13、S22结合形成周期性清零,用74LS373（管脚图如3-6所示）完成第一锁存与第二锁存，最后通过D/AC0832整个过程完成除法器与数模转换，形成稳定信号。图3-5 7485管脚图 图3-6 74LS373管脚图D/AC0832采样频率为八位的D/A转换芯片，它的管脚图及内部电路图如图3-7所示，其中 IOUT1是电流输出端1，其值随DAC寄存器的内容线性变化。DAC0832输出的是电流，一般要求输出是电压，所以还必须经过一个外接的运算放大器转换成电压。图3-7 D/AC0832的管脚图及内部电路图3.2.3 具体电路设计图3-8  中频自动增益数字电路D/AC0

14、832由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。运算放大器输出的模拟量u0为： （式3-2）由式3-2可以看出输出的模拟量uo与数字量 成线性关系。即可实现可控的乘/除法。3.2.4 仿真结果及分析图3-9 50mv仿真结果图3-10 5v仿真结果仿真完全正常，输出信号没有产生失真，幅值范围成功控制在3-4V之间，此电路图是正确的。3.2.5 实物电路图我们连的电路图：第一次出来的图形：经过第二次重新连线，调试，出来的图形就正常了，如下：第四章 实验思考与总结4.1 研究与思考（1）加法器实现2位乘法电路原理？两个二进制数（A1A0与B1B0）相乘，可得到四

15、位二进制数分别相乘的积（A1B1，A1B0，A0B1，A0B0），令S2=A1B1，S1=A1B0+A0B1，S0=A0B0，则输出S2、S1、S0即可。 （2）D/AC0832工作方式有哪些？ D/AC0832工作方式包括双缓冲工作方式、单缓冲工作方式和直通型工作方式。 （3）操作中引入竞争与冒险现象，探究其产生原因。 在实际电路中，由于信号变化时的过渡过程不一致和门电路的传输延时的存在，会使电路产生竞争与冒险现象。其中，将一个门电路多个输入端信号同时跳变，或者一个信号经由不同的路径传到同一个门的输入端致使信号到达的时间不同的现象称为竞争，由于竞争而可

16、能在电路输出端产生尖峰脉冲的现象称为冒险。（4）测量输出信号失真方法有哪些？ 测量输出信号失真有直接测量和间接测量两种方法。直接测量法：失真度仪由输入电平调整电路、基波抑制电路和电子毫伏表等三部分组成。被测信号输入电平调整电路后,将开关置于“1”位置，电子毫伏表指示在满度(1伏)。将开关拨向“2”，调整基波抑制电路使基波抑制到最低限度。这时毫伏表的刻度即为基波与谐波电压有效值之比，直接指示失真度。间接测量法:被测信号通过开关S的“1”位置，经基波抑制电路调谐后，由毫伏表指示全部谐波电压值；然后将开关S接至“2”，并调整衰减器使毫伏表指示原来位置。从衰减器度盘上读出失真度。此法操作复杂

17、，但测量精确度较高。 （5）估算或测量发挥部分（2）输入到输出的时间？ 输入输出时间差主要是在DAC0832造成的。 （6）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？最大输出电压和参考电压的关系是：（7）当输出成为一条直线时，能否达到自动增益控制的目的？ 不能达到自动增益的目地，我们所要的是找到合适的增益，并且使输出和输入波形变化一致。 （8）输出负载改为8，应如何修改电路？ 修改驱动负载电路的电阻，使其能够驱动负载。4.2 实验总结在本次数电实验中，我们主要做了两个实验，一个是基础实验用加法器实现2位乘法电路，一个是

18、发挥实验中频自动增益数字电路。其中第一个电路是自己做的，通过老师上课讲解的大体原理，用加法器74LS283和与门74LS08设计出来，因为是2位乘法电路，所以不用考虑进位，就比较简单。而第二个实验3人为一组，我们首先对老师给的电路图进行了仿真，结果发现效果并不是很理想，增大电压时增益变化比较大，所以我们对电路进行了改造，加了两个负载，最终的仿真效果十分理想。但是尽管如此，我们搭电路的时候还是遇到了很多问题。最开始搭好电路后示波器没有输出，所以我们只能一点一点的检查电路，结果发现真的因为马虎，不少接口没有接地或者连接错误，在改正后终于出现了波形，但是可能是因为信号干扰太强，导致我们的电路在输入小信号时效果并不理想，杂波十分严重，但是大信号时的效果还是很好的，尤其是除法电路的部分。通过这次试验，我们了解到看芯片手册是一件十分重要的事情，因为他不仅可以告诉你芯片的引脚图，还有芯片的内部结构的作用，学会看芯片手册对我们的电路设计十分