中频自动增益数字电路研究

1、中频自动增益数字电路研究姓名学号122110xx同组成员 00 122hooo数电教师郭勇吋间2014/11/3目录实验目的1二技术指标及设计耍求11 基本耍求12发挥部分1三设计方案及论证21 基本要求2(1) 任务分析2(2) 方案及系统结构设计2(3) 具体电路设计3(4) 测试结果及分析42发挥部分5(1) 任务分析及方案比较5(2) 系统结构设计6(3) 具体电路设计8(4) 仿真结果及分析8四实验研究与思考10五心得体会11六参考文献12fi动增益数字控制电路是一种在输入信号变化很大的情况卜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耍的

2、作用。它能够 侃证接收机在接收弱信号时增益高，在接收强信号时增益低，使输出保持适当的低电平，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人而使接收机发牛堵塞或 饱和。-实验目的及实验特点1实验目的：1、掌握中频a动增益数字电路设计付以提高学生系统地构思问题和解决问题的能力。2、通过自动増益数字电路实验町以系统地归纳川加法器、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。2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岀波形，没计控

3、制增益数字电路，展开思路，体现开放性。二、技术指标及设计要求1基本要求(1) 川加法器实现2位乘法电路。(2) 用4位加法器实现可控累加(加/减，-9到9,步长为3)电路。最人数字和为两 位10进制数18。(要求二进制转化为十进制电路设计不能川模块74185)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， 输岀信号为3到4v的同频率，不失真的正弦波信号。精度为8位，负载500q。(2) 发挥部分(1)中，若输出成为直流，电路如何更改。3实验研究(1)加法器实现2位乘法电路原理?(2) d/ac0832丄作方式有哪些？(3) 引入竞争与胃险现象，探

4、究其产生原因。(4) 测景输出信号失真方法柯哪些？(5) 估算或测量发挥部分(2)输入到输出的吋间？(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？(7) 当输岀成为一条直线时，能否达到a动增益控制的fi的？(8) 输出负载改为8q,应如何修改电路？三设计方案及论证1 基本要求(1) 任务分析由计算公式1-1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, aobo),令 s2=a1b1, s1=a1bo+aob1, so=aobo, 则输出s2、si、so即可。ai ,4ox bi bqaibo + ai b

5、i x4o bis2 si 4o bo公式1-1(2) 方案及系统结构设计采用网位快速进位加法器74ls283和与门74ls08,其屮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1-1所示。14 131211109n1234567vcc4a 4b 4y 3a 3b 3y门门门门门门gndu2y1a ib 1y 2a 2b阁1-174ls08引脚阁制全加器，其逻辑图引脚图如图1-2所示,阁1-2 74ls238逻辑阁与引脚阁 电路的结构阁如阁1-3所示。三个结果的求和通过将运算结果输入到加法器74ls283的不m位实现，它是四位二进图1-

6、3乘法器屯路结构图dcd_hex_yellow罔1-4用加法器实现2位乘法电路阁如图1-4所示，川加法器实现2位乘法电路的电路图由两个芯r构成，分别是74ls08 与74ls283。两个两位二进制数a1a0与b1b0在74ls08屮进行了与运算，即相乘后产生 四个二进制数a1b1、a1b0、a0b1、aobo,进入了 74ls283中，经过全加器的运算产生 s3s2s1s0,其中s3=0, s2=a 1b1 ,s 1 =a 1b0+aob1 ,s0=aobo,连接数码管后即可输出计算结果。（4）测试结果及分析表格1-1珂论与测试结果ai（一进制）ao（二进制）bi（一进制）bo（一进制）理论结

7、果 （十进制）测试结果 （1进制）111199111066110133110000101166101044100122100000011133011022010111010000001100001000000100000000由上表可知，实际测试结果与理论计算结果一致，此电路阁是正确的。2发挥部分(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，那么就宥多种方法实现信号增 益的自动控制，以k是我们在分析实验吋的两种方案。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伉的占比, 冉将该比值通过不同参考电压的dac來恢兌出频率、波形一致，振幅稳定在一定

8、范围内的 输出信号。这种思路的优点足精度比较高，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，k 对应dac的结果冉次过反相器來还原，敁终通过模拟加法器米恢釔整个信兮，耑要元件多， 电路复杂；方案二：直接将峰值经过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椐输入的非理想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

9、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肌的人小，从而造成精度比较低。以上w种方案是获取峰伉之后的对信号的处理方法，卜而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人于其最人可能幅值的 adc，获得一个二进制数据dn，并通过一个与adc共吋钟的寄存器m将其保存下來，那 么每一时刻都有adc的输出数裾dn和m保存的上一吋钟周期的adc数裾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触发器进行逻辑运算， 使得当adc的数裾蹭大时触发器输

10、出0, adc数裾减小时jk触发器输出1。至此，以 jk触发器的输出作为另一个输入迕接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adcffim的dac，即可 将倌号的峰值准确恢复出來。这种思路优点是速度快，理论上川'以实现一个周期内捕获信号峰伉，ifij.r比较部分通过 数字实现，精度高；而缺点也很明显，就是受误差影响很大，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奋偏差，因此实际电路中我们外未采取这种方法。方案二是创造一个不

11、断升高的电压捫位倍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伉的对应档位，再借此控制输入信号的乘除倍数来实现增益控制。在 木方案中，档位信兮是通过计数器控制一个参考电压稳定大于信兮敁大吋能幅值（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，因此总柯 与信号最人幅值作比较的机会，从而可以稳定捕获峰值，似足同吋也要求档位信号的周期（2乂次电压递增，n位dac的位数）必须大于输入信号最大周期的2an倍。这种思路的优点是能稳定捕获峰位，讨以处理有较大误差的信号，不会岀现失真；缺点是捕获速度慢，如果输入信兮的幅值w好是敁大可能幅值，则耑要经过2an

12、个敁大周期才能 捕获峰值，尤艽是当要求精度很高即n值很人时，捕获时间会比较长。考虑到题h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。（2）系统结构设计首先对输岀信号进行数模转换，然后用w个74ls85构成八位比较器，7485管脚阁如阁 2-1所示，采川74ls08相结合周期清零构成峰值异步清零，74ls08管脚图如阁1-1所示， 对于周期性清零是用74ls161与74ls22结合形成周期性清零，用74ls373 （管脚图如2-2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。(top view)b3 a< bin a

13、=> bin 匸 a> bin a> bout 匸 a « bout 匚 a< bout 匚 gnd1 vjieqvcc2345678j a3 b2a2a1 b1 ao bo图2-1 7485引脚图cvc8q8d7d7q6q6d5d5qct(top view)0333jmnnnmcqddqqddqdo11223344ng阁2-174373引脚阁d/ac0832采样频率为八位的d/a转换芯片，仑的管脚图及内部电路图如图2-3所示， 其屮iout1足电流输出端1，其值随dac寄存器的内界线性变化。dac0832输出的是电 流，-般要求输出是电压，所以还必须经过一个

14、外接的运算放人器转换成电压。cs cza(wr»l yzuk*h bi«(zdompgtn i*阌2-3d/ac0832的管脚图及内部电路图(3)具体电路设汁图2-4中频动增益数字电路d/ac0832山倒t型r-2r电肌网络、模拟开关、运算放人器和参考电压vref四人部分组成。运算放大器输岀的模拟量110为:di2iureffv2nr l i=0所以由式4-1可以看出输出的模拟量no与数字量成线性关系。即可实现 可控的乘/除法。(4)仿真结果及分析sine generator propertiesgenerator name0offset (vo»4arr

15、1;)ftude(vofest a/ro«ude 4 pea:crms:4 sine< pulse <pwln cfte 七、audo< exponent csffm< ewyhdl4 freouency |h2 perkxi (secs) cydet/grphdigital type* steady swc 小 single edge c single puke c clock pattern聊 hdl4 tmedeuyf |seco phase (degrees)damping facto< (1/s>厂 current source? 厂 i

16、solate before? 厂 manual edk$? hide pioperties?clockstarti队ieocout1out2oot3out4out5outsh=lm5(vrffc*»<tgxt>aooaadobxtjwnoiluwi1 ii vji 0/1 «9wui vc l/wug ull/ioiyii ivipu15(cl0ck)<ttxt»|u2(a-b)<t£xt>|%l的zibidigital oscilloscopeclhmiuel bchannel dlminvert匡阌2-5 50mv仿真结

17、果肀屮久岐'巧|1generator name |u15(ino)sine generator propertiesanalogue t>>es dc 命srn fpube cp*n > fie (audio o exponent csffm oe«y holdigital types stead/s wesingle edge c single puke c clockpatternceyhol厂 curert souce? 厂 isolate before? 厂 manual edks? r hide propertes?u15(vrff(*)<t

18、ext>offset (vobh|0ampmude (vofcs): ampitude：4 pmlcrms:|54' frequency (hz |3t peood(sec cyctevgiaph:delay4 tmeoelay(se«t phate (oeyeetldampng factor (1m|0a、-03helpokcancelim6in7i3i3 riuiebiutidi miurridufig;ado a arm ru2(abb)<text>u15(clock)hctcxt> iclockstarteocout1out2out3out4o

19、utsmitft671020191815卜 +鲶丸夂孕电，嘁沁龙的|頁aibiqdigital oscilloscopele view edit took design graph source debug library template system1015(x009noclockn1startn2k3eocn4ns0ut1n60ut2w70ut30ut4aooa0ut5adob0ut6on1918fiiqs2l112(/图2-6 5v仿真结果由此可见，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, 此电路阁足正确的。实验研究与思考(i)加法器实现2位乘法电路原理?w

20、个二进制数(alaolj bibo)相乘,h得到四位二进制数分別相乘的识(a1b1,a1bo， a0b1, a0b0),令 s2=a1b1, s1=a1bo+aob1, so=aobo,则输出 s2、si、so 即nj。(2) d/ac0832下作力式有哪些？d/ac0832工作方式包拈双缓冲工作方式、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。/十: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 路产生竞争与胃险现象。艽中，将一个门电路多个输入端信号同时跳变，或者一个信兮经由 不同的路径传到同一个门的输入端致使信号到达的时w不

21、同的现象称为竞争，由于竞争而可 能在电路输f i i端产生尖峰脉冲的现象称为冒险。(4) 测m输出倌号失真方法有哪些？测量输岀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、波抑制电路和电了毫伏表等三部分组成。被测信兮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)。将开关拨句“2”，调整基波抑制电路使 基波抑制到最低限度。这吋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m法:被测倍号通过开关s的“1”位置，经基波抑制电路凋谐后，山毫伏表指示全 部谐波电压伉；然后将开欠s接至“2”，并调整衰减器使毫伏表桁示原来位置。从衰减器度 盘上读出火真度。此法操作兌杂，但测虽精确度较高。(5) 估算或测景发挥部分(2)输入到输出的时i'uj?输入输出时间差主要足在dac0832造成的。(6) a/d和d/a转换电路的参考电压和输出敁大电压冇什么关系？r ttu 0 u ref最人输出电灰和参考电灰的关系是：rf(7) 当输出成为一条直线吋，能否达到£1动增益控制的ui的？不能达到£)动增益的s地，我们所要的足找到合适的增益，弁且使输出和输入波形变化 致。(8) 输岀负载改为应如何修改电路？修改驱动负载电路的电阻，