电工电子实验(二)第16周电工电子实验正式报告16K

D/A变换—可编程波形发生器一．实验目的：1．掌握D/A变换电路的设计方法。2．掌握D/A变换集成电路的性能。3．掌握综合性电路的调测方法。二．技术指标：电气指标1．波形要求： 当控制开关K2K1=01时，输出正斜率梯形锯齿波；当控制开关K2K1=10时，输出负斜率梯形锯齿波；当控制开关K2K1=11时，输出正、负斜率梯形锯齿波合成的锯齿三角波。2．频率要求： 正斜率梯形锯齿波f=1kHz。 负斜率梯形锯齿波f=1kHz。 锯齿三角波f=0.5kHz。3．阶梯要求： 正斜率梯形锯齿波上升沿阶梯数大于或等于16。 负斜率梯形锯齿波上升沿阶梯数大于或等于16。 锯齿三角波上升沿和下降沿阶梯数均大于或等于16。4．幅度要求：信号输出幅度在0V~2V之间可调。设计条件电源电压±5V。三．电路设计：1．整体构架： 计数部分由74HC393双4位2进制同步计数器构成(注意此计数器为下降沿触发)，控制电路为基本门电路按布尔代数逻辑划简而构建，D/A变换部分由DAC0832实现，最后由于DAC0832为电流输出，再加一级通用运放实现电流—电压转换。2．单元电路设计：2.1 计数单元： 考虑电气指标中的阶梯要求和D/A变换的基本原理，可知计数单元应该为一个M=16的可控计数器，即在K2K1的控制下：当K2K1=01时，从0000~1111加法计数；当K2K1=10时，从1111~0000减法计数；当K2K1=11时，先从0000~1111加法计数，再从1111~0000减法计数。再考虑到控制单元的要求，故采用74HC393实现。2.2 控制单元： 完全出于对波形要求的考虑，即要求能够控制74HC393计数器当K2K2=01时，从0000~1111加法计数；当K2K2=10时，从1111~0000减法计数；当K2K2=11时，先从0000~1111加法计数，再从1111~0000减法计数。考虑两点：1)、布尔逻辑中有Aeq\o\ac(○,+)0=A，Aeq\o\ac(○,+)1=；2)、考虑5位二进制计数时，当最高位互为镜像对称过程时(0****和1****)，低四位为重复计数过程(00000~01111和10000~11111)。可以得出结论：在5位二进制计数最高位为0时，要求低四位和0异或；最高位为1时，要求低四位和1异或。5位二进制计数由74HC393计数器中的两个计数器级联而成，第五位非计数位，而是和K2、K1一起形成控制位信号。画出控制信号真值表：2Q0K2K1Ctrl000Φ001001010110100Φ101011011111 经卡诺图化简后： 控制信号通过基本门电路即可以实现。2.3 D/A变换单元： 由DAC0832完成。因16个台阶，可用4位二进制数。根据输出电压选定数字输入端。输出电压计算公式： 其中：VREF参考电压，Dn是二进制数转换为等值的十进制数。4位二进制数接在不同的数字输入端，转换的Dn值不同，输出电压也就不同。例：输入的二进制数为“1111”，当接在D0~D3端时，Dn=23+22+21+20=15，若VREF为5V时，V0＝-(5/256)*15=-0.29V；接D3~D6端时，Dn=26+25+24+23=120，VO=-2.34V(输出电压也不能太大，要考虑运放的饱和失真。LM324运放的输出是一个对管，负载是有源负载，上饱和区为1.5V，下饱和区为1.5V，其动态范围为+3.5V~-3.5V)。2.4 电流—电压转换单元： 由通用集成运算放大器LM324构成，实现电流—电压转换和电压倒相作用。2.5 幅度控制单元：由于要求信号输出幅度在0V~2V之间可调。故在电流—电压转换单元后再加一级通用集成运算放大器LM324构成的同相比例放大器，实现幅度在0V~2V之间可调。(图中未标示)3．电路图：3.1 整体电原理图：可编程波形发生器3.2 元件明细表：名称型号数量双4位2进制同步计数器SN74HC3931片四2输入与非门SN74HC001片四2输入异或门SN74HC861片数模变换芯片DAC08321片通用型集成运放LM3241片四．测试用仪表：1.DS-5022型LCD双踪示波器。2.模拟电路实验箱。3.EE1641B型函数信号发生器。五．测试波形：3．调测数据：K2K1=01：K2K1=10：K2K1=11：数据分析： 通过以上测量数据的分析，以及波形的观测。完全符合技术指标要求，波形失真