北京交通大学数电实验中频自动增益数字电路的研究.docx
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北京交通大学数电实验中频自动增益数字电路的研究
《数字电子技术》实验报告
中频自动增益数字电路的研究
姓名：
班级：
学号：
指导老师：
陆鹏飞
时间：
2014年11月
一实验目的 2
二实验内容和要求 2
三实验步骤 2
1 基础部分：
用加法器实现2位乘法电路 2
（1）设计任务要求 2
（2）设计方案及论证 2
（3）制作及调试过程 3
2 发挥部分：
中频自动增益控制数字电路 4
（1）设计任务要求 4
（2）设计方案及论证 4
（3）制作及调试过程 6
四总结 7
1 收获与体会 7
2 对本课程的建议 8
五参考文献 8
一实验目的
1、掌握中频自动增益数字电路设计,提高系统地构思问题和解决问题的能力。
2、通过自动增益数字电路实验,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、培养通过现象分析电路结构特点，进而改善电路的能力。
二 实验内容和要求
1、用加法器实现2位乘法电路。
2、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到4V的同频率，不失真的正弦波信号。
精度为8位，负载500Ω。
三实验步骤
1基础部分：
用加法器实现2位乘法电路
（1）设计任务要求
用加法器实现2位乘法电路。
（2）设计方案及论证
设两位二进制分别为A1A0和B1B0，输出为S3S2S1S0。
电路元件使用与门（74LS08）和集成四位加法器（74LS283）。
其中集成四位加法器74LS283原理框图如图3-1所示。
其中C-1是进位输入，C0、C1、C2、C3分别是每一级加法器的进位输出，实现了两个四位二进制数A3A2A1A0和B3B2B1B0的带进位相加，得到它们的和S3S2S1S0和进位输出C3。
图3-1集成四位加法器74LS283原理框图
在两位二进制乘法中，四位输出的计算式如式3-1~式3-4所示，其中式3-2、式3-3中的“+”为加法而不是逻辑运算“或”。
S0=A0·B0（式3-1）
S1=A1·B0+A0·B1 （式3-2）
S2=A1·B1+C1（式3-3）
S3=C2 （式3-4）
计算原理如图3-2所示。
图3-2二进制乘法计算原理
实验电路原理图如下图3-3所示。
乘法输出显示在七段数码管上，通过译码器74LS47进行连接，电路中不再给出。
图3-3二进制乘法电路原理图
（3）制作及调试过程
按照电路图，在电路箱上进行连接，将四位输出S3S2S1S0接到试验箱顶部的数码管上，按照表3-1进行调试。
A1A0
B1B0
S3S2S1S0
数码管输出
01
01
0001
1
01
10
0010
2
01
11
0011
3
10
01
0010
2
10
10
0100
4
10
11
0110
6
11
01
0011
3
11
10
0110
6
11
11
1001
9
表3-1二进制乘法输入输出表
调试结果与表内数据一致，说明电路正确，实验成功。
2 发挥部分：
中频自动增益控制数字电路
（1）设计任务要求
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到4V的同频率，不失真的正弦波信号。
精度为8位，负载500Ω。
（2）设计方案及论证
此次实验所用到的芯片包括模数转换器ADC0809，由两片4位数值比较器74LS85构成8位比较器，8位锁存器74LS373，数模转换器DAC0832，计数器74LS161，与非门74LS00，或非门74LS02，非门74LS04，与门74LS08，与非门74LS22，集成运算放大器LM324组成。
实验电路原理图如图3-4所示。
各芯片工作原理如下。
A、模数转换器ADC0809
图中ADC0809为模数转换器，IN0~IN7为8个标准的CMOS模拟开关，ADDA~ADDC为3位地址锁存器，8个模拟通道对应3位地址锁存器所组成的8种状态，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。
B、比较器74LS85
8位比较器由两片4位比较器74LS85级联构成8位比较器。
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。
C、计数器74LS161
第一个门控信号由计数器74LS161以及非门、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，即当峰值异步清零时或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
为高电平，
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
=
=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。
D、锁存器74LS373
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。
E、数模转换器DAC0832
DAC0832内部没有提供运算放大器，在设计时需要外接，即LM324部分电路。
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。
（3）制作及调试过程
A、制作及调试流程
按照电路图在实验箱上连接电路，实物图如图3-5所示。
图3-5中频自动增益数字电路实物图
输出波形如图3-6所示。
其中上面的波形为输入正弦信号，幅值为1V，下面的波形为输出带有失真的正弦信号，幅值为2.5V。
调试结果：
输入正弦信号峰-峰值为50mV时，输出正弦信号峰-峰值为1.5V左右，有少量噪声；输入正弦信号峰-峰值为1V时，输出正弦信号峰-峰值为2.5V左右，有明显噪声；
输入正弦信号峰-峰值为5V时，输出正弦信号峰-峰值为4V左右，有顶部失真，基本没有噪声。
输入信号频率在1kHz~4kHz范围内时，输出信号频率同步，噪声干扰比较明显，在4kHz~10kHz范围内时，输出信号频率同步，基本没有噪声。
图3-6输出波形
B、遇到的问题与解决方法
问题1：
电路连接完毕后，一打开试验箱的电源，试验箱就开始报警。
断开电源后检查芯片和电路连接均没问题。
解决办法：
报警原因是试验箱上+5V电源上连接的导线太多导致负载过高，将导线均分到两个试验箱的电源上，减小负载。
再次打开试验箱电源就不报警了。
问题2：
调试的波形不稳定，失真很严重，甚至有时出现杂波。
波形如图3-7所示。
图3-7输出失真波形
解决办法：
将两个试验箱的地线接在一起，波形就稳定下来了。
四 总结
1收获与体会
本次实验的时间有些短，虽然做的实验数量也比较少，但是和上学期的模拟电路实验相比，结束得有点快。
实验涉及了部分数字电路理论课上没有学到的内容，比如模数转换和数模转换芯片。
虽然自己提前预习了部分内容，但是依旧没完全弄懂其工作原理，导致在实验调试的时候有些盲目。
另外，电路图不是我们自己独立设计的，有部分工作原理也没有弄清楚，虽然做完实验之后补了一下，对电路的整体工作原理有了一个大概的认识，细节部分掌握得还是不够。
因为对电路原理认识得不够透彻，我们在调试电路时发现了不合理的波形，却不知道如何解决，检查线路连接也没有发现错误。
于是便拆线重连，并且换了两个试验箱。
重连之后波形便正常了，因此试验箱的芯片座、脉冲信号发生器等部件可能出现了问题。
最后调试结果虽然并不完美，有少量失真和噪声，并且没有达到定量的要求，但是基本完成了实验目标，这也是我们小组一周以来努力的成果，我对此还是比较满意的。
在实验的这一周时间里，我们小组的三个成员几乎把所有空闲时间都耗在了实验室里，从作图、连线到调试，都是我们三个人一起合作的结果。
这次实验和上学期的模拟电路实验最大的不同就是合作。
因为模拟电路实验都是单人完成，而数字电路实验的三人一组培养了我们合作解决问题的能力，并且团队合作的效率也比较高，实验过程也没有那么枯燥乏味。
2对本课程的建议
本次实验使用的是实验室的实验箱，有部分实验箱功能不全、接触不良，给实验造成了麻烦。
我建议检查一遍整个实验室的实验箱，把功能不全的实验箱贴上标签，尽量让同学们使用功能完整、良好、新的实验箱。
另外，一开始大家没有给自己的箱子贴上标签，有些同学的箱子就被搬走了，甚至有些同学的线也被拿走了。
希望老师在上课前强调一下实验纪律。
本次实验开设得有点早了，很多相关的内容我们在理论课上都没有学过，实践起来问题很多，理解也不够深刻。
希望以后在安排实验时能够配合理论课的进度。
谢谢！
五 参考文献
[1]侯建军.数字电子技术基础（第二版）[M].北京:
高等教育出版社,2007:
12,P243~P247,P349~P374
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