中频自动增益数字电路研究.docx

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1、国家电工电子实验教学中心模拟电子技术实验实验报告 目 录一、中频自动增益1二、基本要求实验一 用加法器实现2位乘法电路2实验二 用4位加法器实现可控累加电路6实验三 用4位移位寄存器实现可控乘/除法电路10三、发挥部分 实验一 用D/AC0832实现模拟信号输出的可控乘/除法电路14中频自动增益数字电路研究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

2、过大而使接收机发生堵塞或饱和。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。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。加深知识点和技术：1. 加法，减法，乘法，除法，/转换电路，/转换电路，控制电路和数字信号补偿电路。2. 克服竞争冒险现象、失真现象，精度与速度矛

3、盾，/转换和/技术等。 第一部分 基础要求实验一 用加法器实现2位乘法电路1 设计任务要求(1) 用加法器实现2位二进制乘法电路,掌握乘法器的构成、原理与设计方法(2) 熟悉集成电路的使用方法2 设计方案及论证 2.1 任务分析1.二进制数乘法实现途径与十进制一样。由乘数从最低位开始每一位逐项与被乘数相乘。每一个这样的相乘产生一个积。这些连续的部分积逐次左移一位，最后这些部分积的和就为该乘数与被乘数相乘所得的乘积。设两位二进制分别为A1A0和B1B0，输出为S4S3S2S1（其中s4为进位输出端），乘法原理如图1.1所示 2.可以用与门（74LS08）如图1.3所示， 和4位二进制全加器(74

4、283)如图1.2所示，设计构成乘法电路 。74283为一个四位超前进位加法器，它是由超前进位电路构成的快速进位的4位全加器电路，可实现两个四位二进制的全加。利用与门实现分项乘积并通过全加器输入端对应位置实现移位求和的计算过程。A1 A0 B1 B0 A0 B0 A1 B0 A0 B1 + A1 B1 A0 B0 S1 S2 图1.1 乘法原理图 图1.2 74283常用符号图1.3 74LS08引脚图2.2 方案设计2.2.1 选取的实验电路及输入输出波形图1.4 电路原理图 图1.5 实验电路板2.2.2 实验讨论与分析芯片74LS08实现与门功能Y=AB,快速进位集成4位加法器74283

5、的输出逻辑表达式为：Si=AiBiCi-1 ，根据芯片的管脚图，由电路的连接方式和芯片的逻辑功能可以得到，S1=A0B0,S2=A1B0+A0B1+C1,S3=A1B1+C2,S4=C3(其中Ci表示第i位的进位输出)，由此可以得到该电路图的真值表，结果如下图所示：表1.1 2位乘法电路真值表B1B0A1A0S4S3S2S1数码管00000000000010000000100000000110000001000000001010001101100010201110011310000000010010010210100100410110110611000000011010011311100110

6、61111100193 仿真及调试过程 运算仿真结果如下图1-6图1-6（1）任何数和“0”想乘都得0，这里不在赘述。图1-6（2）任何数和“1”相乘都得任何数，这里不再赘述。图1-6（3）图1-6（4）图1-6（5）4 总结与体会本次试验的基本原理是比较简单的，芯片74LS08将输入端的两位二进制相乘，通过74283的逻辑功能又可以进行四位二进制的全加，从而达到用加法器实现2位二进制相乘的作用。实验过程中，所使用的芯片较少，电路连接相对容易，需要注意的是芯片不能插反，另外四个控制开关的连接也要注意不要连错。刚开始做实验的时候，数码管无法正常显示结果，我又重新检查了一遍电路，发现原来是芯片74

7、283忘记接5V电源了，连好后重新打开电源，观测到预期的输出结果。在焊电路板的过程中，因为要求板子自带显示数码管，所以我在焊板子的过程中加入芯片7447，并连接共阳数码管，由于数码管为共阳极，所以在连接电路时需要在数码管的每个引脚接入限流电阻，以防止数码管烧坏，注意到这些问题后，我成功地焊出了第一块板子，这也让我对接下来的电路板的成功焊制有了信心，同时也熟练的掌握了焊板子的技能，比如拖焊技巧，学会如何使用万用表检测电路的连接状况等等。实验二 用4位加法器实现可控累加电路1 设计任务要求（1）用4位加法器实现可控累加（加/减，0到99，步长为3、6、9）电路（2）利用两片4位二进制全加器7428

8、3的连接来设计相关电路2 设计方案及论证2.1 任务分析（1） 步长显示控制利用74LS195组成一个环形计数器，其态序表和环形计数器原理图如图所示：Q3Q2Q1Q01001001101101100 图2.1 74LS195计数原理图 图2.2 74LS195逻辑符号由态序表可知每当有一个时钟上升沿，就会输出一个不同数据，从而实现步长3 / 6 /9的变化。（2）输出显示原理加法：利用74LS283可实现四位4位二进制加法运算减法：A-B=A+(-B) = (A+(-B)补=A补+（-B）反+1（其中1为CI进位输出）实验原理电路图如下图所示：图2.3 实验基本原理图2.2 方案设计2.2.1

9、 选取的实验电路及输入输出波形图2.4 实验原理图 图2.5 实物图2.2.2 实验讨论与分析本次试验实现的是4位二进制的可控累加加/减法器，显示范围为099，所以需要两片74283的并联来分别控制输出结果的个位和十位。如图2.4所示，4位单向移位寄存器74195通过时钟脉冲控制控制实验的步长分别为3、6、9，并将步长输出至异或门74136N，开关S3控制加法或减法，当S3接地时，执行加法运算；当S3接5V电源时，执行减法运算。经过异或门后输出的结果作为减数B，和被减数A进行相应的加/减法运算。其中U1控制个位的输出结果，U2控制十位的输出结果，U1的进位输出端作为U2的进位输入端，分别由数码

10、管显示出来，输出的结果寄存在锁存器74273中。在利用数码管显示结果的过程中，必须分别连接一个芯片74185，这样做的原因就是将二进制转换成十进制输出。3 仿真及调试过程(1) 步长控制 图3.1 步长控制(2) 显示控制 图3.2 加减法控制4 总结与体会 在电路箱上连接第二个实验时，因为没有正确连接74185，故导致显示的输出结果不满足设计要求，于是第二个实验没能在电路箱上试验出来，所以我们每人焊了一块板子。由于第二个实验较第一个实验电路设计复杂的多，所需要的芯片也非常多，所以焊接过程相对就比较麻烦和复杂，我大概花了三天才焊完这块板子。初次焊出来的结果不是很成功，步长显示是对的，但是就是出

11、不来结果，检查过程中发现原来某处虚焊了，重新检查了一遍电路以后，基本没有什么问题，我就又在电路箱上检测了一遍，测出的结果完全符合实验设计的要求，心里感到非常的开心。在这次实验的过程中，由于各种芯片的使用，我明白了各个芯片的工作原理，以及它们所能实现的逻辑功能，不仅将书上所学的内容学以致用，而且加深了我对芯片使用的理解，能将所学的知识融会贯通并且应用到实际应用中才是真正的学以致用。实验三 用4位移位寄存器实现可控乘/除法电路1 设计任务要求（1） 用4位移位寄存器实现可控乘/除法（2到8，步长为2n）电路（2） 掌握双向移位寄存器74194的工作原理2 设计方案及论证 2.1 任务分析利用双向移

12、位寄存器74LS194,左移为乘右移为除，74LS194的逻辑符号如图3.1所示。S1S0功能00保持01右移10左移11并行置数表3.1 工作方式控制端的四种功能 图3.1 74LS194逻辑符号4位双向移位寄存器74194是一种功能比较齐全的移位寄存器，它具有左移、右移、并行输入数据、保持以及清除等五种功能。我们知道移位寄存器的功能是将预存在寄存器中的数据进行左移或者右移。移动的位数n就是扩大或缩小的2的n倍。这里寄存器中显示的是取整，没有余数。例如：9/2=4设计的关键是要通过确定的步长控制移位寄存器移动的位数n，通过乘除控件控制移位寄存器左移或者右移。（1）步长控制步长控制可以通过D触

13、发器和逻辑门进行1/2/4/8循环输出。实现步长控制单元。（2）乘除控制可以通过移位寄存器的S0S1端手动控制乘法或者除法运算。双向移位寄存器左移为乘，右移为除，乘除补齐的空位均为0通过逻辑门可以实现步长控制移位寄存器移动相应位数n的功能。（3）脉冲个数n的控制脉冲n的控制其实就是移位寄存器的移动位数控制。当S1S2=10时，执行左移功能，左移一位即乘以2，每一个脉冲状态，输出移位一次的结果；左移两位即乘以4，每两个脉冲状态，输出移位两次的结果；左移三位即乘以8，每三个脉冲状态，输出移位三次的结果。2.2 方案设计2.2.1 选取的实验电路及输入输出波形图3.2 实验原理图图3.3 实物图2.

14、2.2 实验分析中规模寄存器74175由四个D触发器构成，配合两个与门即可实现1/2/4/8循环显示。通过右下侧两个控制开关A和B可以实现乘除计数控制，高电平有效。当两个开关同时置高电平时，双向移位寄存器并行输入端数据置数成功（其中将SL、SR串行输入端置位无效）。图中的74283和存储器1构成的是累加器。右侧中间的74LS08（与2）和74LS32是控制累加器输出脉冲的个数，并在不需要时进行屏蔽。例如：步长为4时，累加步长为1，存储器1输出0（0000）-5（0101）-2（0010）-15（1111）；其对应的低位变化为0-1-0-1，即低位产生了2个脉冲，而此时让15（1111）通过逻辑

15、转化产生1，和激发累加器的脉冲相或，就可屏蔽脉冲；同理当步长为8时，可通过存储器产生3个脉冲，使存储器输出为15（1111），然后激发累加器的脉冲相或，就可屏蔽脉冲，从而使移位寄存器向左移三位，从而实现乘8的功能。同理，除的时候，只需要将移位寄存器右移即可，原理与乘一致。 计数控件Key=Space则是用于取消屏蔽，进行下一次乘除运算的开关。3 仿真与调试（1）步长控制单元步长控制可以通过D触发器和逻辑门进行1/2/4/8循环输出。实现步长显示单元。如图3-1-3所示。 图3-1-3（a）步长=1 图3-1-3（b）步长=2 图3-1-3（c）步长=4 图3-1-3（d）步长=8（2）通过逻辑

16、控制后连接各部分整体结构图如图3-2-2图3-2-2 整体连接图4 总结与体会这次的实验让我充分发现了实验的乐趣，并且十分享受做实验的过程。用各种不同功能的芯片来实现各种各样的电路，从简单的与非门做起，到或门、触发器、计数器等集成电路芯片，组合连接，自己设计电路构成，来实现最终的电路要达到的目的。实验中，我们不仅学习了软件的仿真应用，也学习了怎样用手里的芯片从头开始设计电路。首先分析电路要实现的功能，利用真值表与卡诺图写出输入输出的逻辑函数，再配合芯片改写成合适的逻辑函数，最后连接成一个完整的电路。之所以说这次的实验中获得非常大的乐趣，主要是因为这次的实验充分的锻炼了我实验设计和动手动脑的能力

17、，经过仿真，我的设计方案获得了很大的成功。 在整个实验的过程中，我也遇到了各种各样的问题，针对出现的问题我采取相应的措施去解决，比如：1、线路不通运用逻辑笔去检查导线是否可用；2、芯片损坏运用芯片检测仪器检测芯片是否正常可用以及它的类型。这些都有利于系统的掌握知识体系与学习方法，激发学习的主动性，增强自信心，有利于培养创新钻研的能力以及书本知识技能的巩固和迁移。第二部分 发挥部分实验一 用D/AC0832实现模拟信号输出的可控乘/除法电路1 设计任务要求用D/AC0832实现8k10k模拟信号和8位数字信号输入，模拟信号输出的可控乘/除法电路。2 设计方案及论证2.1 任务分析D/A转换器DA

18、C0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器，能够实现从数字量到模拟量的转换。D/AC083210k+5V12DILECSXFERWRIWRJD0D11uouiUREFRFBIOUT1IOUT2D0D7+D/AC083210k+5V12DILECSXFERWRIWRJD0D11uiUREFRFBIOUT1IOUT2D0D7+图4.1 DAC0832原理图如图4.1所示电路中的ILE接高电平、其余控制端、均接低电平，是两个锁存器处于开通状态，输入的数据直接经过锁存器、D/A转换器进行数/模转换，输出跟随数字输入变化而变化，所以电路处于直通工作方式。1. 当参考电压UREF接交

19、流输入信号时，如图4.1左图所示，若输入信号为正，电流由UREF经支路电阻流入IOUT1或IOUT2；若输入信号为负，则电流由IOUT1或IOUT2经支路电阻流入UREF，从而在IOUT2接地情况下，输出电压uo =KuiD ，实现可控乘法功能。2. 当反馈电阻输出端加上交流输入信号时，如图4.1右图所示，IOUT2接地并接到运算放大器的同相输入端，IOUT1接到运算放大器的反相输入端，参考电压UREF同时接到运算放大器的输出端，则用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，输出电压uo =KuiD ，实现可控除法功能。2.2 方案设计2.2.1 选取的实验电路及输入输

20、出波形图4.1 实验原理图2.2.2 实验讨论与分析实验原理如前所述，由四个开关分别控制四位模拟量的输入，、均接低电平,使DAC0832直接工作在直通方式下，即输入寄存器和DAC寄存器处于不锁存状态。数据一旦送到输入端DI7DI0,就直接送入D/A转换器，被转换成模拟量。R2、R3用于满足增益精度要求，保证输出波形不会产生失真。DAC0832为电流输出型DAC，IOUT1为数字输入端逻辑电平为1的各位输出电流之和，使用时许外接运算放大器，经过运算放大器后，输出电压极性与UREF相反。3 仿真与调试（1）可控乘法图3.1.1 乘1 图3.1.2 乘6 图 3.1.3 乘15（2）可控除法 图3.

21、2.1 除1 图3.2.2 除7 图3.3.3 除154 总结与体会 通过这次课程设计，使我受益颇多。了解到课程实习设计是开端，连接是关键，测试是必须。既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用。在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。同时，也培养了我认真严谨的态度。在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的思路，其他人的设计一定有比你出色的地方，很好的借鉴，并在大家的商讨中选择最优方案最终一定会得到最好的设计方法。电子技术课程设计是配合电子技术基础课程与实验教学的一个非常重要的教学环节。它不但能巩固我们已所学的电子技术的理论知识，而且能提高我们的电子电路的设计水平，还能加强我们综合分析问题和解决问题的能力，进一步培养我们的实验技能和动手能力，启发我们的创新意识几创新思维。参考文献 1侯建军.数字电子技术基础M.高等教育出版社，2007，122陈大钦.电子技术基础实验.高等教育出版社，20003张凡.微机原理与接口技术（第2版）.北京交通大学出版社，2010.9忽略此处. 20