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D/A變換—可編程波形發(fā)生器一.實驗?zāi)康模?.掌握D/A變換電路的設(shè)計方法。2.掌握D/A變換集成電路的性能。3.掌握綜合性電路的調(diào)測方法。二.技術(shù)指標:電氣指標1.波形要求: 當(dāng)控制開關(guān)K2K1=01時,輸出正斜率梯形鋸齒波;當(dāng)控制開關(guān)K2K1=10時,輸出負斜率梯形鋸齒波;當(dāng)控制開關(guān)K2K1=11時,輸出正、負斜率梯形鋸齒波合成的鋸齒三角波。2.頻率要求: 正斜率梯形鋸齒波f=1kHz。 負斜率梯形鋸齒波f=1kHz。 鋸齒三角波f=0.5kHz。3.階梯要求: 正斜率梯形鋸齒波上升沿階梯數(shù)大于或等于16。 負斜率梯形鋸齒波上升沿階梯數(shù)大于或等于16。 鋸齒三角波上升沿和下降沿階梯數(shù)均大于或等于16。4.幅度要求:信號輸出幅度在0V~2V之間可調(diào)。設(shè)計條件電源電壓±5V。三.電路設(shè)計:1.整體構(gòu)架: 計數(shù)部分由74HC393雙4位2進制同步計數(shù)器構(gòu)成(注意此計數(shù)器為下降沿觸發(fā)),控制電路為基本門電路按布爾代數(shù)邏輯劃簡而構(gòu)建,D/A變換部分由DAC0832實現(xiàn),最后由于DAC0832為電流輸出,再加一級通用運放實現(xiàn)電流—電壓轉(zhuǎn)換。2.單元電路設(shè)計:2.1 計數(shù)單元: 考慮電氣指標中的階梯要求和D/A變換的基本原理,可知計數(shù)單元應(yīng)該為一個M=16的可控計數(shù)器,即在K2K1的控制下:當(dāng)K2K1=01時,從0000~1111加法計數(shù);當(dāng)K2K1=10時,從1111~0000減法計數(shù);當(dāng)K2K1=11時,先從0000~1111加法計數(shù),再從1111~0000減法計數(shù)。再考慮到控制單元的要求,故采用74HC393實現(xiàn)。2.2 控制單元: 完全出于對波形要求的考慮,即要求能夠控制74HC393計數(shù)器當(dāng)K2K2=01時,從0000~1111加法計數(shù);當(dāng)K2K2=10時,從1111~0000減法計數(shù);當(dāng)K2K2=11時,先從0000~1111加法計數(shù),再從1111~0000減法計數(shù)。考慮兩點:1)、布爾邏輯中有Aeq\o\ac(○,+)0=A,Aeq\o\ac(○,+)1=;2)、考慮5位二進制計數(shù)時,當(dāng)最高位互為鏡像對稱過程時(0****和1****),低四位為重復(fù)計數(shù)過程(00000~01111和10000~11111)。可以得出結(jié)論:在5位二進制計數(shù)最高位為0時,要求低四位和0異或;最高位為1時,要求低四位和1異或。5位二進制計數(shù)由74HC393計數(shù)器中的兩個計數(shù)器級聯(lián)而成,第五位非計數(shù)位,而是和K2、K1一起形成控制位信號。畫出控制信號真值表:2Q0K2K1Ctrl000Φ001001010110100Φ101011011111 經(jīng)卡諾圖化簡后: 控制信號通過基本門電路即可以實現(xiàn)。2.3 D/A變換單元: 由DAC0832完成。因16個臺階,可用4位二進制數(shù)。根據(jù)輸出電壓選定數(shù)字輸入端。輸出電壓計算公式: 其中:VREF參考電壓,Dn是二進制數(shù)轉(zhuǎn)換為等值的十進制數(shù)。4位二進制數(shù)接在不同的數(shù)字輸入端,轉(zhuǎn)換的Dn值不同,輸出電壓也就不同。例:輸入的二進制數(shù)為“1111”,當(dāng)接在D0~D3端時,Dn=23+22+21+20=15,若VREF為5V時,V0=-(5/256)*15=-0.29V;接D3~D6端時,Dn=26+25+24+23=120,VO=-2.34V(輸出電壓也不能太大,要考慮運放的飽和失真。LM324運放的輸出是一個對管,負載是有源負載,上飽和區(qū)為1.5V,下飽和區(qū)為1.5V,其動態(tài)范圍為+3.5V~-3.5V)。2.4 電流—電壓轉(zhuǎn)換單元: 由通用集成運算放大器LM324構(gòu)成,實現(xiàn)電流—電壓轉(zhuǎn)換和電壓倒相作用。2.5 幅度控制單元:由于要求信號輸出幅度在0V~2V之間可調(diào)。故在電流—電壓轉(zhuǎn)換單元后再加一級通用集成運算放大器LM324構(gòu)成的同相比例放大器,實現(xiàn)幅度在0V~2V之間可調(diào)。(圖中未標示)3.電路圖:3.1 整體電原理圖:可編程波形發(fā)生器3.2 元件明細表:名稱型號數(shù)量雙4位2進制同步計數(shù)器SN74HC3931片四2輸入與非門SN74HC001片四2輸入異或門SN74HC861片數(shù)模變換芯片DAC08321片通用型集成運放LM3241片四.測試用儀表:1.DS-5022型LCD雙蹤示波器。2.模擬電路實驗箱。3.EE1641B型函數(shù)信號發(fā)生器。五.測試波形:3.調(diào)測數(shù)據(jù):K2K1=01:K2K1=10:K2K1=11:數(shù)據(jù)分析: 通過以上測量數(shù)據(jù)的分析,以及波形的觀測。完全符合技術(shù)指標要求,波形失真

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