《電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)-要求及交流信號測量》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn)-要求及交流信號測量（42頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,電子設(shè)計(jì)綜合實(shí)驗(yàn),課程整體安排,30,學(xué)時：,設(shè)計(jì)制作基礎(chǔ)訓(xùn)練、輸入通道設(shè)計(jì)訓(xùn)練、輸出通道設(shè)計(jì)訓(xùn)練、控制單元及接口電路設(shè)計(jì)訓(xùn)練、系統(tǒng)設(shè)計(jì)訓(xùn)練,要求,良好的自學(xué)精神，當(dāng)堂實(shí)驗(yàn)完成不了的，自行找時間在下次實(shí)驗(yàn)開始前完成。,個別元器件自行解決，留好發(fā)票和元器件清單。,提交：,設(shè)計(jì)報(bào)告（,后附：實(shí)物清晰的照片，設(shè)計(jì)成員和實(shí)物的合影,）,設(shè)計(jì)項(xiàng)目的,ppt,報(bào)告,視頻文件,考核方法：,設(shè)計(jì)實(shí)物及設(shè)計(jì)報(bào)告成績（,60,分）,實(shí)驗(yàn)過程

2、及作業(yè)（,40,分）,電子設(shè)計(jì)競賽的要求及知識需求,基本知識,涵蓋電路分析、模擬與數(shù)字電路、高頻,/,非線性電子電路主要知識點(diǎn)；,單元電路分析、驗(yàn)證、設(shè)計(jì)方法；,電路主要性能指標(biāo)測量方法；,重要基本概念：,時域與頻域、頻率與相位、功率與效率，瞬態(tài)與穩(wěn)態(tài)，有源與無源，調(diào)制與解調(diào)、傳輸與接收、同步與異步、集中與分布，線性與非線性，捕捉與跟蹤，反饋、動態(tài)范圍、精度、分辨力、阻抗、匹配、穩(wěn)定度、調(diào)整能力等等。,基本技能,元器件識別、尋找、運(yùn)用,常用儀器工作原理、使用方法；,資料查閱：書、刊、網(wǎng)；,電路設(shè)計(jì)與仿真；,印刷電路板設(shè)計(jì)；,工裝：焊接、裝配,電子測量方法：參數(shù)測量，準(zhǔn)確度與誤差分析,調(diào)試方法：

3、故障分析和排除,文檔整理：章節(jié)、文字、圖表的規(guī)范化。,基本設(shè)計(jì)能力,掌握先進(jìn)儀器使用方法（如數(shù)字存儲示波器、邏輯分析 儀等）；,掌握單片機(jī),/,嵌入式、,CPLD/FPGA,、*,DSP,基本知識；,掌握更先進(jìn)的工具軟件、開發(fā)系統(tǒng)，結(jié)合硬件實(shí)現(xiàn)較小電子系統(tǒng)的能力；,掌握一些系統(tǒng)分析軟件，能完成單元、系統(tǒng)設(shè)計(jì)；,綜合設(shè)計(jì)能力,實(shí)現(xiàn)小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)能力；,掌握常用傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本知識，和用簡單的或與本專業(yè)有關(guān)的光、機(jī)、電一體化組成系統(tǒng)的能力；,能在網(wǎng)上查閱相關(guān)元器件資料，具有一定的選擇能力，并能根據(jù)要求正確使用；,具有繪制印刷板能力，并有初步的電磁兼容知識；,具有接受和掌握“嵌入式系統(tǒng)”的開

4、發(fā)能力；,具有接受和掌握“,SOC”,的開發(fā)能力；,電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程,確定設(shè)計(jì)目標(biāo),需求分析：從非技術(shù)和技術(shù)兩方面分析；,性能設(shè)計(jì)：功能，技術(shù)性能與指標(biāo)；,支撐技術(shù)：關(guān)鍵技術(shù)，相關(guān)技術(shù)；,實(shí)現(xiàn)方法：技術(shù)方法，技術(shù)路線；,完成形式：原理,/,性能樣機(jī)，實(shí)用樣機(jī)。,系統(tǒng)分析：系統(tǒng)可以按功能分解成若干個功能相對獨(dú)立、單一的單元模塊,;,設(shè)計(jì)過程,模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)調(diào)試,系統(tǒng)測試,文檔整理,系統(tǒng)分析,系統(tǒng)分析：單片機(jī),+FPGA,小系統(tǒng),MCU,FPGA,KeyBoard,RS232/CAN,LCD/LED,Memory,ADC,DAC,I/O,Interface,Ext STD,Interface

5、,電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程,確定設(shè)計(jì)目標(biāo),系統(tǒng)分析：系統(tǒng)可以按功能分解成若干個功能相對獨(dú)立、單一的單元模塊,;,設(shè)計(jì)過程,模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)調(diào)試,系統(tǒng)測試,文檔整理,軟件調(diào)試，硬件調(diào)試，系統(tǒng)聯(lián)調(diào),功能調(diào)試與指標(biāo)調(diào)試,調(diào)試內(nèi)容、方法與手段,調(diào)試步驟,測試內(nèi)容與測試方案,測試儀器與測試工具,功能測試與指標(biāo)測試,測試數(shù)據(jù)記錄與結(jié)果分析,確定電路形式,/,確定軟件框圖與基本算法；,理論分析與計(jì)算,元、器件選擇,電路設(shè)計(jì)與仿真,電路裝配,電路調(diào)試,電路測試,方案論證與方案比較,理論分析與參數(shù)計(jì)算,單元電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),軟件設(shè)計(jì),系統(tǒng)測試與數(shù)據(jù)處理,結(jié)果分析,/,結(jié)論,課程講解安排,設(shè)計(jì)安排,5-9,周,3,項(xiàng)目

6、一：交流電壓參數(shù)的測量。,完成放大電路,、,比較器的設(shè)計(jì),。實(shí)現(xiàn),：用信號發(fā)生器產(chǎn)生弱信號，用示波器的兩個通道分別觀察輸入和輸出信號。,4,完成,AD,轉(zhuǎn)換,。,實(shí)現(xiàn)：用,MCU,采集轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。,5,完成,幅度,的測量,。,實(shí)現(xiàn)：,對,AD,轉(zhuǎn)換器輸出的信號進(jìn)行測量，并能顯示,3,位測量值,（幅度）,。,6,完成頻率的測量,。,實(shí)現(xiàn)：,對比較器輸出的信號頻率進(jìn)行測量，并能顯示,3,位測量值,（頻率）,。,7,項(xiàng)目驗(yàn)收：交流電壓參數(shù)的測量,8-11,周,項(xiàng)目二：,2013,年全國電子設(shè)計(jì)競賽題（本科）,12,項(xiàng)目驗(yàn)收,3,課程安排、設(shè)計(jì)制作基礎(chǔ)訓(xùn)練及項(xiàng)目講解,4,傳感器電路,5,單片機(jī),6

7、,嵌入式系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及開發(fā),8,2013,年全國電子設(shè)計(jì)競賽項(xiàng)目講解,基本要求：,1.,用給定運(yùn)放制作一個放大器（,20,分）,增益：,20dB,；帶寬：,100KHz,2.,用,MCU,或,FPGA,作為主控單元，和已設(shè)計(jì)的放大器制作一個頻率計(jì)（,30,分）,測量范圍：,10Hz,100KHz,，顯示：,3,位,發(fā)揮部分：,1.,提高放大器性能（,20,分）：增益：,60dB,；帶寬：,500KHz,2.,增加測量參數(shù)（,20,分）：電壓幅度，測量范圍：輸入信號越小越好,3.,顯示以下幅值（,10,分）：,Asin20 Asin40 Asin60 Asin80,項(xiàng)目一：交流電壓參數(shù)的測量,

8、LED,或液晶均可,元件清單,運(yùn)放：,TLV2464,、,LM324,比較器：,TLC372,AD,變換器：,ADC0820,（或,MCU,內(nèi)部自帶的,ADC,）,設(shè)計(jì)框圖,放大器,AD,變換,比較器,MCU/FPGA,3,位顯示,被測信號,10.01,，實(shí)現(xiàn)幅度測量,實(shí)現(xiàn)頻率測量,基準(zhǔn)信號,思考,對于只知頻率范圍的周期信號，如何實(shí)現(xiàn)幅度的測量。,如何實(shí)現(xiàn)周期信號頻率的測量。,設(shè)計(jì)電路分解：,1.,基本放大器設(shè)計(jì)：增益,20dB,；帶寬,100KHz,2.,提高放大器性能：增益,60dB,；帶寬,500KHz,3.,比較電路設(shè)計(jì)：輸出,TTL,電平,4.,測量頻率：測量范圍,10Hz,100K

9、Hz,，顯示,3,位,5.,測量幅值：實(shí)現(xiàn),AD,轉(zhuǎn)換控制電路設(shè)計(jì)，測量電壓幅度,6.,幅值顯示：實(shí)現(xiàn)存儲并顯示,Asin20 Asin40 Asin60 Asin80,紅色部分功能必須完成,運(yùn)放：,TLV2464,單位增益帶寬：,6.4MHz,單電源供電：,2.7,6V,雙電源供電：,1.35,3V,1.,放大器設(shè)計(jì)：增益,20dB,；帶寬,100KHz,運(yùn)放,OP07,運(yùn)放的單位增益帶寬積（,GBP,：,Gain Bandwidth Product,）,=,增益,（,-3dB,帶寬）,一級放大倍數(shù),=10,，帶寬,=6.4MHz/10=640KHz,一級運(yùn)放達(dá)到基本要求：增益,20dB,；

10、帶寬,100KHz,運(yùn)算電路：反相比例運(yùn)算或同相比例運(yùn)算,反相比例運(yùn)算電路,電路結(jié)構(gòu)：引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋；,輸出電阻小；,輸入電阻小；補(bǔ)償電阻,R,=R/R,f,運(yùn)算關(guān)系：,同相比例運(yùn)算電路,電路結(jié)構(gòu)：引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋；,輸入電阻大；,輸出電阻?。?補(bǔ)償電阻,R=R/R,f,運(yùn)算關(guān)系：,2.,提高放大器性能：增益,60dB,；帶寬,500KHz,兩個同頻率的放大器,f,H,=0.64f,H1,三個同頻率的放大器,f,H,=0.52f,H1,四個同頻率的放大器,f,H,=0.45f,H1,（,1,）第一級放大倍數(shù),=10,，帶寬,=6.4MHz/10=640KHz,（,2,）第二、三級放大倍數(shù)

11、,=10,（總增益,=1000,），帶寬,=0.52*640KHz=300KHz,一級放大達(dá)到基本要求：增益,20dB,；帶寬,100KHz,三級放大達(dá)到發(fā)揮要求,1,：增益,60dB,（帶寬,500KHz,）,方案：四級放大，每級,5.7,倍，,5.7,4,=1055,一級帶寬,=6.4M/5.7=1.12M,，四級帶寬,1.12MHz0.45=0.504MHz,2.,提高放大器性能：增益,60dB,；帶寬,500KHz,運(yùn)放的單位增益帶寬積,=,增益,（,-3dB,帶寬）,過零比較器,3.,比較電路設(shè)計(jì)：輸出,TTL,電平,比較器：,TLC372,供電電壓：,2,18V,設(shè)計(jì)框圖,放大器,

12、AD,變換,比較器,MCU/FPGA,3,位顯示,被測信號,10.01,，實(shí)現(xiàn)幅度測量,實(shí)現(xiàn)頻率測量,基準(zhǔn)信號,思考,對于只知頻率范圍的周期信號，如何實(shí)現(xiàn)幅度的測量。,如何實(shí)現(xiàn)周期信號頻率的測量。,放大器,AD,變換,比較器,MCU/FPGA,3,位顯示,被測信號,10.01,，實(shí)現(xiàn)幅度測量,實(shí)現(xiàn)頻率測量,基準(zhǔn)信號,4.FPGA,擴(kuò)展：實(shí)現(xiàn),AD,轉(zhuǎn)換控制電路設(shè)計(jì)，測量電壓幅度,模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,種類：,816,位的,A/D,轉(zhuǎn)換器芯片,ADC08098,位,MOS,型,A/D,轉(zhuǎn)換器,AD574,快速,12,位,A/D,轉(zhuǎn)換器。,接口主要考慮：,數(shù)字量輸出線的連接：內(nèi)部是否帶有三態(tài)鎖存數(shù)據(jù)輸出緩

13、沖器、數(shù)據(jù)線的位數(shù),讀取控制邏輯,ADC,啟動方式、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號處理方法：由單片機(jī)提供。,脈沖啟動：如,ADC0809,、,ADC574,等。,電平啟動：,AD570,、,AD571,轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號：判斷有中斷和查詢兩種。,時鐘的連接：決定芯片轉(zhuǎn)換速度的基準(zhǔn)。,由芯片內(nèi)部提供,(,如,AD574),由外部提供,主要技術(shù)指標(biāo)：,量化間隔、量化誤差、,轉(zhuǎn)換速率、量程,A/D,轉(zhuǎn)換器,ADC0809,ADC0809,轉(zhuǎn)換工作時序,ADC0832,：體積小，兼容性強(qiáng)，性價比高,8,位分辨率；雙通道,A/D,轉(zhuǎn)換；輸入輸出電平與,TTL/CMOS,相兼容；,5V,電源供電時輸入電壓在,05V,之間；工

14、作頻率為,250KHZ,，轉(zhuǎn)換時間為,32S,；一般功耗僅為,15mW,；,8P,、,14P,DIP,（雙列直插）、,PICC,多種封裝；商用級芯片溫寬為,0C to+70C,，工業(yè)級芯片溫寬為,40 to+85,應(yīng)用：電壓測試儀,ADC0832,與單片機(jī)的接口：,4,條數(shù)據(jù)線：,CS,、,CLK,、,DO,、,DI,。由于,DO,端與,DI,端在通信時并未同時有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時可以將,DO,和,DI,并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。,CS,作為選通信號，在時序圖中可以看到，以,CS,置為低電平開始，一直到置為高電平結(jié)束。,CLK,提供時鐘信號，我們要注意看,CLK,的信號的

15、箭頭指向，向上為上升沿有效，向下為下降沿有效。,DI,、,DO,作為數(shù)據(jù)端口。,當(dāng),ADC0832,未工作時其,CS,輸入端應(yīng)為高電平，此時芯片禁用，,CLK,和,DO/DI,的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行,A/D,轉(zhuǎn)換時，須先將,CS,使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時芯片開始轉(zhuǎn)換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端,CLK,輸入時鐘脈沖，,DO/DI,端則使用,DI,端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第,1,個時鐘脈沖的下沉之前,DI,端必須是高電平，表示啟始信號。在第,2,、,3,個脈沖下沉之前,DI,端應(yīng)輸入,2,位數(shù)據(jù)（,SGL,、,Odd,）用于選擇通道功能：,在完成輸入啟動

16、位、通道選擇之后，就可以開始讀出數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)會被送出二次，,一次高位在前傳送，一次低位在前傳送，連續(xù)送出,。在程序讀取二個數(shù)據(jù)后，我們可以加上檢驗(yàn)來看看數(shù)據(jù)是否被正確讀取。,調(diào)用：變量名,=GetValue0832(,通道值,);,ADC0832,是,8,位分辨率，返回的數(shù)值在,0,255,之間，對應(yīng)模擬數(shù)值為,0,5V,，因此每一檔對應(yīng)的電壓值約為,0.0196V,。,讀取數(shù)值的子函數(shù),GetValue0832,，二通道獨(dú)立讀取，入口參數(shù)是通道值（,0,或,1,），出口參數(shù)則是讀取的結(jié)果。,FPGA,實(shí)現(xiàn)數(shù)字電壓測量的工作過程：,首先由模數(shù)轉(zhuǎn)換器對模擬電壓進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，接著,FPGA,對轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號進(jìn)行處理，再將結(jié)果用數(shù)字信號直接顯示出來。,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖：,系統(tǒng)由三部分組成，,ADC,數(shù)模轉(zhuǎn)換、,FPGA,信號處理和控制、顯示電路。,ADC,數(shù)模轉(zhuǎn)換：,實(shí)現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。,FPGA,信號處理和控制：,FPGA,與,ADC,控制信號進(jìn)行連接，控制,ADC,的模數(shù)轉(zhuǎn)換過程，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，由,FPGA,對其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并控制顯示單元工作。,顯示電路：,LED,數(shù)碼管接收,