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低頻信號(hào)發(fā)生器的硬件設(shè)計(jì)獨(dú)創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明:所呈交的畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕是本人在指導(dǎo)老師指導(dǎo)下取得的研究成果。除了文中特別加以注釋和致謝的地方外,論文〔設(shè)計(jì)〕中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫的研究成果。與本研究成果相關(guān)的所有人所做出的任何奉獻(xiàn)均已在論文〔設(shè)計(jì)〕中作了明確的說明并表示了謝意。簽名:年月日授權(quán)聲明本人完全了解許昌學(xué)院有關(guān)保存、使用本科生畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕的規(guī)定,即:有權(quán)保存并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕的復(fù)印件和磁盤,允許畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕被查閱和借閱。本人授權(quán)許昌學(xué)院可以將畢業(yè)論文〔設(shè)計(jì)〕的全部或局部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索,可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編論文〔設(shè)計(jì)〕。本人論文〔設(shè)計(jì)〕中有原創(chuàng)性數(shù)據(jù)需要保密的局部為〔如沒有,請(qǐng)?zhí)顚憽盁o〞〕:簽名:年月日指導(dǎo)教師簽名:年月日摘要本文主要介紹了具有小信號(hào)放大能力的低頻信號(hào)放大器的根本原理、內(nèi)容、技術(shù)路線。整個(gè)電路主要由穩(wěn)壓電源、控制電路、顯示電路、信號(hào)放大器、保護(hù)電路共五局部組成。設(shè)計(jì)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、實(shí)用,充分利用到了集成功放的優(yōu)良性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明該信號(hào)放大器在帶寬、失真度、效率等方面具較好的指標(biāo)、較高的實(shí)用性,為波形放大的設(shè)計(jì)提供了廣闊的思路。關(guān)鍵詞:?jiǎn)纹瑱C(jī);信號(hào)放大器;保護(hù)電路;穩(wěn)壓電源ABSTRACTThispaperintroducestheweaksignalamplifierabilitywiththebasicprincipleoflow-frequencysignalamplifier,contents,technicalroute.Thewholecircuitmainlymanostat,controlcircuit,displaycircuit,signalamplifierandprotectioncircuitaltogetherfiveparts.Thecircuitdesignstructureissimpleandpractical,makefulluseofthegoodperformancetointegratedamplifier.Theexperimentalresultsshowthatthesignalamplifieronbandwidth,distortiondegree,efficiencyhasgoodindex,higherpracticability,forpoweramplifierdesignoffersbroadideas.Keywords:SCM;signalamplifier;protectcircuit;manostat

目錄1前言 12總體方案設(shè)計(jì) 22.1總體方案論證 22.2單元模塊方案論證與比擬 23單元模塊設(shè)計(jì) 43.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì) 4運(yùn)放電路 4穩(wěn)壓保護(hù)電路 73.2控制電路中的單片機(jī) 83.3數(shù)模轉(zhuǎn)換器 103.3.1器件功能介紹 10DAC0832的工作方式 144PCB的印制 154.1生成網(wǎng)絡(luò)表 154.2生成PCB板 154.2.1一般規(guī)那么 164.2.2元器件放置 164.2.3晶振電路 175總結(jié) 19參考文獻(xiàn) 20附錄 21致謝 251前言單片機(jī)使計(jì)算機(jī)技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)和控制技術(shù)的綜合產(chǎn)物。經(jīng)過30多年的開展歷程,單片機(jī)應(yīng)用已十分廣泛和深入。據(jù)Motorala公司統(tǒng)計(jì),1990年,平均每輛汽車使用12個(gè)單片機(jī),而到了2000年就增加到35個(gè)。所以可以毫不夸張地說,任何設(shè)備和產(chǎn)品的自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化都離不開單片機(jī)?,F(xiàn)在但凡電腦控制的設(shè)備和產(chǎn)品,必由單片機(jī)嵌入其中。這一切說明,單片機(jī)已成為人類生活中不可或缺的助手。所以基于此我在學(xué)習(xí)了單片機(jī)之后,趁此畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)機(jī)在老師的指導(dǎo)下和自己的多日的努力下寫下了本篇基于單片機(jī)的低頻信號(hào)放大器。低頻小信號(hào)放大器的實(shí)際意義在于可以讓學(xué)校的實(shí)驗(yàn)更加便利和簡(jiǎn)單,可以通過簡(jiǎn)單的一按就實(shí)現(xiàn)波形的轉(zhuǎn)換,一鍵做出波形。放大器的通頻帶取決于回路的結(jié)構(gòu)形式和回路的等效品質(zhì)因素。放大器的總通頻帶隨著級(jí)數(shù)的變化和改變而改變。目前比擬先進(jìn)的信號(hào)放大器使北京聲震研究所研發(fā)SZTL-4四通道信號(hào)放大器四通道程控放大濾波模塊,高精度低噪聲,可多模塊擴(kuò)展,程控增益1倍,10倍,100倍,1000倍,程控抗混濾波器截止頻率上限100KHz,零電平自校準(zhǔn),BNC輸入/輸出。無論用什么元件構(gòu)成的運(yùn)放電路,它的根本工作原理和性能指標(biāo)都是相似的。要分析信號(hào)放大器的工作原理,就必須學(xué)會(huì)有關(guān)信號(hào)放大的一些根底知識(shí)。小信號(hào)生成器已經(jīng)是一個(gè)技術(shù)相當(dāng)成熟的領(lǐng)域,幾十年來,人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?無論從線路技術(shù)還是元器件方面,乃至思想認(rèn)識(shí)上都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。目前市場(chǎng)上的集成功放產(chǎn)品價(jià)格已經(jīng)很低并且種類也很多,典型的有LM1875、TDA1521、TDA1514、LM324。這些優(yōu)質(zhì)功放模塊體積小。本次實(shí)驗(yàn)用的是LM324集成運(yùn)放,通過單片機(jī)接受控制電路的指令調(diào)動(dòng)其內(nèi)部的指令,輸出信號(hào)通過D/A電路實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),在經(jīng)過穩(wěn)壓保護(hù)電路最終通過LED顯示屏實(shí)現(xiàn)波形信號(hào)的放大。2總體方案設(shè)計(jì)2.1總體方案論證工作原理:本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能為通過按鍵控制不同信號(hào)的產(chǎn)生和輸出,當(dāng)按鍵1按下時(shí),輸出鋸齒波,當(dāng)按鍵2按下時(shí),輸出方波。系統(tǒng)原理方框圖如下圖,(1)波形變換電路(2)信號(hào)前置放大級(jí)電路(3)自制穩(wěn)壓電源電路輸出波形按鍵控制單片機(jī)產(chǎn)生的小信號(hào)運(yùn)放電路輸出波形按鍵控制單片機(jī)產(chǎn)生的小信號(hào)運(yùn)放電路波形變換電路自制穩(wěn)壓電路波形變換電路自制穩(wěn)壓電路圖2-1系統(tǒng)原理框圖其中前置級(jí)主要完成小信號(hào)的電壓放大任務(wù);波形放大級(jí)那么實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的電壓和電流放大任務(wù);直流穩(wěn)壓電源局部那么為整個(gè)功放電路提供能量.由于方波中含有豐富的高次諧度、效率等指標(biāo),保護(hù)電路可以有效地保護(hù)負(fù)載不過載,對(duì)波形放大器也有一定的保護(hù)作用。該系統(tǒng)是一個(gè)高增益、高保真、高效率、低噪聲、寬頻帶、快響應(yīng)的音響與脈沖傳輸、放大兼容的實(shí)用電路。下面對(duì)每個(gè)單元電路分別進(jìn)行論證。2.2單元模塊方案論證與比擬方案一:利用運(yùn)放在開環(huán)狀態(tài)下的飽和特性,三角波波信號(hào)經(jīng)過兩級(jí)運(yùn)放放大后,產(chǎn)生了三角波波飽和失真的方波信號(hào),由于輸出方波幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于題目要求,于是采用在按鍵開關(guān)后接一10k電阻,便將電壓鉗制在700mv左右,然后通過電阻分壓,最終得以保證電路的平安和波形的保真。方案二:利用運(yùn)放的正反應(yīng)作用,使轉(zhuǎn)換局部的波形上升沿和下降沿都變得很陡,利用穩(wěn)壓管將電壓穩(wěn)定在5.0左右,然后利用電阻分壓得到要求的正負(fù)對(duì)稱的峰一峰值為200mV的方波信號(hào)。運(yùn)放選用LM324。系統(tǒng)采用方案二,且穩(wěn)壓電路采用高精度、高速運(yùn)算放大器MC1403構(gòu)成。3單元模塊設(shè)計(jì)3.1各單元模塊功能介紹及電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的硬件電路主要包括運(yùn)放電路,穩(wěn)壓電路,按鍵和LED顯示電路幾局部,當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到按鍵1按下的信號(hào)時(shí),調(diào)用鋸齒波子程序輸出波形,并控制顯示電路使LED1點(diǎn)亮,當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到按鍵2按下的信號(hào)時(shí),單片機(jī)產(chǎn)生三角波輸出并使LED2點(diǎn)亮。本設(shè)計(jì)的原理圖見附錄1。運(yùn)放電路集成電路是一種將“管〞和“路〞緊密結(jié)合的器件,它以半導(dǎo)體單晶硅為芯片,采用專門的制造工藝,把晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、二極管、電阻和電容等元件及它們之間的連線所組成的完整電路制作在一起,使之具有特定的功能。集成放大電路最初多用于各種模擬信號(hào)的運(yùn)算上,故被稱為運(yùn)放電路。集成運(yùn)放廣泛應(yīng)用于模擬信號(hào)的處理和產(chǎn)生電路之中,因其高性能低價(jià)位,在大多數(shù)情況下,已經(jīng)取代了別離元件放大電路。集成運(yùn)放電路的組成主要有:輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路四局部組成,如圖3-1所示,其中、、均以“地〞為公共端。輸出級(jí)偏置電路輸出級(jí)偏置電路中間級(jí)輸入級(jí)圖3-1集成運(yùn)放電路方框圖輸入級(jí):又稱前置級(jí),它往往使一個(gè)雙短輸入端高性能差分放大電路。中間級(jí):是整個(gè)放大電路的主放大器,其作用是使集成運(yùn)放具有較強(qiáng)的放大能力,多采用共射放大電路。輸出級(jí):應(yīng)具有輸出電壓線性范圍寬、輸出電阻小、非線性失真小等特點(diǎn)。偏置電路:用于設(shè)置集成運(yùn)放各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)用的集成運(yùn)放是LM324,經(jīng)過多方比照發(fā)現(xiàn)其特性最適合本次設(shè)計(jì),其具體性能如下:LM324系列器件為價(jià)格廉價(jià)的帶有真差動(dòng)輸入的四級(jí)運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比,它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn):該四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的電源下,靜態(tài)電流為L(zhǎng)M324的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源,因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性,它有5個(gè)引出腳,其中“+〞、“-〞為兩個(gè)信號(hào)輸入端,“V+〞、“V-〞為正、負(fù)電源端,“Vo〞為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中,Vi-〔-〕為反相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相反;Vi+〔+〕為同相輸入端,表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324的引腳排列見圖3-2。參數(shù)描述:運(yùn)放類型:低波形放大器數(shù)目:4帶寬:1.2MHz圖3-2芯片引腳圖針腳數(shù):14工作溫度范圍:0°Cto+70°C封裝類型:SOIC3dB帶寬增益乘積:1.2MHz變化斜率:0.5V/μs器件標(biāo)號(hào):324器件標(biāo)記:LM324AD增益帶寬:1.2MHz工作溫度最低:0°C工作溫度最高:70°C放大器類型:低功耗溫度范圍:商用電源電壓最大:32V電源電壓最小:3V芯片標(biāo)號(hào):324外表安裝器件:外表安裝輸入偏移電壓最大:7mV運(yùn)放特點(diǎn):高增益頻率補(bǔ)償運(yùn)算邏輯功能號(hào):324額定電源電壓:+15VLM324的特點(diǎn):短路保護(hù)輸出;真差動(dòng)輸入級(jí);可單電源工作:3V-32V;低偏置電流:最大100nA;每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器:具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?;共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源;行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列;輸入端具有靜電保護(hù)功能LM324放大局部采用的是集成四運(yùn)算放大器LM324,用到其中的一個(gè)運(yùn)放作為放大器,集成運(yùn)算放大器是一種具有高電壓放大倍數(shù)的直接耦合多級(jí)放大電路。當(dāng)外部接入不同的線性或非線性元器件組成輸入和負(fù)反應(yīng)電路時(shí),可靈活實(shí)現(xiàn)各種特定函數(shù)。在線性方面,可組成比例、加法、減法、積分、微分、對(duì)數(shù)等模擬運(yùn)算電路。前置放大電路可以采用集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的前置放大器,也可以采用專用前置放大器IC構(gòu)成的放大電路,從經(jīng)濟(jì)方面考慮本設(shè)計(jì)采用的是集成運(yùn)算放大器方案,設(shè)計(jì)前置放大器可供選用的集成運(yùn)算放大器有很多,有LF347、LF353、LM324、LF356、0P-16、OP-37、NE5532、NE5534等。在設(shè)計(jì)中經(jīng)過兩級(jí)放大,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大目的,以便在示波器中顯示器波形,其圖如圖3-3所示。設(shè)計(jì)電路因?yàn)長(zhǎng)M324屬于FET管,具有良好的匹配性能,輸入阻抗高、低噪聲、漂移小、頻帶寬、響應(yīng)快等特點(diǎn),完全可以滿足技術(shù)指標(biāo)要求。圖3-3兩級(jí)LM324構(gòu)成的放大電路穩(wěn)壓保護(hù)電路采用專用的功放集成芯片。MC1403是一款波形放大集成塊,體積小巧,外圍電路簡(jiǎn)單,且輸出波形較大。該集成電路內(nèi)部設(shè)有過載過熱及感性負(fù)載反向電勢(shì)平安工作保護(hù)。MC1403是低壓基準(zhǔn)芯片。一般用作8~12bit的D/A芯片的基準(zhǔn)電壓等一些需要根本精準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓的場(chǎng)合。其芯片引腳圖如圖3-4。輸出電壓:2.5V+/-25mV輸入電壓范圍:4.5Vto40V輸出電流:10mA因?yàn)檩敵鍪枪潭ǖ?,所以電路很?jiǎn)單。就是Vin接電源輸入,GND接底,Vout加一個(gè)0.1uf~1uf的電容就可以了。Vout一般用作8~12bit的D/A芯片的基準(zhǔn)電壓。圖3-4芯片引腳圖3.2控制電路中的單片機(jī)作為本次設(shè)計(jì)中的一個(gè)重點(diǎn),AT89s52表達(dá)了很重要的作用,其具體功能如下:AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K在系統(tǒng)可編程空間AT89S52引腳如圖3-5圖3-5封裝圖Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造,與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上,擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash,使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能:8k字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM,32位I/O口線,看門狗定時(shí)器,2個(gè)數(shù)據(jù)指針,三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口,片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外,AT89S52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作,支持2種軟件可選擇節(jié)電模式??臻e模式下,CPU停止工作,允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下,RAM內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結(jié),單片機(jī)一切工作停止,直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。P0口:P0口是一個(gè)8位漏極開路的雙向I/O口。對(duì)P0端口寫“1”時(shí),引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。P1口:P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,p1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。作為輸入使用時(shí),被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因,將輸出電流〔IIL〕。其功能應(yīng)用為P1口接收低8位地址字節(jié)。引腳號(hào)第二功能如下:P1.0T2〔定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的外部計(jì)數(shù)輸入〕,時(shí)鐘輸出;P1.1T2EX〔定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2的捕捉/重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制〕;P1.5MOSI〔在系統(tǒng)編程用〕;P1.6MISO〔在系統(tǒng)編程用〕;P1.7SCK〔在系統(tǒng)編程用〕;P2口:P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,P2輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)P3口:P3口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口,p3輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。P3口的第二功能:P3.0RXD(串行輸入口)P3.1TXD(串行輸出口)P3.2INTO(外中斷0)P3.3INT1(外中斷1)P3.4TO(定時(shí)/計(jì)數(shù)器0)P3.5T1(定時(shí)/計(jì)數(shù)器1)P3.6WR(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通)P3.7RD(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通)RST:復(fù)位輸入此外,P3口還接收一些用于FLASH閃存編程和程序校驗(yàn)的控制信號(hào)。當(dāng)振蕩器工作時(shí),RST引腳出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期以上高電平將是單片機(jī)復(fù)位。ALE/PROG:當(dāng)訪問外部程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí),ALE〔地址鎖存允許〕輸出脈沖用于鎖存地址的低8位字節(jié)。一般情況下,ALE仍以時(shí)鐘振蕩頻率的1/6的脈沖信號(hào),因此它可對(duì)外輸出時(shí)鐘或用于定時(shí)目的??赏ㄟ^對(duì)特殊功能存放器〔SFR〕區(qū)中的8EH單元的D0位置位,可禁止ALE操作。PSEN:程序儲(chǔ)存允許〔PSEN〕輸出是外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號(hào),當(dāng)AT89S52由外部程序存儲(chǔ)器取指令〔或數(shù)據(jù)〕時(shí),每個(gè)機(jī)器周期兩次PSEN有效,即輸出兩個(gè)脈沖,當(dāng)有訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器,將會(huì)隔過兩次PSEN信號(hào)。EA/VPP:當(dāng)外部訪問允許,想要CPU僅訪問外部程序存儲(chǔ)器〔地址為0000H-FFFFH〕,EA端必須保持低電平〔接地〕。XTAL1:振蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2:振蕩器反相放大器的輸出端。片上沒有定義的地址是不能用的。讀這些地址,將得到一個(gè)隨機(jī)數(shù)據(jù);寫入的數(shù)據(jù)通常會(huì)無效。定時(shí)器2存放器:存放器T2CON和T2MOD包含定時(shí)器2的控制位和狀態(tài)位,存放器對(duì)RCAP2H和RCAP2L是定時(shí)器2的捕捉和自動(dòng)重載存放器。中斷存放器:各中斷在IE存放器中,六個(gè)中斷源的兩個(gè)優(yōu)先級(jí)同樣可以IE中設(shè)置。3.3數(shù)模轉(zhuǎn)換器作為橋梁作用的DAC0832芯片DAC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。D/A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC存放器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路組成。器件功能介紹根據(jù)對(duì)DAC0832的數(shù)據(jù)鎖存器和DAC存放器的不同的控制方式,DAC0832有三種工作方式:直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。DAC0832引腳功能電路應(yīng)用原理圖DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片,集,其引腳功能如圖3-6:圖3-6引腳分布如圖成電路內(nèi)有兩級(jí)輸入存放器,使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式。假設(shè)需要相應(yīng)的模擬電壓信號(hào),可通過一個(gè)高輸入阻抗的線性運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)放大器。運(yùn)放的反應(yīng)電阻可通過RFB端引用固有電阻,也可外接。其在電路中的應(yīng)用見圖3-7:DAC0832引腳功能說明:DI0~DI7:數(shù)據(jù)輸入線,TLL電平;ILE:數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號(hào)輸入線,使高電平有效;CS:選信號(hào)輸入線,低電平有效;WR1:輸入存放器的寫選通信號(hào);XFER:數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)輸入線,對(duì)低電平有效;WR2:為DAC存放器寫選通輸入線;Iout1:電流輸出線。輸入全為1時(shí)Iout1為最大;Iout2:電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù);Rfb:反應(yīng)信號(hào)輸入線,芯片內(nèi)部有反應(yīng)電阻;Vcc:電源輸入線(+5v~+15v);Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線(-10v~+10v);圖3-7穩(wěn)壓保護(hù)電路AGND:模擬地,摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地;DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比擬好;一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器有8個(gè)輸入端〔其中每個(gè)輸入端是8位二進(jìn)制數(shù)的一位〕,有一個(gè)模擬輸出端。DAC0832輸出的是電流,一般輸出是基準(zhǔn)電壓,所以還必須經(jīng)過一個(gè)外接的放大器來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換電壓。IN0~IN7:8路模擬信號(hào)輸入端。A1、A2、A0:地址輸入端。ALE地址鎖存允許輸入信號(hào),在此腳施加正脈沖,上升沿有效,此時(shí)有鎖存地址碼,從而選通其相應(yīng)的模擬信號(hào)通道,以便進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。OE:輸入允許信號(hào),高電平有效。CLOCK(CP):時(shí)鐘信號(hào)輸入端,外接時(shí)鐘頻率一般為640kHz。Vcc:+5V單電源供電。D7~D0:數(shù)字信號(hào)輸出端。由A2、A1、A0三地址輸入端選通8路模擬信號(hào)中的任何一路進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。數(shù)/?!睤/A〕轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器是接收數(shù)字量,輸出一個(gè)與數(shù)字量相對(duì)應(yīng)的電流或電壓信號(hào)的模擬量接口。D/A轉(zhuǎn)換器被廣泛用于計(jì)算機(jī)函數(shù)發(fā)生器、計(jì)算機(jī)圖形顯示以及與A/D轉(zhuǎn)換器相配合的控制系統(tǒng)等。D/A轉(zhuǎn)換原理將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換器品種繁多,有權(quán)電阻DAC、變形權(quán)電阻DAC、T型電阻DAC、電容型DAC和權(quán)電流DAC等。DAC0832的結(jié)構(gòu):DAC0832中有兩級(jí)鎖存器,第一級(jí)鎖存器稱為輸入存放器,它的鎖存信號(hào)為ILE;第二級(jí)鎖存器稱為DAC存放器,它的鎖存信號(hào)為傳輸控制信號(hào)。因?yàn)橛袃杉?jí)鎖存器,DAC0832可以工作在雙緩沖器方式,即在輸出模擬信號(hào)的同時(shí)采集下一個(gè)數(shù)字量,這樣能有效地提高轉(zhuǎn)換速度。此外,兩級(jí)鎖存器還可以在多個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器同時(shí)工作時(shí),利用第二級(jí)鎖存信號(hào)來實(shí)現(xiàn)多個(gè)轉(zhuǎn)換器同步輸出。DAC0832的引腳特性DAC0832是20引腳的雙列直插式芯片。各引腳的特性如下:——片選信號(hào),和允許鎖存信號(hào)ILE組合來決定是否起作用。ILE——允許鎖存信號(hào)?!獙懶盘?hào)1,作為第一級(jí)鎖存信號(hào),將輸入資料鎖存到輸入存放器〔此時(shí),必須和、ILE同時(shí)有效〕。——寫信號(hào)2,將鎖存在輸入存放器中的資料送到DAC存放器中進(jìn)行鎖存〔此時(shí),傳輸控制信號(hào)必須有效〕?!獋鬏斂刂菩盘?hào),用來控制DI7~DI0——8位數(shù)據(jù)輸入端。IOUT1——模擬電流輸出端1。當(dāng)DAC存放器中全為1時(shí),輸出電流最大,當(dāng)DAC存放器中全為0時(shí),輸出電流為0。IOUT2——模擬電流輸出端2。IOUT1+IOUT2=常數(shù)。RFB——反應(yīng)電阻引出端。DAC0832內(nèi)部已經(jīng)有反應(yīng)電阻,所以,RFB端可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端。相當(dāng)于將反應(yīng)電阻接在運(yùn)算放大器的輸入端和輸出端之間。VREF——參考電壓輸入端。可接電壓范圍為±10V。外部標(biāo)準(zhǔn)電壓通過VREF與T電阻網(wǎng)絡(luò)相連。VCC——芯片供電電壓端。范圍為+5V~+15V,最正確工作狀態(tài)是+15V。AGND——模擬地,即模擬電路接地端。DGND——數(shù)字地,即數(shù)字電路接地端。DAC0832的工作方式DAC0832進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換,可以采用兩種方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。第一種方法是使輸入存放器工作在鎖存狀態(tài),而DAC存放器工作在直通狀態(tài)。具體地說,就是使和都為低電平,DAC存放器的鎖存選通端得不到有效電平而直通;此外,使輸入存放器的控制信號(hào)ILE處于高電平、處于低電平,這樣,當(dāng)端來一個(gè)負(fù)脈沖時(shí),就可以完成1次轉(zhuǎn)換。第二種方法是使輸入存放器工作在直通狀態(tài),而DAC存放器工作在鎖存狀態(tài)。就是使和為低電平,ILE為高電平,這樣,輸入存放器的鎖存選通信號(hào)處于無效狀態(tài)而直通;當(dāng)和端輸入1個(gè)負(fù)脈沖時(shí),使得DAC存放器工作在鎖存狀態(tài),提供鎖存數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。(1).DAC0832的應(yīng)用舉例DAC0832實(shí)現(xiàn)一次D/A轉(zhuǎn)換,可以采用下面程序段。設(shè)定要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)放在1000H單元中。MOVBX,100HMOVAL,[BX];取轉(zhuǎn)換資料MOVDX,PORTA;PORTA為D/A轉(zhuǎn)換器端口地址OUTDX,(2).在實(shí)際應(yīng)用中,經(jīng)常需要用到一個(gè)線性增長(zhǎng)的電壓去控制某一個(gè)檢測(cè)過程,或者作為掃描電壓去控制一個(gè)電子束的移動(dòng)。執(zhí)行附錄中的程序段,利用D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)波電壓,實(shí)現(xiàn)此類控制作用。4PCB的印制4.1生成網(wǎng)絡(luò)表電氣規(guī)那么檢測(cè)無誤后,從原理圖中生成材料清單如下表4-1:表4-1部件類型元件標(biāo)號(hào)封裝1NC48051nC78051nC88051nC38051nfC1380510KR1380510KR580510kR1180510kR1080510kR780510kR180510kR280510kR680512MHZX1XTAL130pFC180530pFC2805AT89S52U1DIP40DAC08321DIP20LEDD4RB.1/.2LEDD3RB.1/.2LM324D2SOICLM324D1SOICMC1403R16DIP10PotRV1WRSW-PBS1SWSW-PBS2SW在原理圖中生成網(wǎng)絡(luò)表,為后期的PCB板子的制作做準(zhǔn)備,得到各個(gè)元器件的封裝類型,因?yàn)榉庋b庫中一些元器件庫不存在需要自己制作PCB庫文件4.2生成PCB板新建一個(gè)PCB庫文件,將元件庫中沒有的封裝類型,自己通過查芯片手冊(cè)而做出來,新建一個(gè)PCB1.PCB文件,添加自制的PCB庫文件,然后加載上節(jié)生成的網(wǎng)絡(luò)表,執(zhí)行命令檢測(cè)無誤后,生成PCB板如圖4-1。圖4-1生成PCB板圖4.2.1一般規(guī)那么PCB板上預(yù)劃分?jǐn)?shù)字、模擬、DAA信號(hào)布線區(qū)域;數(shù)字、模擬元器件及相應(yīng)走線盡量分開并放置于各自的布線區(qū)域內(nèi);高速數(shù)字信號(hào)走線盡量短;敏感模擬信號(hào)走線盡量短;合理分配電源和地;DGND、AGND、實(shí)地分開;電源及臨界信號(hào)走線使用寬線;數(shù)字電路放置于并行總線/串行DTE接口附近,DAA電路放置于線接口附近。4.2.2元器件放置(1)在系統(tǒng)電路原理圖中:①劃分?jǐn)?shù)字、模擬、DAA電路及其相關(guān)電路;②在各個(gè)電路中劃分?jǐn)?shù)字、模擬、混合數(shù)字/模擬元器件;③注意各IC芯片電源和信號(hào)引腳的定位。(2)初步劃分?jǐn)?shù)字、模擬、DAA電路在PCB板上的布線區(qū)域(一般比例2:1:1),數(shù)字、模擬元器件及其相應(yīng)走線盡量遠(yuǎn)離并限定在各自的布線區(qū)域內(nèi)。Note:當(dāng)DAA電路占較大比重時(shí),會(huì)有較多控制/狀態(tài)信號(hào)走線穿越其布線區(qū)域,可根據(jù)當(dāng)?shù)匾?guī)那么限定做調(diào)整,如元器件間距、高壓抑制、電流限制等。(3)首先放置混合型元器件(如Modem器件、A/D、D/A轉(zhuǎn)換芯片等):①確定元器件放置方向,盡量使數(shù)字信號(hào)及模擬信號(hào)引腳朝向各自布線區(qū)域;②將元器件放置在數(shù)字和模擬信號(hào)布線區(qū)域的交界處。(4)放置所有的模擬器件:①放置模擬電路元器件,包括DAA電路;②模擬器件相互靠近且放置在PCB上包含TXA1、TXA2、RIN、VC、VREF信號(hào)走線的一面;③TXA1、TXA2、RIN、VC、VREF信號(hào)走線周圍防止放置高噪聲元器件;④對(duì)于串行DTE模塊,DTEEIA/TIA-232-E系列接口信號(hào)的接收/驅(qū)動(dòng)器盡量靠近Connector并遠(yuǎn)離高頻時(shí)鐘信號(hào)走線,以減少/防止每條線上增加的噪聲抑制器件,如阻流圈和電容等。(5)放置數(shù)字元器件及去耦電容:①數(shù)字元器件集中放置以減少走線長(zhǎng)度;②在IC的電源/地間放置0.1uF的去耦電容,連接走線盡量短以減小EMI;③對(duì)并行總線模塊,元器件緊靠Connector邊緣放置,以符合應(yīng)用總線接口標(biāo)準(zhǔn),如ISA總線走線長(zhǎng)度限定在2.5in;④對(duì)串行DTE模塊,接口電路靠近Connector;⑤晶振電路盡量靠近其驅(qū)動(dòng)器件。4.2.3晶振電路(1)所有連到晶振輸入/輸出端(如XTLI、XTLO)的走線盡量短,以減少噪聲干擾及分布電容對(duì)Crystal的影響。XTLO走線盡量短,且彎轉(zhuǎn)角度不小于45度。(因XTLO連接至上升時(shí)間快,大電流之驅(qū)動(dòng)器);(2)雙面板中沒有地線層,晶振電容地線應(yīng)使用盡量寬的短線連接至器件上離晶振最近的DGND引腳,且盡量減少過孔;(3)如可能,晶振外殼接地;(4)在XTLO引腳與晶振/電容節(jié)點(diǎn)處接一個(gè)100Ohm電阻。4.3繪制PCB板按照上述規(guī)那么,結(jié)合板子的大小,加上整體的美觀性和布線的合理性,調(diào)整完元器件的位置鏈接線路后覆銅整理完P(guān)CB板圖如圖4-2。圖4-2布線完成的PCB板子5總結(jié)經(jīng)過幾個(gè)月的辛苦努力和奮斗又經(jīng)過指導(dǎo)老師的細(xì)心講解,至此,本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)到此結(jié)束,以單片機(jī)AT89s52為控制中心,結(jié)合以D/A、LM324、DAC0832等組成的外圍電路,并賦以子程序調(diào)試和運(yùn)行,我的伙伴基于我的硬件電路的根底上來實(shí)現(xiàn)波形的生成,最終經(jīng)過主程序和子程序的調(diào)試和仿真,波形完美的輸出。經(jīng)過此次設(shè)計(jì),我不斷學(xué)習(xí)、不斷積累,收獲良多,感慨良多,通過本科畢設(shè),讓我在這樣一個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)過程中全面衡量、重新定位自己;通過本科畢設(shè),讓我從一名對(duì)科研只有淺薄認(rèn)識(shí)的學(xué)生蛻變?yōu)榫邆淦鸫a科研素質(zhì)的科研工作者;通過本科畢設(shè),讓我越發(fā)堅(jiān)決了成為一名對(duì)社會(huì)有用的人的決心!開始找了很多模版,又從網(wǎng)上找來的,也有往屆學(xué)長(zhǎng)們的優(yōu)秀論文,原本我想就拿這些修改一下敷衍了事,但是后來我把它們都放棄了。因?yàn)槲也幌脒@件事情變成一種敷衍,也不想敷衍我自己。但是從整體到細(xì)節(jié),都是我自己一點(diǎn)點(diǎn)摳出來的,查了很多東西,反復(fù)改了無數(shù)遍,也熬過很屢次通宵?,F(xiàn)在想想,不禁讓人感慨良多,做設(shè)計(jì)之前從來沒獻(xiàn)過畢設(shè)會(huì)這么的復(fù)雜和糾結(jié)。我相信有了這次畢設(shè)的經(jīng)驗(yàn),以后的我只會(huì)更上一層樓,絕不再做那個(gè)只是奉行拿來主義的人。本科畢設(shè)是對(duì)我科研素質(zhì)的考驗(yàn)與提升。廣泛的資料收集,讓我學(xué)會(huì)了如何查找文獻(xiàn)、閱讀文獻(xiàn),同時(shí)掌握了很多關(guān)于材料學(xué);大量的實(shí)驗(yàn),讓我明白如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),如何膽大心細(xì)地做試驗(yàn),如何測(cè)試以及如何面對(duì)一次次失敗的實(shí)驗(yàn);寫作論文的過程中,我學(xué)會(huì)了如何更加熟練的應(yīng)用電路相關(guān)軟件,掌握了設(shè)計(jì)相關(guān)的一系列知識(shí);論文一遍遍的修改,那么讓我明白什么叫精益求精,什么叫追求完美!本科畢設(shè)這段旅程看似荊棘密布,實(shí)那么蘊(yùn)藏著無盡的寶藏。寶劍鋒從磨礪出,梅花香自苦寒來。辛勤的付出,讓我由衷地收獲到了成功的喜悅!溢于言表的沖動(dòng),讓我明白我的選擇是正確的!在今后的社會(huì)學(xué)習(xí)中,我要不斷地充實(shí)自己,嚴(yán)格地要求自己,爭(zhēng)取在所在崗位有所作為,成為一名出色的電子工作者!

路漫漫其修遠(yuǎn)兮,吾將上下而求索!參考文獻(xiàn)[1]胡翔駿.電路分析(第二版)[M].高等教育出版社,2007[2]華成英,童詩白.模擬電子學(xué)根底〔第四版〕[M].高等教育出版社,2006[3]李廣弟,朱月秀,冷祖祁.單片機(jī)根底[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2007[4]譚博學(xué),苗匯靜.集成電路原理及應(yīng)用〔第二版〕[M].北京電子工業(yè)出版社,2021[5]夏路易,石宗義.電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程PROTEL99SE[M].北京希望電子出版社,2002[6]閻石.數(shù)字電子技術(shù)根底〔第五版〕[M].高等教育出版社,2006.5[7]閻石.電子技術(shù)根底學(xué)習(xí)指導(dǎo)[M].遼寧科技出版社,1985[8]NE5532、NE5534、DAC0832、LM324等器件的DATASHEET[9]李朝青.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,1988[10]何為民.低功耗單片機(jī)微機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,1999[11]李華.MCS-51系列單片機(jī)使用接口技術(shù)[M].北京航空航天大學(xué)出版社,1993[12]DonaldA.Neamen.ElectronicCircuitsAnalysisandDesign.2nded[M].NewYork:McGraw-HillCompanies,lnc.2001[13]RobertFranco.DesignWithOperationalAmplifiersandAnalogIntegratedCircuits[M].McGraw-HillCompany.2002[14]StdphenL.Herman.ElectronicsForElectricians.4thed[M].影印本.機(jī)械工業(yè)

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