畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于DSP及虛擬儀器技術(shù)的開放式電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研制基于DSP的便攜式諧波分析儀

《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于DSP及虛擬儀器技術(shù)的開放式電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研制基于DSP的便攜式諧波分析儀》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于DSP及虛擬儀器技術(shù)的開放式電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研制基于DSP的便攜式諧波分析儀（45頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、目錄1 緒論.11.1 課題背景及意義 .11.2 研究內(nèi)容 .12 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程.42.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路概述 .42.2 系統(tǒng)集成方案 .42.3 PROTEL 99 SE 簡介.53 模塊設(shè)計(jì)方案.93.1 程控放大電路模塊 .93.1.1 放大器概述 .93.1.2 原理圖設(shè)計(jì) .93.1.3 印制板圖設(shè)計(jì) .133.2 有源濾波電路模塊 .133.2.1 濾波器概述 .133.2.2 原理圖設(shè)計(jì) .153.2.3 印制板圖設(shè)計(jì).183.3 A/D 轉(zhuǎn)換模塊 .193.3.1 ADC0809 概述.193.3.2 原理圖設(shè)計(jì).203.3.3 印制板圖設(shè)計(jì) .213.4 D/A 轉(zhuǎn)換模塊.

2、223.4.1 TLC5628 概述.223.4.2 原理圖設(shè)計(jì) .233.4.3 印制板圖設(shè)計(jì).253.5 輸入模塊 .263.5.1 鍵盤模塊 .263.5.2 數(shù)碼管顯示模塊 .284 系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn).305 總結(jié)與展望.31參考文獻(xiàn)：.32致謝.33附錄.34安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）1基于 DSP 及虛擬儀器技術(shù)的開放式電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研制 基于 DSP 的便攜式諧波分析儀電子與信息工程學(xué)院 電子信息工程專業(yè) 2005 級(jí) 指導(dǎo)教師 1 緒論1.1 課題背景及意義實(shí)驗(yàn)室的裝備水平通常被作為一所高校教學(xué)、科研水平的重要標(biāo)志,因此實(shí)驗(yàn)室的建設(shè),應(yīng)運(yùn)用新技術(shù)、新知識(shí),立足于高水平、高起

3、點(diǎn)。然而目前我校各實(shí)驗(yàn)室還是傳統(tǒng)測試儀器占主導(dǎo)地位,微機(jī)和測試儀器基本上還處于互不相干的狀態(tài),因此用代表著儀器發(fā)展新潮流的虛擬儀器系統(tǒng)來加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè),跟蹤國際先進(jìn)水平,增創(chuàng)學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)新優(yōu)勢,是十分必要的。虛擬儀器是計(jì)算機(jī)技術(shù)、儀器技術(shù)、測量技術(shù)、數(shù)/ 模、模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)、軟件等技術(shù)完美的結(jié)合,它己被愈來愈多的技術(shù)人員所接受,成為當(dāng)今測量測試領(lǐng)域里的一支最重要的力量。在虛擬儀器系統(tǒng)中、強(qiáng)調(diào)“軟件就是儀器”的概念,硬件僅僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出,軟件才是整個(gè)儀器的關(guān)鍵,用戶可以根據(jù)自己需要定義儀器的功能。與傳統(tǒng)儀器相比,虛擬儀器具有功能由用戶定義、系統(tǒng)功能和規(guī)?？赏ㄟ^修改軟件而增減、價(jià)格低

4、可重復(fù)使用、技術(shù)更新快、軟件結(jié)構(gòu)大大節(jié)省開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用等。另一方面，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（DSP技術(shù)）應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。在過去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。DSP 技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合人們需要的信號(hào)形式。數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)是以數(shù)字信號(hào)處理為基礎(chǔ)，因此具有數(shù)字處理的全部優(yōu)點(diǎn)：(1) 接口方便。 (2) 編程方便。 (3) 穩(wěn)定性好。 (4) 精度高。(5) 可重復(fù)性好。 (6) 集成方便。DSP 系統(tǒng)中的數(shù)字部件有高度的規(guī)范性，便于大規(guī)模

5、集成。基于此，本課題提出研究基于 DSP 及虛擬儀器的開放式電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。1.2 研究內(nèi)容基于 DSP 及虛擬儀器技術(shù)的開放式電子技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研制，平臺(tái)由前、后臺(tái)兩部分構(gòu)成，前臺(tái)由 DSP 與 FPGA 為核心的模塊化硬件構(gòu)成，并嵌入實(shí)時(shí)信安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）2號(hào)處理算法，基于 PC 的后臺(tái)軟件采用面向信號(hào)的組件技術(shù)設(shè)計(jì)。平臺(tái)提供基本層次模塊化應(yīng)用案例及提高層次系統(tǒng)集成應(yīng)用案例若干，重點(diǎn)研究典型案例的框架集成及模塊開放式設(shè)計(jì)方法。平臺(tái)具有較好的開放性，可靈活剪裁、合成，方便二次開發(fā)。本次課題選擇以下三個(gè)典型案例進(jìn)行研究并實(shí)現(xiàn)：（一） 基于嵌入式技術(shù)的 ZigBee 無線通信

6、模塊設(shè)計(jì)；1）硬件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)基于單片機(jī)、DSP 或 ARM 的 ZigBee 無線通信模塊，包括發(fā)射與接收模塊的設(shè)計(jì)；2）軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)基于單片機(jī)、DSP 或 ARM 的無線通信模塊軟件，可采用匯編、C 語言或者基于 LINUX 環(huán)境開發(fā)（ARM） 。 （二） 、 基于 DSP 的便攜式諧波分析儀；1）預(yù)處理及外圍接口電路設(shè)計(jì)，預(yù)處理電路主要包括傳感器接口、放大、濾波、鍵盤、顯示、光耦隔離電路等模塊，主要是對(duì)原有的各電路方案進(jìn)行優(yōu)化、集成。2）基于 TMS320F2812 的 DSP 主板設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)基于 TMS320F2812 的主板，板卡具有以下功能模塊：16 路 A/D，6 路 PWM，1

7、 路 D/A，外擴(kuò)內(nèi)存 64K*16Bit 以上，支持矩陣鍵盤、液晶接口，支持 RS232 或 CAN 總線通信；3）基于 DSP 的實(shí)時(shí)諧波分析軟件設(shè)計(jì)，基于 CCS 環(huán)境，采用 C 語言為主、匯編為輔開發(fā) DSP 軟件，軟件包括框架軟件和功能模塊， 其中功能模塊包括：初始化、采集模塊、鍵盤掃描、液晶顯示、諧波分析軟件、通信模塊等。4）基于 PC 的虛擬儀器軟件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)基于 RS232 或 USB、PCI 總線的虛擬儀器軟件，可采用 C 或者 VC 設(shè)計(jì)。主要是基于外購 USB 數(shù)據(jù)采集卡或者自制的TMS320F2812 DSP 主板進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括：實(shí)時(shí)測試模塊、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理模塊等。

8、（三） 、基于 DSP 的圖像處理平臺(tái)研究及設(shè)計(jì)1）基于 TMS320VC5402 的 DSP 主板設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)基于 TMS320VC5402 的 DSP 主板，要求該板卡具有以下功能：支持 JTAG 仿真方式或者 BOOTLOADER 自啟動(dòng)方式工作。2）基于多分辨率分析的圖像處理方法研究；基于多分辨率分析的圖像融合方法研究；基于 Contourlet 變換的圖像處理方法研究；多源遙感圖像融合方法研究。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）3研究設(shè)計(jì)基于多分辨率分析的圖像處理方法與技術(shù)，以 Matlab 語言為主，C 或 VC 為輔設(shè)計(jì)，可研究彩色空間變換、小波變換、拉普拉斯塔型分解、方向?yàn)V波器組等方

9、法，具體內(nèi)容包括各類圖像的融合、去噪、增強(qiáng)和數(shù)字水印等圖像處理方法。安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）42 系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路概述在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我們小組集體完成基于 DSP 的便攜式諧波分析儀的設(shè)計(jì)，該課題包括預(yù)處理及外圍接口電路的設(shè)計(jì)、基于 TMS320F2812 的 DSP 主板設(shè)計(jì)和基于 DSP 的實(shí)時(shí)諧波分析軟件的設(shè)計(jì)。在該系統(tǒng)中，我們采用硬件與軟件相結(jié)合。當(dāng)小信號(hào)經(jīng)過傳感器進(jìn)入接口電路中時(shí)，通過預(yù)處理（如放大、濾波、A/D 轉(zhuǎn)換等）送給 DSP 芯片進(jìn)行諧波分析，也可以在硬件電路上借助于相應(yīng)軟件程序來對(duì)信號(hào)進(jìn)行諧波分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的實(shí)時(shí)分析計(jì)算和顯示，在該課題中我負(fù)

10、責(zé)的是預(yù)處理及外圍接口電路的設(shè)計(jì)，并且對(duì)硬件系統(tǒng)集成方案進(jìn)行了優(yōu)化并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。 2.2 系統(tǒng)集成方案實(shí)驗(yàn)平臺(tái)采用開放、靈活的設(shè)計(jì)方式，并根據(jù)電子技術(shù)課程特點(diǎn)，將智能儀器儀表與綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)相結(jié)合。采用“模塊化”的設(shè)計(jì)思路，以便對(duì)各模塊出現(xiàn)的問題及時(shí)調(diào)整和改正，有利于更快更好的完成設(shè)計(jì)任務(wù),測試系統(tǒng)中融入先進(jìn)的電子線路，仿真設(shè)計(jì)方法，虛擬儀器技術(shù)，DSP 技術(shù)等，系統(tǒng)可以靈活組合，實(shí)現(xiàn)不同的系統(tǒng)方案。本次設(shè)計(jì)包括程控放大器、有源濾波器、A/D、D/A、鍵盤、顯示接口模塊、DSP 芯片模塊等，不同的模塊可以組合成實(shí)現(xiàn)不同功能的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。例如：電路 1、2、3、4、7、8 組合；電路 1、2、7、

11、8 組合，等等。充分體現(xiàn)了各模塊之間靈活組合。其中一種硬件系統(tǒng)框圖如下圖 2-1 所示： 圖 2-1 硬件系統(tǒng)框圖安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）5通過放大器、濾波器、A/D、D/A 及 DSP 芯片來完成對(duì)信號(hào)的諧波分析。當(dāng)小信號(hào)經(jīng)過傳感器進(jìn)入接口電路中時(shí)，我們采用了一個(gè)放大電路來把這個(gè)信號(hào)放大到要求的范圍，并設(shè)計(jì)一個(gè)濾波器對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行濾波除噪。當(dāng)?shù)玫礁蓛舻哪M信號(hào)（16 路） ，經(jīng)過多路開關(guān)，選出一路進(jìn)入 AD 芯片，完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并通過總線送給主控制板進(jìn)行高速數(shù)據(jù)分析，同時(shí)，由 D/A芯片對(duì)放大電路和濾波電路進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。2.3 Protel 99 SE 簡介Protel

12、99SE 是澳大利亞 Protel Technology 公司推出的一個(gè)全 32 位的電路板設(shè)計(jì)軟件。該軟件功能強(qiáng)大，人機(jī)界面友好，易學(xué)易用，使用該軟件設(shè)計(jì)者可以容易地設(shè)計(jì)電路原理圖、畫元件圖、設(shè)計(jì)電路板圖、畫元件封裝圖和電路仿真，是業(yè)內(nèi)人士首選的電路板設(shè)計(jì)工具。其中，原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)是用于原理圖設(shè)計(jì)的 Advance Schematic 系統(tǒng)。這部分包括用于設(shè)計(jì)原理圖的原理圖編輯器 Sch 以及用于修改、生成零件的零件庫編輯器 SchLib。印刷電路板設(shè)計(jì)系統(tǒng)是用于電路板設(shè)計(jì)的 Advanced PCB。這部分包括用于設(shè)計(jì)電路板的電路板編輯器 PCB 以及用于修改、生成零件封裝的零件封裝編輯器

13、 PCBLIB。信號(hào)模擬仿真系統(tǒng)是用于原理圖上進(jìn)行信號(hào)模擬仿真的 SPICE 3f5 系統(tǒng)?？删幊踢壿嬙O(shè)計(jì)系統(tǒng)是基于 CUPL 的集成于原理圖設(shè)計(jì)系統(tǒng)的 PLD 設(shè)計(jì)系統(tǒng)。Protel99 內(nèi)置編輯器包括用于顯示、編輯文本的文本編輯器和用于顯示、編輯電子表格的電子表格編輯器 Spread。原理圖的設(shè)計(jì)步驟一般為：（1）設(shè)置原理圖設(shè)計(jì)環(huán)境。設(shè)計(jì)環(huán)境對(duì)畫原理圖影響很大，在畫原理圖之前，應(yīng)該把設(shè)計(jì)環(huán)境設(shè)置好。工作環(huán)境設(shè)置是使用 Design/Options 和Tool/Preferences 菜單進(jìn)行的。畫原理圖環(huán)境的設(shè)置主要包括圖紙大小、捕捉柵格、電氣柵格、模板設(shè)置等。（2）放置元件。將電氣和電子

14、元件放置到圖紙上。一般情況下元件的原理圖符號(hào)在元件庫中都可以找到，只需要將元件庫中的元件從庫中取出，放置在圖上。由于元件種類非常多，都被分別放在不同的元件庫中，所以應(yīng)該知道哪類元件在哪些庫中。（3）原理圖布線。元件一旦放置在原理圖上，就需要用導(dǎo)線將元件連接起來，連接時(shí)一定要符合電氣規(guī)則。（4）編輯與調(diào)整。編輯元件的屬性，這些屬性包括元件名、參數(shù)、封裝圖安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）6等。調(diào)整元件和導(dǎo)線的位置等操作。（5）檢查原理圖。使用 Protel 99SE 的電氣規(guī)則檢查功能檢查原理圖的連接是合理與正確，給出檢查報(bào)告。若有錯(cuò)誤就需要根據(jù)錯(cuò)誤情況進(jìn)行改正。（6）生成網(wǎng)絡(luò)表。生成原理圖的網(wǎng)絡(luò)表，

15、所謂網(wǎng)絡(luò)表就是元件名、封裝、參數(shù)及元件之間的連接表，通過該表可以確認(rèn)各個(gè)元件和它們之間的連接關(guān)系。（7）打印輸出。打印輸出原理圖。印制板圖的設(shè)計(jì)流程分為：規(guī)則設(shè)置、設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、網(wǎng)表輸入、元器件布局、布線、檢查、輸出七個(gè)步驟。（1）規(guī)則設(shè)置：畫完原理圖后就可建立印制板圖。在建立新文件中選擇文件向?qū)?，在此設(shè)定印制板的建立規(guī)則，如板的大小、各層定義 1、過孔設(shè)置等。（2）印制板圖設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作：對(duì)照原理圖找出每個(gè)元件的封裝，針對(duì)不同的封裝，要考慮到不同的封裝在 PCB 板中要預(yù)留不同大小的位置；否則在裝配元件是時(shí)器件的引腳的插入就可能有困難。對(duì)封裝庫中沒有的封裝，要依據(jù)具體的元件手繪出來，并把它加入元件

16、庫中。保證每個(gè)元件在調(diào)入 PCB 中時(shí)都有對(duì)應(yīng)的封裝。 （3） 網(wǎng)表輸入：首先在原理圖繪制完后建立一張網(wǎng)表。在印制板圖中將其調(diào)出，使用命令 Design/Creat Netlist。這張網(wǎng)表將與印制板圖中的網(wǎng)表保持一致，以此來構(gòu)建元件間的邏輯關(guān)系。網(wǎng)表輸入時(shí)，需要對(duì)原理圖中各元件的關(guān)系進(jìn)行檢查。檢查時(shí)可能顯示元件找不到或元件管腳有錯(cuò)等錯(cuò)誤。這時(shí)需要回到原理圖，對(duì)出錯(cuò)元件的封裝形式與 PBC 中的封裝形式進(jìn)行比較，改正錯(cuò)誤或?yàn)樵L制新的封裝。當(dāng)所有錯(cuò)誤都消除后，就可以執(zhí)行此網(wǎng)絡(luò)表，也就是將原理圖中的所有元件導(dǎo)入印制板圖。（4） 元器件布局：網(wǎng)表輸入以后，調(diào)入元件，所有的元器件都會(huì)在工作區(qū)的零點(diǎn)

17、，重疊在一起,很多的預(yù)拉線交織也在一塊。下一步的工作就是把這些元器件推開，按照一些規(guī)則擺放整齊，即元器件布局。 在設(shè)計(jì)中，布局是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。布局結(jié)果的好壞將直接影響布線的效果，因此可以認(rèn)為，合理的布局就是 PCB 設(shè)計(jì)成功的第一步。布局的方式分為兩種，一種是手工布局，另一種是自動(dòng)布局。在運(yùn)用中采用自動(dòng)布局的基礎(chǔ)上安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）7用手工布局進(jìn)行調(diào)整，依據(jù)原理圖中各個(gè)元件的連接關(guān)系，將聯(lián)系緊密的元件安排在一起，使得走線時(shí)線路簡單。一些特殊元件，如信號(hào)和電源的接插件，在布局時(shí)要預(yù)先把它們安排在板子的外圍，方便產(chǎn)品的使用。在布局時(shí)還可根據(jù)走線的情況對(duì)門電路模塊進(jìn)行再分配，將兩個(gè)模塊進(jìn)

18、行交換，使其成為便于布線的最佳布局。在最終的結(jié)果中要注意：布局均衡，梳密有序，不能使板子頭重腳輕。元件在二維、三維空間上有無沖突。尤其是雙面板，正反兩面的元件不能放在同一點(diǎn)，防止打過孔時(shí)兩元件間發(fā)生短路。 插件板插入設(shè)備是否方便使用，可能更換的元件是否方便更換。 發(fā)熱量大的元件（如 FPGA、AD 芯片等）之間是否有足夠的空間散熱，空氣流是否通暢。發(fā)熱量高的元件盡量分散開來，使單位面積的熱量較小。布局中使元件高低有序，盡量利用空氣的流動(dòng)來散熱。（5）布線：布線的方式也有兩種，手工布線和自動(dòng)布線。由于單純的自動(dòng)布線不太理想，可以使用手工和自動(dòng)相結(jié)合的方式使布線合理、美觀。首先進(jìn)行一次自動(dòng)布線，看

19、整個(gè)板子線路的基本走法，這時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)所定義的電源、地線的線寬沒有實(shí)現(xiàn)，甚至個(gè)別端點(diǎn)的連線沒有成功。這時(shí)就要撤消連線，手工布線。先將沒有布通的電源、地線按設(shè)定寬度連好，然后在自動(dòng)布線中選擇網(wǎng)絡(luò)（Auto Route/Net） ，用光標(biāo)點(diǎn)擊需接地的元件將地線網(wǎng)絡(luò)布通。再用此方法將其他較難布的網(wǎng)絡(luò)布通。接著在自動(dòng)布線中選擇全部（Auto Route/All）,將所有的線路都布通。最后，針對(duì)布線不合理的線路再手工修改，使頂層線路盡量走水平方向，而地層線路盡量走垂直方向，兩層線路之間盡量保持垂直，減少層間耦合和干擾，同時(shí)使最終的線路合理美觀。在 PCB 設(shè)計(jì)中，布線是完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重要步驟之一，前面的各項(xiàng)

20、工作都是為了它成功實(shí)施而做的。PCB 布線有單面布線、雙面布線和多層布線。在本設(shè)計(jì)中采用的是兩層板。布線的方式有自動(dòng)布線和手工布線，在自動(dòng)布線前，可以先將要求比較嚴(yán)格的線進(jìn)行手工布線。一般先進(jìn)行探索式布線，快速把短線連通，然后進(jìn)行迷宮式布線，先把要布的連線進(jìn)行全局的布線路徑優(yōu)化，可以根據(jù)需要斷開已布通的線，試著重新再布線，以改進(jìn)總體效果。電源、地線是噪聲產(chǎn)生的主要原因。在繪制印制板圖是可以通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整從而將噪聲最大限度減少，如：電源、地線間加去耦電容；加寬線寬，其基本標(biāo)準(zhǔn)為：地線寬 電源線寬信號(hào)線寬；數(shù)字線頻率高，模擬線敏感性強(qiáng)，對(duì)于信號(hào)線來說，安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）8高頻信號(hào)應(yīng)遠(yuǎn)離敏

21、感的模擬元件；數(shù)字地與模擬地在 PCB 板中可有一個(gè)短接點(diǎn)；對(duì)于電源、地線而言，走線面積越大越好，以利于減少干擾。走線方式：盡量走短線，特別是對(duì)小信號(hào)電路，線越短電阻越小，干擾越小，同時(shí)耦合線長度盡量減短。走線形狀：同一層上的信號(hào)線改變方向時(shí)因該走斜線，且曲率半徑大些的好，避免直角拐角。（6） 檢查：檢查的項(xiàng)目有線線間距、過孔設(shè)置、去耦電容的擺放和電源層設(shè)置等。檢查出錯(cuò)誤必須修改布局并依此重新布線。（7） 設(shè)計(jì)輸出：印制板設(shè)計(jì)可以輸出到打印機(jī)。打印機(jī)可以把印制板圖分層打印，便于設(shè)計(jì)者再次檢查，也可以制成光繪文件交給制板廠家。安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）93 模塊設(shè)計(jì)方案3.1 程控放大電路模塊

22、3.1.1 放大器概述在過程控制及測試儀表中,被測量或被控制對(duì)象的有關(guān)參數(shù)往往是一些連續(xù)變化的模擬量,而且變化范圍很寬。程控放大器能夠把這樣的信號(hào)變換成與測量或控制電路相匹配的輸入電壓。程控放大器是指可由軟件直接改變增益的放大器，它和 ADC 相配合，可以自動(dòng)適應(yīng)所輸入的模擬信號(hào)電平，正是由于這一獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，程控放大器越來越多地應(yīng)用在自動(dòng)控制、智能測試等各個(gè)領(lǐng)域。3.1.2 原理圖設(shè)計(jì)除去一些特殊電信號(hào)（比如心電）外，大部分電信號(hào)都可被稱為一般電量信號(hào)，比如電流、電壓等。當(dāng)把一般電量信號(hào)輸入到該放大電路時(shí)，放大電路要能夠很好的對(duì)其幅度進(jìn)行放大，同時(shí)失真不能太大。由前面的器件介紹可知，集成運(yùn)放

23、TLE2027 是一種低噪音、低漂移、高速精密的集成運(yùn)算放大器芯片，它使用范圍是電源供電電壓為19V,差分輸入電壓為 1.2V，共模輸入電壓為+13V-13V，輸出電流為50mA?？梢钥闯?TLE2027 非常適合本放大電路。由電路框圖可知系統(tǒng)需要采用三級(jí)放大，可以設(shè)計(jì)成第一級(jí)和第二級(jí)都為精確放大，第三級(jí)是用數(shù)字電位器 X9313 控制的可變放大，在第三級(jí)放大中為了增加了電路使用的靈活性設(shè)計(jì)了兩種控制方式：即可以通過開關(guān)使用手動(dòng)控制也可以由控制芯片來控制。 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)一般電量信號(hào)的放大，設(shè)計(jì)的放大電路原理圖如圖 3-1 所示。下面將分別進(jìn)行介紹。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）10圖 3-1 程

24、控放大電路原理圖1）精確放大部分精確放大部分電路的增益由兩級(jí)組成，并且兩級(jí)放大電路的增益都由各自的反饋電阻控制。兩級(jí)電路的增益計(jì)算分別如下：第一級(jí)放大電路的增益為：Au1=Rf1/R2=20K/1K=20（倍） 第二級(jí)放大電路的增益為：Au2=Rf2/R4=10K/1K=10（倍） 精確放大部分電路總增益為Au=Au1Au =2010=200（倍）2當(dāng)一般電量輸入到該放大電路時(shí)，它將被放大約 200 倍，放大后的信號(hào)將進(jìn)入第三級(jí)放大電路進(jìn)行放大。精確放大部分電路原理圖如圖 3-2 所示 圖 3-2 精確放大部分電路原理圖安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）112）可變放大部分該放大部分電路的增益是由電

25、路中的反饋電阻控制，由于反饋電阻為數(shù)字電位器，所以該電路的增益是不確定的，但是可以計(jì)算出它的最大增益為： Au3max=50 k/R6= 50 k/1K=50（倍）可變放大部分原理圖如圖 3-3 所示： 圖 3-3 可變放大部分電路原理圖在該部分我對(duì)可變放大部分進(jìn)一步進(jìn)行了優(yōu)化，為了使電路更靈活，不但能通過數(shù)字電位器對(duì)放大倍數(shù)進(jìn)行控制也能通過模擬電位器來控制放大倍數(shù)，因此在原理圖中加了模擬電位器部分，通過跳線來選擇，如圖 3-4 所示。 圖 3-4 優(yōu)化后的電路原理圖3）控制部分X9313 有三個(gè)控制信號(hào)：、和。在片選信號(hào)置低電平有效CSINCDUCS安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）12后,在抽頭

26、位置控制腳上每出現(xiàn)一次由高至低的下跳變,抽頭就在原位置上產(chǎn)INC生一個(gè)步長的變化。 至于變化是增加還是減少,要取決于此時(shí)控制腳的電DU平,高電平增加,低電平減少。手動(dòng)控制方式是用跳線來實(shí)現(xiàn)的，如圖 3-5 所示，首先將跳線的 1 和 2 腳接通（即選中 X9313），然后通過接通跳線的 5 和 6 腳給 X9313 送去下降沿的脈沖，再通過跳線的 3 和 4 腳的接通與斷開來決定X9313 是向上還是向下滑動(dòng)。接插件 J3 是預(yù)留的被其它芯片控制的接入端口，J5,J6,J7 是選擇手動(dòng)還是芯片控制的端口，當(dāng)用短路帽接通 1 和 2 引腳，則選中手動(dòng)控制方式，當(dāng)用短路帽接通 2 和 3 引腳，則

27、選中由芯片來控制 X9313,這樣設(shè)計(jì)的好處是手動(dòng)方式和芯片控制方式不可能同時(shí)起作用，提高了電路的容錯(cuò)性同時(shí)也增加了電路使用的靈活性?？刂撇糠值脑韴D如圖 3-13 所示：圖 3-5 控制部分原理圖4）退耦電路部分退耦最早用于多級(jí)電路中，為保證前后級(jí)間傳遞信號(hào)而不相互影響各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)而采取的措施。在電源中，退耦表示當(dāng)芯片內(nèi)部進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作或輸出發(fā)生變化時(shí)，需要瞬時(shí)從電源線上抽取較大電流，該瞬時(shí)的大電流可能導(dǎo)致電源線上電壓的降低，從而引起對(duì)自身和其他器件的干擾，為了減少這種干擾，需要在芯片附近設(shè)置一個(gè)儲(chǔ)電的“小水池”以提供這種瞬時(shí)的大電流能力。退耦電路如圖 3-6 所示。圖 3-6 退耦電路在運(yùn)

28、放的輸入端與地之間加接了一個(gè) 0.1uF 和 10uF 的退耦電容，可以降低電源的噪聲，提高電源的穩(wěn)定性。對(duì)于退耦電容的放置規(guī)則是：盡可能的接近安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）13它所作用的芯片引腳。3.1.3 印制板圖設(shè)計(jì)原理圖設(shè)計(jì)好后繪制印制板圖在理論上就不存在太大問題了，由于電路不是很復(fù)雜，所以采用雙層板。在 PCB 環(huán)境下添加所有要用到的封裝庫；新建 PCB Library 文件，繪制庫中沒有的封裝，即根據(jù)所用元件的封裝尺寸畫好外框及焊盤，設(shè)置焊盤的大小和焊盤間距。畫好后添加到庫中，等待調(diào)用。繪制元件封裝時(shí)，不能盲目的直接畫，要上網(wǎng)查閱關(guān)于該元件的相關(guān)資料，有些元件的封裝是貼片形式，有些則

29、是雙列直插形式。程控放大電路的 PCB 板如下圖 3-6 所示：圖 3-6 放大電路的印制板圖3.2 有源濾波電路模塊3.2.1 濾波器概述濾波器是具有頻率選擇作用的電路或運(yùn)算處理系統(tǒng)。按所處理信號(hào)形式不同，濾波器可分為模擬濾波器與數(shù)字濾波器兩類；按功能濾波器可分為低通、高通、帶通與帶阻四類。濾波器主要特性參數(shù)包括：(1) 特征頻率 濾波器的頻率參數(shù)主要有：通帶截頻為通帶2/ppf與過渡帶的邊界點(diǎn)，在該點(diǎn)信號(hào)增益下降到一個(gè)人為規(guī)定的下限。阻帶截頻為阻帶與過渡帶的邊界點(diǎn)，在該點(diǎn)信號(hào)衰耗(增益的倒數(shù))下降到一個(gè)2/rrf人為規(guī)定的下限。轉(zhuǎn)折頻率為信號(hào)功率衰減到(約 3dB)時(shí)的2/ccf1 2/安

30、徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）14頻率，在很多情況下，也常以作為通帶或阻帶截頻。當(dāng)電路沒有損耗時(shí)，cf固有頻率，就是其諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個(gè)固有頻率。2/00f(2)增益與衰耗 濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。對(duì)低通濾波器通帶增益一般指時(shí)的增益；高通指時(shí)的增益；帶通則指中心頻率處的PK 0 增益。對(duì)帶阻濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)。通帶增益變化量指通帶內(nèi)各點(diǎn)增益的最大變化量，如果以 dB 為單位，則指增pKpK益 dB 值的變化量。(3)阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù) 阻尼系數(shù)是表征濾波器對(duì)角頻率為信號(hào)的阻尼0作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項(xiàng)指標(biāo)，它是與傳遞函數(shù)的極點(diǎn)實(shí)部大小相關(guān)的一項(xiàng)系

31、數(shù)。它可由式（1）所示的傳遞函數(shù)的分母多項(xiàng)式系數(shù)求得: 021jjaa（1）的倒數(shù)稱為品質(zhì)因數(shù)，是評(píng)價(jià)帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個(gè)重1/Q要指標(biāo)，Q為： 0Q（2）式中的為帶通或帶阻濾波器的 3dB 帶寬，為中心頻率，在很多情況下中0心頻率與固有頻率相等。0(4)靈敏度 濾波電路由許多元件構(gòu)成，每個(gè)元件參數(shù)值的變化都會(huì)影響濾波器的性能。濾波器某一性能指標(biāo)對(duì)某一元件參數(shù) 變化的靈敏度記作，yxSxy定義為： xxyySyxdd（3）靈敏度是濾波電路設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，可以用來分析元件實(shí)際值偏離設(shè)計(jì)值時(shí)，電路實(shí)際性能與設(shè)計(jì)性能的偏離；也可以用來估計(jì)在使用過程中元件參數(shù)值變化時(shí)，電路性能變化

32、情況。該靈敏度與測量儀器或電路系統(tǒng)靈敏度不是一個(gè)概念，該靈敏度越小，標(biāo)志著電路容錯(cuò)能力越強(qiáng)，穩(wěn)定性也越高。(5)群時(shí)延函數(shù) 當(dāng)濾波器幅頻特性滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，為保證輸出信號(hào)失真度安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）15不超過允許范圍，對(duì)其相頻特性也應(yīng)提出一定要求。在濾波器設(shè)計(jì)中，常 ( )用群時(shí)延函數(shù)評(píng)價(jià)信號(hào)經(jīng)濾波后相位失真程度。越接近常數(shù)， ( )( )dd ( )信號(hào)相位失真越小。3.2.2 原理圖設(shè)計(jì)在進(jìn)行濾波器的設(shè)計(jì)之前，首先應(yīng)考慮濾波器的頻率響應(yīng)問題。根據(jù)頻率響應(yīng)的要求，可以從中選擇： 巴特沃斯（Butterworth）特性；貝塞爾（Bessel）特性；切比雪夫（Chebyshev）特性；聯(lián)立

33、切比雪夫特性。由于巴特沃斯特性的特征是通過區(qū)域中沒有增益的起伏，衰減區(qū)域的傾斜就是截止頻率的開始。它的振幅頻率特性是沒有凸峰的巴特沃斯特性。在相位的角頻率微分特性，即群延遲特性方面有波動(dòng)。切比雪夫特性有陡的過渡帶，通帶內(nèi)有一定偏差，且相位特性差。綜合考慮，使用巴特沃斯特性。因此，這次設(shè)計(jì)的四階巴特沃斯程控低通濾波電路是通過兩級(jí) 2 階 LPF 級(jí)聯(lián)而成。其硬件系統(tǒng)框圖如 3-7 所示： 圖 3-7 濾波器的系統(tǒng)框圖其中的程控部分是利用單片機(jī)或 DSP 來控制數(shù)字電位器 X9313 的檔位，即單片機(jī)或 DSP 給 X9313 的 1 號(hào)管腳提供一個(gè)下降沿，X9313 就改變一個(gè)檔INC位，相當(dāng)于

34、改變電阻，這樣程控部分就實(shí)現(xiàn)了。在有源低通濾波器的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常使用的是正反饋型 2 階 LPF（增益=1） ，如圖 3-8 所示：安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）16圖 3-8 正反饋型 2 階 LPF（增益=1）電路的原理圖因此，這次設(shè)計(jì)的四階巴特沃斯程控低通濾波電路用兩個(gè) 2 階 LPF（增益=1）級(jí)聯(lián)，其電路原理圖如圖 3-9 所示：圖 3-9 濾波器電路原理圖打開 Protel 99SE 軟件，進(jìn)入 Schematic Docement，按照具體的情況設(shè)置好原理環(huán)境。在畫原理圖時(shí)，一些常用的元?dú)饧伎梢栽?Protel 99SE 自帶的庫文件中找到，如電阻、電容、二極管等，而有些特殊的元件

35、則需要自己按照要求建立相應(yīng)的元件庫，比如此次設(shè)計(jì)中用到的數(shù)字電位器 X9313，必須先下載 X9313 的資料，按照資料的說明畫它的庫。按照設(shè)計(jì)好的方案，在 Protel 99SE 的 Schematic Docement 中畫出程控濾波器的原理圖，如圖 3-10 所示：安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）17圖 3-10 程控濾波器原理圖下面分別介紹各個(gè)部分：1）濾波電路部分：在這次的有源濾波器的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的是一個(gè)二級(jí)四階巴特沃斯低通濾波電路，它由二階低通濾波電路級(jí)聯(lián)而成，其設(shè)計(jì)的原理圖如圖 3-11 所示：圖 3-12 二級(jí)四階巴特沃斯低通濾波電路原理圖設(shè)計(jì)中的運(yùn)放使用的是 LM324（如圖 3

36、-13 所示） ，它是價(jià)格便宜的帶差動(dòng)輸入功能的四運(yùn)算放大器，可工作在單電源下，電壓范圍是 3.0V-32V 或+16V。它的特點(diǎn)有：1.短跑保護(hù)輸出 2.真差動(dòng)輸入級(jí) 3.可單電源工作：3V-32V 4.每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器 5.具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?6.共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源 7.行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列 8.輸入端具有靜電保護(hù)功能C17CAPC18CAPC22CAPC21CAPC19CAPC20CAPC23CAPC24CAP1234J2CAP1234J3CAP-12v-12v+12v+12vIN321411U3ALM324567U3BLM324R2RES2R3RES2R1RES2R4RES2.安

37、徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）18圖 3-13 LM324 芯片其中 4 腳和 11 腳分別接的是芯片所需的供電電壓，可以接入一個(gè)輸出電壓為12V 的穩(wěn)壓電源，1、7、8、14 腳分別是、級(jí)放大器的輸出端，2、3 腳是級(jí)放大器的輸入端，5、6 腳是級(jí)放大器的輸入端，9、10 腳是級(jí)放大器的輸入端，12、13 腳是級(jí)放大器的輸入端。LM324 的輸入頻帶寬，可以滿足本次設(shè)計(jì)的需要。2）程控電路部分：對(duì)于濾波器的截止頻率，既可以通過調(diào)節(jié)電容的方法，又可以通過調(diào)節(jié)電阻的方法加以改變。一般來說，能夠買到的電容器的容量值只是 E6 系列或 E12系列中所具有的值。半截容量值的電容器需要特別訂貨，其價(jià)格高且交

38、貨期長，而且廠家往往不愿意少量制作。但對(duì)于電阻器來說，可以購買到 E96 系列或E24 系列的電阻值，并且它們價(jià)格低廉、誤差小、溫度特性穩(wěn)定。因此這次設(shè)計(jì)中采用改變電阻的辦法來調(diào)節(jié)濾波器的截止頻率，即使用數(shù)字電位器 X9313來改變電阻，其電路原理圖如圖 3-14 所示：圖 4-10 程控濾波器電路原理圖其中 X9313 是一個(gè)數(shù)字電位器，當(dāng) 7 號(hào)引腳為低電平，2 號(hào)引腳 U/CS為高電平時(shí)，1 號(hào)引腳從高到低的跳變將增加引腳 W（滑動(dòng)端）和 L 之DINC安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）19間的電阻值；當(dāng) 7 號(hào)引腳為低電平，2 號(hào)引腳 U/為低電平時(shí)，1 號(hào)引腳CSD從高到低的跳變將減小引腳

39、 W（滑動(dòng)端）和 L 之間的電阻值。INC其封裝如圖 3-15 所示：圖 3-15 X9313 芯片3.2.3 印制板圖設(shè)計(jì)在完成了電路原理圖的編輯，經(jīng)過電路檢查（ERC）以后，接著生成網(wǎng)絡(luò)表（NETLIST）當(dāng)電氣檢查通過后需要生成網(wǎng)絡(luò)表（NETLIST） ，宏命令無誤時(shí)，就可以執(zhí)行更新 PCB(Update PCB)，在 PCB 編輯環(huán)境中將元件封裝和網(wǎng)絡(luò)放置到電路板上。反復(fù)的調(diào)整布局，盡量使元件之間緊湊、美觀。布線時(shí)使用手動(dòng)布線和自動(dòng)布線相結(jié)合，最終得到濾波電路的 PCB 板，如圖 3-16 所示：圖 3-16 程控濾波電路的 PCB 板3.3 A/D 轉(zhuǎn)換模塊3.3.1 ADC0809

40、 概述本設(shè)計(jì)使用的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是 AD 公司生產(chǎn)的 ADC0809 芯片，它是由輸入選擇、8 位 ADC 和輸出驅(qū)動(dòng)這三部分組成。輸入選擇部分用于選擇模擬量輸入安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）20IN0IN7 之一；8 位 ADC 是 ADC0809 的核心部分，它由控制邏輯、逐次逼近寄存器 SAR、開關(guān)樹組，256R 電阻分壓器和比較器組成。由于 ADC0809 的比較器采用斬波穩(wěn)零比較器，這種比較器分辨率高，失調(diào)小，溫度漂移小，因此使ADC0809 有較高的精度和穩(wěn)定性，使用時(shí)不需調(diào)零。ADC0809 輸入輸出電平為TTL 電平，它的功耗是 15mW。數(shù)字量輸出及控制線：11 條，ST 為轉(zhuǎn)換啟

41、動(dòng)信號(hào)。當(dāng) ST 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST 應(yīng)保持低電平。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。當(dāng) EOC 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。OE 為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7D0 為數(shù)字量輸出線。CLK 為時(shí)鐘輸入信號(hào)線。因 ADC0809 的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，通常使用頻率為 500KHZ， VREF（），VREF（）為參考電壓輸入。圖 3-17 ADC0809 管腳圖3.3.2 原理圖設(shè)計(jì)此模塊完

42、成數(shù)據(jù)輸入和模數(shù)轉(zhuǎn)換。從外部輸入的 16 路模擬信號(hào)先通過接插件進(jìn)來，接到兩片 MAX354 上進(jìn)行多路選擇，輸出的一路信號(hào)進(jìn)入 ADC0809，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出 8 路并行數(shù)字信號(hào)，通過排線將其引出；ADC0809 的電源由電源模塊提供；它和 MAX354 的控制信號(hào)通過排線引出，可以由控制芯片控制。 安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）21具體的原理圖如下圖 3-18 所示：圖 3-18 A/D 轉(zhuǎn)換電路原理圖ADC0809 工作需要外部提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓，該部分將在接下來的 D/A 模塊詳細(xì)講述。3.3.3 印制板圖設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換過程中引入的噪聲來源較多，主要有熱噪聲、ADC 電源的紋波、參

43、考電平的紋波、采樣時(shí)鐘抖動(dòng)引起的相位噪聲及量化錯(cuò)誤引起的噪聲。除由量化錯(cuò)誤引起的噪聲不可避免外，可采用噪聲性能較好的放大器、合理的電路布局、合理的設(shè)計(jì)采樣時(shí)鐘產(chǎn)生電路、合理設(shè)計(jì) ADC 的供電及采用退耦電容等減小噪聲。要把電源、地線所產(chǎn)生的噪聲干擾降低到最低程度，解決的辦法為：電源、地線間加去耦電容；加寬線寬，其基本標(biāo)準(zhǔn)為：地線寬 電源線寬信號(hào)線寬；數(shù)字地可以連成地網(wǎng)，模擬地不行；數(shù)字線頻率高，模擬線敏感性強(qiáng)，對(duì)于信號(hào)線來說高頻信號(hào)應(yīng)遠(yuǎn)離敏感的模擬元件, 數(shù)字地與模擬地在 PCB板中用一短接點(diǎn)相連。對(duì)于電源地線，走線面積越大越好，以利于減少干擾，對(duì)于高頻信號(hào)線最好用地線屏蔽。A/D 轉(zhuǎn)換的 P

44、CB 板圖如下圖 3-19 所示：安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）22圖 3-19 A/D 轉(zhuǎn)換電路 PCB 圖3.4 D/A 轉(zhuǎn)換模塊3.4.1 TLC5628 概述芯片 TLC5628 是一個(gè) 8 進(jìn)制 8 位電壓輸出數(shù)摸轉(zhuǎn)換芯片，具有非常高的輸入阻抗。該芯片產(chǎn)生一個(gè)變化范圍在 1 個(gè)或 2 個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)的輸出電壓。該參考電壓和地之間無電壓變化。該器件使用簡單，運(yùn)行時(shí)只需要 5V 的單電壓源供電。上電復(fù)位的功能可以確保重新開啟的條件。它的封裝如圖 3-20 所示：圖3-20 TLC5628 的封裝安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）23其各引腳功能如表格 1 所示：表格 1： 引腳功能表引腳名稱 序列

45、號(hào)輸入/輸出 引腳功能描述引腳功能描述時(shí)鐘 5輸入串行時(shí)鐘接口 輸入數(shù)據(jù)在時(shí)鐘周期的下降沿到來時(shí)移位到串行口寄存器DACA 2輸出DAC A 模擬輸出DACB 1輸出 DAC B 模擬輸出DACC 16輸出 DAC C 模擬輸出DACD 15輸出DAC D 模擬輸出DACE 7輸出DAC E 模擬輸出DACF 8輸出DAC F 模擬輸出DACG 9輸出DAC G 模擬輸出DACH 10輸出DAC H 模擬輸出DATA 4 輸入串行口數(shù)據(jù)輸入 DAC 的數(shù)據(jù)代碼在時(shí)鐘的作用下連續(xù)的輸入到串行口寄存器 每一個(gè)數(shù)據(jù)都在時(shí)鐘信號(hào)的下降沿到來時(shí)輸入GND 3輸入接地和電壓參考端.安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論

46、文）24LDAC 13輸入當(dāng) LDAC 是高電平時(shí)，沒有 DAC 輸出發(fā)生，此時(shí)輸入數(shù)據(jù)被讀入串行口寄存器。該 DAC 輸出僅在當(dāng)LDAC 從高電平變到低電平時(shí)發(fā)生變化。LOAD 12 輸入串行口控制。當(dāng) LDAC 是低電平時(shí)，在 LOAD 信號(hào)的下降沿到來時(shí)，數(shù)據(jù)移到輸出門。此時(shí)，在 DAC 的輸出端，立刻產(chǎn)生一個(gè)輸出電壓。REF1 14輸入?yún)⒖茧妷狠斎氲?DAC 的 A/B/C/D。該電壓限定了模擬輸出電壓的變范圍。REF2 11輸入?yún)⒖茧妷狠斎氲?DAC 的 E/F/G/H。該電壓限定了模擬輸出電壓的變范圍。VDD 6輸入提供正電壓。3.4.2 原理圖設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)中的數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A）模

47、塊為了使電路靈活同樣用排線將其所有控制口單獨(dú)引出，又控制芯片產(chǎn)生數(shù)據(jù)給數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊后達(dá)到我們想要的波形，比如正弦波、方波、三角波等。得到了如圖 3-21 所示的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的原理圖：圖 3-21 D/A 轉(zhuǎn)換電路原理圖在本系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了兩種方案，一種是用 OP07 作為電壓跟隨器來為芯片TLC5628（ADC0809）提供基準(zhǔn)電壓，另一種是用基準(zhǔn)芯片 LM4040C20 為TLC5628(ADC0809)提供基準(zhǔn)電壓，兩種設(shè)計(jì)方案可以通過使用 0 歐電阻作為跳線加以選擇。方案一如圖 3-22 所示：安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）25圖 3-22 基準(zhǔn)電壓設(shè)計(jì)方案一采用兩片 OP0

48、7 設(shè)計(jì)兩個(gè)電壓跟隨器為 TLC5628 提供基準(zhǔn)電壓。電位器可以調(diào)整輸入到 TLC5628 芯片引腳的基準(zhǔn)電壓的大小。方案二如圖 3-23 所示，圖 3-22 基準(zhǔn)電壓設(shè)計(jì)方案二安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）26采用兩片基準(zhǔn)芯片 LM4040C20 來實(shí)現(xiàn)。+5V 供電，電容 C25,C26 的作用是起濾波作用的。對(duì)于兩種方案，可以通過 0 歐電阻作為跳線來選擇。3.4.3 印制板圖設(shè)計(jì) 通過老師的指導(dǎo)，把手工布線和自動(dòng)布線相結(jié)合，在繪制 PCB 時(shí)不但要緊湊、美觀，還要注意人們的習(xí)慣，例如，電源的擺放就要考慮到一個(gè)習(xí)慣問題。最終得到的 D/A 轉(zhuǎn)換電路的印制版圖如下圖 3-23 所示。圖 3

49、-23 D/A 轉(zhuǎn)換電路的 PCB 圖 3.5 輸入模塊3.5.1 鍵盤模塊作為應(yīng)用系統(tǒng),許多時(shí)候要求有控制鍵盤,以便實(shí)現(xiàn)簡單的人機(jī)對(duì)話(如輸入各種控制命令和必要的數(shù)據(jù)),這就需要鍵盤接口.鍵盤電路的特點(diǎn)一是隨機(jī)性,系統(tǒng)操作人員對(duì)鍵盤的操作是隨機(jī)的,所操作的鍵也是隨機(jī)的;二是抖動(dòng)性,這是鍵盤的機(jī)械性決定的。安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）27該矩陣式鍵盤由行線和列線組成，按鍵設(shè)置在行、列結(jié)構(gòu)的交點(diǎn)上，行列線分別連在按鍵開關(guān)的兩端。列線通過上拉電阻接至正電源，以使無鍵按下時(shí)列線處于高電平狀態(tài)。由于鍵盤要單獨(dú)制板，所以設(shè)計(jì)時(shí)添加的 10PIN 的接插件，其中包括四個(gè)行輸出 row1row4，四個(gè)列輸入

50、 col1col4 和電源入口+5V。原理圖如下圖 3-24 所示。圖 3-24 鍵盤原理圖印制板圖如圖 3-25 所示安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）28圖 3-25 鍵盤的 PCB 圖3.5.2 數(shù)碼管顯示模塊此模塊為 LED 七段數(shù)碼管顯示部分，由于發(fā)光二極管通常需要十幾毫安到幾十毫安的驅(qū)動(dòng)電流才能正常發(fā)光，因此可用 CD4511 來對(duì) LED 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。CD4511 是 BCD鎖存/7 段譯碼/驅(qū)動(dòng)器，從 D、C、B、A 輸入待顯示的 BCD 碼，當(dāng) LE-=0 時(shí)輸入數(shù)據(jù)（BCD 碼） ，當(dāng) LE-=1 時(shí)數(shù)據(jù)鎖存。數(shù)據(jù)輸入后立即引腳ag 輸出用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED 顯示器的字段的信號(hào)，

51、當(dāng) LT-=0 時(shí)，進(jìn)行燈測試，使 LED 顯示“8” ，當(dāng) BI-=0 時(shí)，顯示器消隱顯示，既顯示器“暗” 。由于本系統(tǒng)中無須此操作，故 LT- 和 BI-均在硬件設(shè)計(jì)中接高電平。模塊所用的 LED 是共陰極的，LED 的 1、6 腳接地，當(dāng)某個(gè)發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，發(fā)光二極管點(diǎn)亮相應(yīng)的段被顯示。在 U13A 和 U19A 的 LED 數(shù)碼管上分別接了小數(shù)點(diǎn)顯示位 dp1 和 dp2，為了防止空接腳對(duì)其他信號(hào)的干擾，把其他的 LED 數(shù)碼管不用的 dp 引腳接數(shù)字地。LED 顯示部分模塊附加了雙排的 IDC28 封裝的數(shù)字接插件，使得顯示模塊可獨(dú)立與主芯片進(jìn)行擴(kuò)展。原理圖如下圖 3-2

52、6 所示。安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）29圖 3-26 LED 顯示模塊原理圖PCB 圖如下圖 3-27 所示。圖 3-27 LED 顯示模塊原理圖安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）304 系統(tǒng)集成實(shí)現(xiàn)在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，除負(fù)責(zé)預(yù)處理及外圍接口電路外，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件集成方案進(jìn)行了研究，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)時(shí)采用劃分模塊的方法，可以對(duì)各模塊出現(xiàn)的問題及時(shí)調(diào)整和改正，有利于更快更好的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。各模塊間是單獨(dú)存在的，并沒有采用硬連接，這個(gè)大大的提高了整個(gè)電路的靈活性，具有通用性和面向?qū)ο蟮闹悄苄浴㈤_放性。在整個(gè)硬件系統(tǒng)中，除了預(yù)處理及外圍接口電路外，還為 TMS320F2812 主板、TMS320

53、C5402 主板、和 Zigbee 模塊設(shè)計(jì)了接口電路，最后將所有模塊集成在一塊電路板上構(gòu)成一個(gè)通用的測試平臺(tái)。在這一設(shè)計(jì)過程中關(guān)鍵是要有全局的概念，各模塊的尺寸要有很好的把握，設(shè)計(jì)之前要先規(guī)劃、布局。這樣才能使最終的 PCB 板緊湊、美觀。最后的集成板如下圖所示：圖 3-28 集成模塊圖安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）315 總結(jié)與展望幾個(gè)月來，經(jīng)過小組三個(gè)人的不斷努力，終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，達(dá)到了任務(wù)書上的要求，取得了一定的經(jīng)驗(yàn)成果。完成設(shè)計(jì)的過程中，我們一路坎坷，進(jìn)程并非順利，但是大家團(tuán)結(jié)一致，解決一個(gè)個(gè)問題，最終各自都完成了自己的設(shè)計(jì)部分，每個(gè)人都受益非淺。通過這次的設(shè)計(jì)，使我們從一開始對(duì)系

54、統(tǒng)設(shè)計(jì)的一無所知，到了有了深刻的了解。使我們掌握系統(tǒng)開發(fā)的最基本知識(shí)，系統(tǒng)模塊劃分的設(shè)計(jì)思想，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)上升到一個(gè)新的高度。這對(duì)我們以后不論繼續(xù)學(xué)習(xí)還是走向工作崗位有著非常大的幫助。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中我溫習(xí)了 Protel 99Se 及 Word 等軟件，并能熟練的使用這些軟件。就我自己而言，從一開始對(duì)電路設(shè)計(jì)不知從何下手到最終的制版成功，在這一過程中，我學(xué)到了很多書本上沒有的知識(shí)，知道了當(dāng)我們遇到了一個(gè)實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)，首先應(yīng)該從哪些方面入手，在設(shè)計(jì)電路系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該如何設(shè)計(jì)；知道了如何才能順利成功地制板；明白了理論上的設(shè)計(jì)與實(shí)際電路還的有著很大的區(qū)別的，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)要以理論為基礎(chǔ)，將

55、理論與實(shí)際相結(jié)合，而不能盲目、憑空想象，遇到不會(huì)的問題要及時(shí)上網(wǎng)搜索相關(guān)的文獻(xiàn)資料，我學(xué)會(huì)查資料，這點(diǎn)對(duì)于我來說是可以受用一生的！由于時(shí)間等條件的限制，設(shè)計(jì)中還存在不足和缺陷，可能是第一次設(shè)計(jì)所以在布局時(shí)可能不是很緊湊，經(jīng)過老師指正雖然有所改善但可能還不是最好，布線也同樣，在我以后的學(xué)習(xí)和工作中，我會(huì)盡量注意，避免犯錯(cuò)。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我順利完成了任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)處理及外圍接口電路的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了基于 X9313 的程控放大器、程控有源濾波器、基于 ADC0809 的A/D 模塊、基于 TLC5628 的 D/A 模塊、LED 顯示模塊、LCD 接口、鍵盤接口，并且實(shí)現(xiàn)了對(duì)接口電路和兩種 DSP

56、 主板的集成，所有的模塊之間并沒有采用硬連接，可以單獨(dú)使用，所以大大提高了各電路的靈活性，使該系統(tǒng)具有一定的通用性。在今后的設(shè)計(jì)中可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改善，使系統(tǒng)能做成一個(gè)實(shí)驗(yàn)箱，我相信，通過對(duì)課題的更進(jìn)一步研究，能更進(jìn)一步提高產(chǎn)品的精確性和實(shí)用性。安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）32參考文獻(xiàn)：1鄭樂丹. 高校實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器建設(shè)探索. 陜西工學(xué)院學(xué)報(bào), 第 18 卷,第 4 期,2002 年 12月2 周又平,梅長彤,徐慧. 虛擬儀器教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在電子技術(shù)類課程的應(yīng)用. 現(xiàn)代教育技術(shù), 2006,23(3):73-753鄒旋. 通用低頻測試系統(tǒng)平臺(tái)研究. 安徽建筑工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文, 20084胡馮根

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58、途心電心音信號(hào)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，北京醫(yī)學(xué)工程，第十七卷，第三期，1998 年 9 月。11夏路易，石宗義編著. 電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程 PROTEL 99SE，北京希望電子出版社 2002 年 6 月出版。12Jeckeln E C, Ghannouchi F M, Sawan M A. A new adaptive predistortion technique using software-defined radio and DSP technologies suitable for base station 3G power amplifiers J .IEEE Tran on Mic

59、rowave Theory and Techniques, 2004,52, 52 (9) :2139-2147 .13Yeung L K,Wu K L. A compact second-order LTCC band-pass filter with two finite transmission zerosJ .IEEE Trans Microwave Theory Technol, 2003,51, 51 (2) :337-341 . 安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）33致謝 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，指導(dǎo)老師 liu 老師為我們提供了極大的幫助和關(guān)愛。從始至終 liu 老師一直幫我們提供相關(guān)資料并為

60、我們解決疑難問題，并提出相關(guān)見解，設(shè)計(jì)的整個(gè)過程無不浸透著老師的汗水。liu 老師的這種勤勤懇懇、孜孜不倦、忘我的工作精神是我們學(xué)習(xí)的榜樣，值得效仿的對(duì)象。在此，向我的指導(dǎo)老師 liu 老師致以誠摯的感謝! 感謝 LIU 老師的無私幫助與鼓勵(lì)!感謝系領(lǐng)導(dǎo)關(guān)懷及 DSP 實(shí)驗(yàn)室 F 老師的大力支持!感謝我們本組的每一位同學(xué)，感謝他們在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中對(duì)我的無私幫助和密切配合，我們共同的努力才有今天的成績。 最后，向批閱畢業(yè)設(shè)計(jì)的老師說一聲謝謝！您們辛苦了！安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）34附錄原理圖：圖 1 放大電路原理圖圖 2 濾波電路原理圖：安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）35圖 3 A/D 電路原

61、理圖圖 4 D/A 電路原理圖安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）36 圖 5 鍵盤原理圖安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）37圖 6 LED 顯示模塊原理圖 圖 7 TMS320C5402 模塊的插座原理圖安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）38 圖 8 TMS320F2812 模塊的插座原理圖安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）39PCB 圖： 圖 1 放大電路 PCB 圖圖 2 濾波電路 PCB 圖安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）40圖 3 A/D 電路 PCB 圖安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）41圖 4 D/A 電路 PCB 圖圖 5 鍵盤 PCB 圖圖 6 LED 顯示模塊 PCB 圖安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）42 圖 7 TMS320C5402 模塊的插座 PCB 圖圖 8 TMS320F2812 模塊的插座 PCB 圖安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）43圖 9 液晶模塊的插座 PCB 圖安徽建筑工業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)（論文）44圖 10 硬件集成 PCB 圖