國家電工電子實驗教學中心
數字電子技術基礎
實驗報告
實驗題目： 中頻自動增益控制數位電路的研究
2023年11月 17日
【實驗目的】
1.掌握中頻自動增益數位電路設計可以提高學生系統地構思問題和解決問題的能力。
2.通過自動增益數位電路實驗可以系統地歸納用加法器、a/d和d/a轉換電路設計加法、減法、乘法、除法和數字控制模組電路技術 。
3.培養學生通過現象分析電路結構特點，進而改善電路的能力。
【基礎實驗】
（1）用加法器實現2位乘法電路
（2）用4位加法器實現可控累加（加/減，-9到9，步長為3）電路。最大數字和為兩位10進製數18。(要求二進位制轉化為十進位制電路設計不能用模組74185)
【發揮部分】
（1）設計乙個電路，輸入訊號50mv到5v峰峰值，1khz～10khz的正弦波訊號，輸出訊號為3到4v的同頻率，不失真的正弦波訊號。精度為8位，負載500ω。
（2）發揮部分中，若輸出成為直流，電路如何更改。
【基礎部分】
用加法器實現2位乘法電路
2位乘法電路是典型的組合電路。設兩位二進位制分別為a1，a0和b1，b0，輸出為s3，s2，s1，s0。根據乘法展開式，如圖2-1，要實現2位乘法電路，可以使用與門將兩個訊號相與來實現乘運算，再通過加法器實現加和運算。
最後通過輸入高低電平，在數碼管上觀察乘積結果進行驗證。
圖2-1 2位乘法展開式
【發揮部分】
（1）設計乙個電路，輸入訊號50mv到5v峰峰值，1khz～10khz的正弦波訊號，輸出訊號為3到4v的同頻率，不失真的正弦波訊號。精度為8位，負載500ω。
（2）發揮部分中，若輸出成為直流，電路如何更改。
中頻自動增益數位電路：自動增益數字控制電路是一種在輸入訊號變化很大的情況下，輸出訊號保持恆定或在較小的範圍內波動的電路。在通訊裝置中，特別是在通訊接收裝置中起著重要的作用。
它能夠保證接收機在接收弱訊號時增益高，在接收強訊號時增益低，使輸出保持適當的低電平，不至於因為輸入訊號太小而無法正常工作，也不至於因為輸入訊號過大而使接收機發生堵塞或飽和。
輸入訊號可由訊號發生器輸入模擬訊號，通過轉換後，輸出訊號可以用示波器顯示出來，並測量引數。adc0809採集放大直流訊號後，可以進行數字編碼。輸入直流訊號越大，輸出數字量越大。
adc0809輸出數字量接在dac0832的低8位資料輸入端。整合dac0832與運算放大器接成反相比例放大器。輸入電壓訊號ui接至rfb，內部的反饋電阻r成為放大器的輸入電阻。
輸出電壓訊號uo接至uref，數字量控制的倒t電阻網路為反相比例放大器的反饋電阻。倒t電阻網路的等效電阻值受輸入數字量的控制，即輸入電阻不變，電阻網路的等效電阻變化，其反相比例放大器的增益也隨之變化。
設計理念是自動增益，也就是說大訊號小增益、小訊號大增益。
作為參考電壓，整個網路作為反饋網路。
增益：也即模擬輸入大時，通過adc0809轉換成的數字量就大，增益就小；模擬輸入小時，通過adc0809轉換成的數字量就小，增益就大，及實現了自動增益。
【基礎部分】
基礎實驗比較簡單，在老師的提示下，採用的方案是利用與門和74283加法器。根據二進位制數的乘法公式，設兩位二進位制分別為a1、a0和b1、b0，輸出從高位到低位依次為s3、s2、s1、s0，其中s0=a0*b0，s1=a0*b1+a1*b0，s2=a1*b1+s1可能產生的進製，s3=s2可能產生的進製。其中兩數相與可以用74ls08（兩輸入四與門）實現，而加法可以用74ls283（四位二進位制超前進製全加器）實現。
優點：①只需要兩個晶元，便於連線，節省成本，電路簡單，易於理解
②s3不需要再次連線電路，只需要進行空置，等待s2的進製，減少了問題產生的可能因素。
③無需使用co和ci。
【發揮部分】
（1） 方案一
輸出的頻率1khz~10khz正弦模擬訊號轉換成數碼訊號：比較器與計數器（74ls161）一起對輸入鎖存器的訊號進行控制，其中，運用八個與門構成峰值非同步清零模組，對adc傳輸的訊號進行週期性清零。當滿足次態大於現態或完成乙個週期時，一級鎖存le引腳輸入高電平，允許資料通過，而此時二級鎖存le引腳輸入低電平，處於保持狀態。
最後進行dac轉換，結合運放lm324構成除法電路和放大電路，實現將iout1埠輸出以電流為模值（其值隨dac暫存器的內容線性變化，也即是隨著資料輸入而變化 ）的正弦量轉換為電壓為模值的正弦量，並作為參考電壓送回dac輸入端8號引腳，在反饋電阻rfb輸出端加上交流輸入訊號，接地並接到運算放大器的同相輸入端，接到運算放大器的反相輸入端，則把r-2r網路型d/a轉換器構成了運算放大器的反饋元件，用r-2r型電阻網路和運算放大器實現了模擬訊號被數字d相除的除法器。經過運放輸出，。
（2） 方案二
利用檢波電路，從調幅波中取出低頻訊號。為了取出低頻有用訊號，還必須使用濾波器濾除高頻分量，所以檢波電路通常包含非線性元器件和濾波器兩部分，再進行dac轉換，結合運放lm324構成除法電路，實現將iout1埠輸出以電流為模值（其值隨dac暫存器的內容線性變化，也即是隨著資料輸入而變化 ）的正弦量轉換為電壓為模值的正弦量，並作為參考電壓送回dac輸入端8號引腳，在反饋電阻rfb輸出端加上交流輸入訊號，接地並接到運算放大器的同相輸入端，接到運算放大器的反相輸入端，則把r-2r網路型d/a轉換器構成了運算放大器的反饋元件，用r-2r型電阻網路和運算放大器實現了模擬訊號被數字d相除的除法器。經過運放輸出，。
（3） 比較
檢波電路作為模擬電路更複雜，可靠性不高。數位電路穩定性高，也更加符合要求。本實驗設計方案採用方案一。
（4） 方案一具體原理：
該自動增益數字控制電路應分為五部分：
第一部分是模數轉換電路，它將輸入的模擬訊號按式2-1的方式轉換成數碼訊號；
第二部分為數值比較電路，該部分用於比較模數轉換所產生的數字大小，當新輸入的數值大於之前輸入的數值時，將新數值存入鎖存電路，即實現記錄訊號峰值的功能；
第三部分為鎖存電路，用於存放數碼訊號的峰值，由於訊號峰值有可能從大變小，而此時再進行數值比較，新輸入的訊號始終會小於此時鎖存器中的訊號峰值，因此，考慮利用兩片鎖存晶元級聯，第一片每隔一定時間自動清零，而第二片中始終儲存來自第一片鎖存器所記錄的訊號的峰值；
第四及第五部分為數模轉換電路及放大電路，u0=k*ui/d,d為鎖存器中所儲存的輸入訊號的峰值,可得到電壓增益的表示式如下:
【基礎部分】
任意兩個二進位制數的乘運算通過與門實現，三個結果的求和通過將運算結果輸入到加法器的不同位實現。所以共需要四個與門和乙個四位加法器。本實驗採用四位快速進製加法器74ls283和與門74ls08。
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