【文章內(nèi)容簡介】 9C L K 1Q1Q2Q3M S 2M R 1M R 2C L K 0Q0M S 1D4UCCUCCC L K 1Q1Q2Q3M S 2M R 1M R 2C L K 0Q0M S 1D2C L K 1Q1Q2Q3M S 2M R 1M R 2C L K 0Q0M S 1D3C L K 1Q1Q2Q3M S 2M R 1M R 2C L K 0Q0M S 1D111C L K 1Q1Q2Q3M S 2M R 1M R 2C L K 0Q0M S 1D8C L K 1Q1Q2Q3M S 2M R 1M R 2C L K 0Q0M S 1D6第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 計(jì)數(shù)顯示： 計(jì)數(shù)器由四片 74LS90十進(jìn)制計(jì)數(shù)器D7~D10實(shí)現(xiàn) ， 計(jì)數(shù)完成后數(shù)據(jù)鎖存由 74LS374完成 ，鎖存后的數(shù)據(jù)經(jīng) 74LS48 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器和共陰極數(shù)碼管進(jìn)行顯示 。 顯示數(shù)值到下一次計(jì)數(shù)完成后刷新 。 可用發(fā)光管或其它方法提示頻率單位 Hz或 kHz 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 任意波形發(fā)生器的設(shè)計(jì) 1. 圖 1110 任意波形發(fā)生器原理框圖 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 1) 工作過程是 ， 如果計(jì)數(shù)器的位數(shù)為 N位 (模值 =2N)， 則把波形的一個(gè)周期分為 2N個(gè)等間隔數(shù)據(jù)點(diǎn) (抽樣點(diǎn) )存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ， 地址計(jì)數(shù)器不斷地循環(huán)計(jì)數(shù) ， 就產(chǎn)生出每一周期為 2N個(gè)固定點(diǎn)的波形 。 該方法的特點(diǎn)是每一個(gè)波形周期的點(diǎn)數(shù)是固定的 ， 每一周期內(nèi)點(diǎn)與點(diǎn)之間的相位間隔相同 。 但是 ， 兩個(gè)相鄰周期波形之間的相鄰兩個(gè)點(diǎn)的相位間隔與其它點(diǎn)之間的相位間隔有可能不同 。 當(dāng)計(jì)數(shù)器的位數(shù) N增加時(shí) ， 這種相位間隔的誤差就可以忽略 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 如果產(chǎn)生的波形是循環(huán)讀出的周期波形 ， 則波形的頻率由兩方面來決定 : 一方面 ， 波形的頻率由地址計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘決定 ， 當(dāng)波形存儲(chǔ)的點(diǎn)數(shù)一定時(shí) ， 計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率越快 ， 讀出一周期波形數(shù)據(jù)的時(shí)間就越短 ， 生產(chǎn)輸出波形的頻率就越高 ， 反之 ， 則波形頻率低；另一方面 ， 波形的頻率也由組成一周波形的點(diǎn)數(shù)來確定 ，當(dāng)計(jì)數(shù)時(shí)鐘頻率一定時(shí) ， 一周波形的點(diǎn)數(shù)越多 ， 讀完一周波形所需的時(shí)間就越長 ， 波形頻率就低 ， 反之則高 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 如果設(shè)地址計(jì)數(shù)器的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘頻率為 fr， 計(jì)數(shù)器的位數(shù)為 N位 ， 一周波形的點(diǎn)數(shù)有 M個(gè) ， 輸出波形的頻率為 fo， 則輸出波形的頻率 fo與 fr、 M的關(guān)系式為 Mff ro ?從上式可以得出，當(dāng) fr為一固定值時(shí)，波形的最小頻率為 )2(2m i n NNro Mff ?? 波形的最高頻率受到奈奎斯特抽樣定理的限制，至少每一周期抽樣兩個(gè)點(diǎn)，所以有 )2(2m i n ?? Mff ro第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 2) 相位累加器產(chǎn)生方法 (或 DDS方法 ) DDS方法是根據(jù)正弦波形的產(chǎn)生 ， 從相位出發(fā) ， 用等間隔的相位 ， 給出各相位的正弦波形數(shù)據(jù)點(diǎn) (抽樣點(diǎn) )， 存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 ， 通過相位累加器的循環(huán)相位累加 ， 產(chǎn)生周期性正弦波 。 圖 1111 DDS方法實(shí)現(xiàn)的原理方框圖 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 fr為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘頻率 ， Tr=1/fr fo為輸出波形頻率 ， To=1/fo 。 Pw為相位增量系數(shù) ， 這個(gè)值給出的是相位變化的速度 。 如果累加器的位數(shù)是 N位 ， 則 2π/2N rad就是最小的相位增量 。 于是對(duì)應(yīng)的相位增量是 Pw ２ π/2N rad。 完成一周正弦波輸出需要經(jīng)過 2π/(Pw 2π/2N)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘周期 ， 可以得出輸出波形的周期為 NrWoWrNofPfPTT22??或 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 根據(jù)上述分析可知 ， 相位增量系數(shù) Pw越小 ， 波形的失真度越小 ， 輸出波形的頻率 fo越低 ， 最低時(shí)的輸出頻率： )1(2 ?? wNro Pff 同樣 ， 相位增量系數(shù) Pw越大 ， 波形的失真度越高 ， 輸出波形的頻率 fo越大 ， 最大的輸出頻率： )2(2 1??? Nwro Pff第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 2. 1) D/A 任意波形發(fā)生器的特性很大程度上取決于 D/A轉(zhuǎn)換器的性能 。 主要性能指標(biāo)是 D/A的轉(zhuǎn)換速度和分辨率 (位數(shù) )。通常 ， 高速 D/A的分辨率較低 。 目前常采用 8 位 、 10 位和 12位的 D/A轉(zhuǎn)換器 。 8位 D/A的分辨率有 28=256個(gè)離散電壓等級(jí) ， 而 12 位D/A分辨率有 212=4096 個(gè)電壓等級(jí) 。 D/A位數(shù)越多 ， 分辨率越高 ， 再現(xiàn)的波形量化誤差就小 ， 從而波形的失真度小 。 因此 ， 選擇什么樣的分辨率可根據(jù)失真度要求來考慮 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 2) 分頻器主要用于改變地址計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率 。 一般設(shè)計(jì)波形發(fā)生器要考慮產(chǎn)生的波形頻率可在一定范圍內(nèi)變化 ， 如低頻信號(hào)的頻率范圍一般為 1Hz~1MHz。 為了達(dá)到最高信號(hào)頻率的要求 ， 振蕩器的頻率要有最高信號(hào)頻率的幾十倍 。 如果不對(duì)振蕩器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻 ， 要得到最低信號(hào)頻率 1Hz時(shí) ， 就要求有很大的波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間 ， 并且改變一次波形頻率 fo就要改變一次波形存儲(chǔ)點(diǎn)數(shù) ， 這樣設(shè)計(jì)出來的任意波形發(fā)生器靈活性就差 。 如果采用可編程分頻器 ， 通過控制分頻系數(shù)來控制地址計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率 fr的變化 ， 而存儲(chǔ)點(diǎn)數(shù) M不變 ， 則波形頻率就只隨 fr的變化而變化這樣就方便了 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 3) 存儲(chǔ)器的選擇可根據(jù)波形產(chǎn)生的功能要求 ， 選擇隨機(jī)存儲(chǔ)器 (RAM) (EPROM) 。 (1) RAM 使用 RAM存儲(chǔ)器時(shí) ， 設(shè)計(jì)者可通過計(jì)算機(jī)編程及 I/O接口電路對(duì) RAM進(jìn)行波形存儲(chǔ) ， 實(shí)現(xiàn)任意波形和函數(shù)發(fā)生器 。 甚至可以通過鍵盤輸入方程式或從顯示器掃描曲線產(chǎn)生較復(fù)雜的波形 。 RAM存儲(chǔ)方式可通過計(jì)算機(jī)改變波形點(diǎn)數(shù)和分頻系數(shù)兩個(gè)參數(shù)來改變波形頻率 。 RAM存儲(chǔ)器與計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器的原理框圖如圖 1112 所示 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 圖 1112 計(jì)算機(jī)控制實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器的原理框圖 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 (2) EPROM 如果設(shè)計(jì)的波形發(fā)生器只要求產(chǎn)生幾種確定的波形時(shí) ， 可預(yù)先利用 EPROM編程器寫好各種波形的數(shù)據(jù)表 ， 然后通過計(jì)數(shù)器查表產(chǎn)生波形 。 EPROM存儲(chǔ)的波形數(shù)據(jù)不能改變 ， 因此信號(hào)頻率的改變靠改變分頻系數(shù)來實(shí)現(xiàn) 。EPROM存儲(chǔ)方式的波形產(chǎn)生器電路結(jié)構(gòu)簡單 ， 成本低 ， 容易實(shí)現(xiàn) 。 第 11章 數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例 3. 任意波形產(chǎn)生器實(shí)現(xiàn)電路 1) 波形發(fā)生器產(chǎn)生的各種波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器內(nèi) ， 電路中的存儲(chǔ)器選用 2764EPROM， 存儲(chǔ)容量為 8K 8。 本設(shè)計(jì)電路的存儲(chǔ)器只存入了四種波形的數(shù)據(jù)表 ， 每一種波形用 1 K個(gè)存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)一個(gè)周期