【文章內容簡介】 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 數字系統(tǒng)設計實例 計數顯示： 計數器由四片 74LS90十進制計數器D7~D10實現(xiàn) ， 計數完成后數據鎖存由 74LS374完成 ，鎖存后的數據經 74LS48 數碼管驅動器和共陰極數碼管進行顯示 。 顯示數值到下一次計數完成后刷新 。 可用發(fā)光管或其它方法提示頻率單位 Hz或 kHz 。 第 11章 數字系統(tǒng)設計實例 任意波形發(fā)生器的設計 1. 圖 1110 任意波形發(fā)生器原理框圖 第 11章 數字系統(tǒng)設計實例 1) 工作過程是 ， 如果計數器的位數為 N位 (模值 =2N)， 則把波形的一個周期分為 2N個等間隔數據點 (抽樣點 )存入數據存儲器 ， 地址計數器不斷地循環(huán)計數 ， 就產生出每一周期為 2N個固定點的波形 。 該方法的特點是每一個波形周期的點數是固定的 ， 每一周期內點與點之間的相位間隔相同 。 但是 ， 兩個相鄰周期波形之間的相鄰兩個點的相位間隔與其它點之間的相位間隔有可能不同 。 當計數器的位數 N增加時 ， 這種相位間隔的誤差就可以忽略 。 第 11章 數字系統(tǒng)設計實例 如果產生的波形是循環(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數器的計數時鐘決定 ， 當波形存儲的點數一定時 ， 計數器的計數時鐘頻率越快 ， 讀出一周期波形數據的時間就越短 ， 生產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數來確定 ，當計數時鐘頻率一定時 ， 一周波形的點數越多 ， 讀完一周波形所需的時間就越長 ， 波形頻率就低 ， 反之則高 。 第 11章 數字系統(tǒng)設計實例 如果設地址計數器的標準時鐘頻率為 fr， 計數器的位數為 N位 ， 一周波形的點數有 M個 ， 輸出波形的頻率為 fo， 則輸出波形的頻率 fo與 fr、 M的關系式為 Mff ro ?從上式可以得出，當 fr為一固定值時，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點，所以有 )2(2m i n ?? Mff ro第 11章 數字系統(tǒng)設計實例 2) 相位累加器產生方法 (或 DDS方法 ) DDS方法是根據正弦波形的產生 ， 從相位出發(fā) ， 用等間隔的相位 ， 給出各相位的正弦波形數據點 (抽樣點 )， 存入數據存儲器 ， 通過相位累加器的循環(huán)相位累加 ， 產生周期性正弦波 。 圖 1111 DDS方法實現(xiàn)的原理方框圖 第 11章 數字系統(tǒng)設計實例 fr為標準時鐘頻率 ， Tr=1/fr fo為輸出波形頻率 ， To=1/fo 。 Pw為相位增量系數 ， 這個值給出的是相位變化的速度 。 如果累加器的位數是 N位 ， 則 2π/2N rad就是最小的相位增量 。 于是對應的相位增量是 Pw ２ π/2N rad。 完成一周正弦波輸出需要經過 2π/(Pw 2π/2N)個標準時鐘周期 ， 可以得出輸出波形的周期為 NrWoWrNofPfPTT22??或 第 11章 數字系統(tǒng)設計實例 根據上述分析可知 ， 相位增量系數 Pw越小 ， 波形的失真度越小 ， 輸出波形的頻率 fo越低 ， 最低時的輸出頻率： )1(2 ?? wNro Pff 同樣 ， 相位增量系數 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 數字系統(tǒng)設計實例 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轉換器的性能 。 主要性能指標是 D/A的轉換速度和分辨率 (位數 )。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轉換器 。 8位 D/A的分辨率有 28=256個離散電壓等級 ， 而 12 位D/A分辨率有 212=4096 個電壓等級 。 D/A位數越多 ， 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失真度要求來考慮 。 第 11章 數字系統(tǒng)設計實例 2) 分頻器主要用于改變地址計數器的時鐘頻率 。 一般設計波形發(fā)生器要考慮產生的波形頻率可在一定范圍內變化 ， 如低頻信號的頻率范圍一般為 1Hz~1MHz。 為了達到最高信號頻率的要求 ， 振蕩器的頻率要有最高信號頻率的幾十倍 。 如果不對振蕩器產生的時鐘信號進行分頻 ， 要得到最低信號頻率 1Hz時 ， 就要求有很大的波形數據存儲空間 ， 并且改變一次波形頻率 fo就要改變一次波形存儲點數 ， 這樣設計出來的任意波形發(fā)生器靈活性就差 。 如果采用可編程分頻器 ， 通過控制分頻系數來控制地址計數器的時鐘頻率 fr的變化 ， 而存儲點數 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 數字系統(tǒng)設計實例 3) 存儲器的選擇可根據波形產生的功能要求 ， 選擇隨機存儲器 (RAM) (EPROM) 。 (1) RAM 使用 RAM存儲器時 ， 設計者可通過計算機編程及 I/O接口電路對 RAM進行波形存儲 ， 實現(xiàn)任意波形和函數發(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生較復雜的波形 。 RAM存儲方式可通過計算機改變波形點數和分頻系數兩個參數來改變波形頻率 。 RAM存儲器與計算機實現(xiàn)波形發(fā)生器的原理框圖如圖 1112 所示 。 第 11章 數字系統(tǒng)設計實例 圖 1112 計算機控制實現(xiàn)波形發(fā)生器的原理框圖 第 11章 數字系統(tǒng)設計實例 (2) EPROM 如果設計的波形發(fā)生器只要求產生幾種確定的波形時 ， 可預先利用 EPROM編程器寫好各種波形的數據表 ， 然后通過計數器查表產生波形 。 EPROM存儲的波形數據不能改變 ， 因此信號頻率的改變靠改變分頻系數來實現(xiàn) 。EPROM存儲方式的波形產生器電路結構簡單 ， 成本低 ， 容易實現(xiàn) 。 第 11章 數字系統(tǒng)設計實例 3. 任意波形產生器實現(xiàn)電路 1) 波形發(fā)生器產生的各種波形數據存儲在存儲器內 ， 電路中的存儲器選用 2764EPROM， 存儲容量為 8K 8。 本設計電路的存儲器只存入了四種波形的數據表 ， 每一種波形用 1 K個存儲單元存儲一個周期