电子系统设计实验-贾东立

实实 验验 一 实验设计 假定有一个受到噪声污染的 2KHz 10mV 的弱传感器检测信号 完成对该信 号的放大 滤波和采集电路设计 二 实验框图 放大 滤波 AD 转换 单片 机 电源 实验框图 三 总要求 完成电路设计 查找合适的器件封装 实现 PCB 电路版图 给出每一个实 验的实验报告 实验一 放大滤波电路设计 一 实验目的 1 掌握实际运放的参数如开环放大倍数 偏置电流 零漂 共模抑制比等 指标对放大性能的影响 2 掌握滤波电路 Q 值对滤波性能的影响 了解群时延的概念 3 掌握放大电路在滤波电路构成中的作用 二 实验内容 1 设计放大电路 2 设计滤波电路 3 确定具体的电路器件型号及参数 绘制电路图 4 对电路进行仿真测试 三 实验原理 假定有一个受到噪声污染的 2KHz 10mV 的弱传感器检测信号 现需要对其 进行放大 滤波 得到一个幅值为 2V 的干净的单频信号 设计相关电路 并对 该电路进行仿真验证 放大滤波电路的设计一般合并在一起进行 即做成相应 的有源滤波电路 同时能够满足系统的增益要求 滤波电路一般采用多阶方案 设计过程中应选定具体的器件型号和参数 从实验中观察不同器件参数对性能 的影响 确定最佳参数 从中掌握电路设计器件的选型原理 参数的合理选择 等 四 实验步骤 第一步 根据要求设计相应的放大电路 包括选定运放的具体型号 配 置运放外围器件如电阻电容等参数 对放大电路进行仿真 查看具体运放参数 对电路的影响 修改运放外围器件参数 查看测试结果 最终得到合理的增益 第二步 根据系统要求设计相应滤波器 滤波电路一般选用 4 阶至 6 阶 阻带衰减达到 40dB 到 60dB 电路结构采用压控滤波器形式 参数值选择巴特 沃斯滤波器或切比雪夫滤波器 体会滤波器 Q 值对滤波器性能的影响 第三步 根据需要 合并滤波电路和放大电路 使得总电路满足系统的 增益要求和衰减要求 同时要注意上下级电路之间的匹配 对该电路进行总体 仿真 第四步 确定最终电路图 绘制 Protel SCH 电路图 选定元器件参数和 封装 为 PCB 制版做准备 五 实验总结 实验二 低压差稳压电源电路设计 一 实验目的 1 掌握电源电路的常用指标 如电压系数 负载调整率 纹波系数等 2 了解常用的电源电路的特点 如典型的固定和可调电压电源电路 低压 差线性稳压电源 开关电源等的特点及其应用场合 3 掌握电源电路器件参数的选择和计算 二 实验内容 1 确定电源电路指标要求 尤其是电压调整率和纹波要求 2 设计相应电源电路 结构不限 3 确定具体的电路器件型号及参数 绘制电路图 4 对电路进行仿真测试 三 实验原理 为实验一提供可用的电源电路 根据实验一的要求 电路信号为弱电压信 号 信号幅值为 10mV 所以对电源电压纹波要求较高 对该电路重点考虑使用 低压差稳压器件实现 同时合理设置运放等芯片的退耦电容 避免运放自激 保证放大器工作在合适的工作状态 通过电路仿真 测试该设计电源的电压调 整率 负载调整率和纹波等指标 掌握具体的电路设计 同时 设计过程中应 选定具体的器件型号和参数 从实验中观察不同器件参数对性能的影响 确定 最佳参数 从中掌握电路设计器件的选型原理 参数的合理选择等 四 实验步骤 第一步 根据要求设计相应的低压差稳压电源电路 包括选定低压差稳 压电源芯片的具体型号 配置运放外围器件如电阻电容等参数 第二步 对电源电路进行仿真 查看具体运放参数对电路的影响 修改 运放外围器件参数 查看测试结果 最终得到合理的电压输出 第三步 根据需要 测试电源电路的电压调整率 负载调整率和纹波 第四步 确定最终电路图 绘制 Protel SCH 电路图 选定元器件参数和 封装 为 PCB 制版做准备 五 实验总结 实验三 基于单片机的弱信号采集系统电路总体设计 一 实验目的 1 掌握 AD 采样电路的常用指标 如分辨率等 2 了解常用的数据采样电路的特点 如串行 AD 和并行 AD 与单片机的接口 方式 数据传输格式和控制方式等 3 掌握常用 AD 芯片的选择与应用 二 实验内容 1 根据系统需要确定信号采集系统电路指标 尤其是分辨率和采样频率等 2 设计弱信号采集系统总体电路 3 确定具体的电路器件型号及参数 绘制电路图 4 对电路进行仿真测试 三 实验原理 在实验一放大滤波电路和实验二低压差电源电路设计的基础上 以单片机 为基础设计 20KHz 10mV 弱信号的采集系统总体电路 该实验中 重点掌握单 片机系统电路的设计 AD 采样电路的设计 掌握 AD 采样位数对分辨率的影响 通过电路仿真 测试该采集系统电路的指标 同时 设计过程中应选定具体的 AD 器件型号和参数 从实验中观察不同器件参数对性能的影响 确定最佳参数 从中掌握 AD 采样电路设计器件的选型原理 参数的合理选择等 四 实验步骤 第一步 根据要求设计相应的 AD 采样电路 包括选定 AD 采样芯片的具 体型号 配置外围器件如电阻电容等参数 第二步 实现单片机和 AD 采样电路的接口电路 第三步 对 AD 采样电路进行仿真 查看具体参数对分辨率和精度的影响 修改外围器件参数 查看测试结果 第四步 确定系统最终电路图 绘制 Protel SCH 电路图 选定元器件参 数和封装 为 PCB 制版做准备 五 实验总结 实验四 弱信号采集系统电路PCB制版设计 一 实验目的 1 掌握弱信号采集系统电路的 PCB 制版特点 2 了解常用的器件封装模式 会根据系统结构需要选择合适的封装 3 掌握典型的 PCB 制版规律 二 实验内容 1 了解常用的 PCB 制版规律 2 根据弱信号采集系统的特点 对其电路结构进行分解 区分模拟部分和 数字部分 3 确定具体的电路器件型号及参数 绘制 PCB 版图 4 对电路 PCB 版图进行分析 三 实验原理 在实验三基于单片机的弱信号采集系统电路设计的基础上 绘制该系统的 PCB 版图 其中重点需要掌握的是器件封装的选择 模拟电路和数字电路制版 要求上的区分 电源退藕电路的布局 整体结构设计等知识内容 通过制版 使得学生了解常用元器件的封装形式和应用范围 掌握必要的 PCB 制版技巧 四 实验步骤