系统设计讲稿

1、电子系统设计 电工电子教学实验中心电工电子教学实验中心杨拴科杨拴科一、基本要求一、基本要求二、教学方法二、教学方法 三、电子系统概述三、电子系统概述四、电子系统设计的一般方法与步骤四、电子系统设计的一般方法与步骤五、电子电路安装五、电子电路安装六、电子电路调试技术六、电子电路调试技术七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰八、设计举例八、设计举例电子系统设计电子系统设计一、基本要求一、基本要求综合应用电子技术、计算机技术、传感器技术等课综合应用电子技术、计算机技术、传感器技术等课程所学的理论知识来独立完成一项切合工程实际的程所学的理论知识来独立完成一项切合工程实际的设计任务。设计任务。通过一项具体

2、任务锻炼设计、安装、调试电子电路通过一项具体任务锻炼设计、安装、调试电子电路的技能。的技能。通过总结交流，培养撰写科技报告、科技论文的能通过总结交流，培养撰写科技报告、科技论文的能力。力。二、教学方法二、教学方法选题选题方案选择（工具、电路结构、性价比等）方案选择（工具、电路结构、性价比等）单元电路设计单元电路设计安装与调试安装与调试撰写设计与总结报告撰写设计与总结报告设计与总结报告的具体要求：设计与总结报告的具体要求： 设计题目设计题目 设计任务（具体要求）设计任务（具体要求） 方案论证与选择方案论证与选择 总体原理框图、单元电路图及其参数选择、总体原理框图、单元电路图及其参数选择、PCB图

3、等。图等。 系统调试方法、步骤，技术指标的测量方法、测系统调试方法、步骤，技术指标的测量方法、测量结果，误差分析。量结果，误差分析。 收获、体会，并提出进一步提高性能指标的方法收获、体会，并提出进一步提高性能指标的方法或研究方向。或研究方向。三、电子系统概述三、电子系统概述电子系统电子系统电子系统包括：电子系统包括： 模拟系统、数字系统、数模混合系统模拟系统、数字系统、数模混合系统。温度控制系统三、电子系统概述（续）三、电子系统概述（续）2.电子系统设计与实现电子系统设计与实现四、电子系统设计的一般方法与步骤四、电子系统设计的一般方法与步骤1.方案论证方案论证分析题目要求分析题目要求提出多种原

4、理性提出多种原理性方案方案 择优：择优： 满足要求满足要求 容易实现容易实现具体方案总体框图具体方案总体框图（每个框可用一个（每个框可用一个简单电路实现）简单电路实现）例：“数显式交流有功电子电能表”的设计方案方案1tuidtTptQT01例：“数显式交流有功电子电能表”的设计方案方案2例：“数显式交流有功电子电能表”的设计方案方案3四、电子系统设计的一般方法与步骤（续）四、电子系统设计的一般方法与步骤（续）2. 单元电路设计单元电路设计电路结构选择：电路结构选择：明确单元电路的要求，确定单元电路的性能指标；明确单元电路的要求，确定单元电路的性能指标；查阅文献、资料，选择与本设计相近的电路结构

5、，修改部分元器件参查阅文献、资料，选择与本设计相近的电路结构，修改部分元器件参数以满足设计要求；数以满足设计要求；尽量选择成熟的电路，也可在相关基本电路的基础上设当改进、提高尽量选择成熟的电路，也可在相关基本电路的基础上设当改进、提高或创新设计。或创新设计。元器件选择原则元器件选择原则考虑性能价格比高的器件。考虑性能价格比高的器件。分立与集成器件：一般选择集成电路芯片，但高电压、大电流、高分立与集成器件：一般选择集成电路芯片，但高电压、大电流、高频、宽带等特殊电路仍要选用分立元件。频、宽带等特殊电路仍要选用分立元件。尽量选用功能模块电路。尽量选用功能模块电路。四、电子系统设计的一般方法与步骤（

6、续）四、电子系统设计的一般方法与步骤（续）2. 单元电路设计（续）单元电路设计（续） 电路参数计算（也可通过计算机仿真得到）：电路参数计算（也可通过计算机仿真得到）：器件参数要留有裕量器件参数要留有裕量电阻电容要用系列值电阻电容要用系列值尽量减少器件种类尽量减少器件种类 3. 单元电路之间的级联问题单元电路之间的级联问题 电气特性的相互匹配：阻抗匹配、线性范围、负载能力、高低电平配电气特性的相互匹配：阻抗匹配、线性范围、负载能力、高低电平配合等等。合等等。 信号耦合：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合信号耦合：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合 时序配合：分析单元电路中的时序、画出

7、时序图，确保电路级联后能时序配合：分析单元电路中的时序、画出时序图，确保电路级联后能正常工作。正常工作。 4. 画出总体电路原理图画出总体电路原理图五、电子电路安装五、电子电路安装 按功能模块划分：按功能模块划分： 数字、模拟、大功率、小信号；数字、模拟、大功率、小信号； 检测、处理、显示、执行等部件。检测、处理、显示、执行等部件。 可测性问题：测试、检修维护方便。可测性问题：测试、检修维护方便。 散热问题：通风条件、散热片等。散热问题：通风条件、散热片等。 电磁兼容问题电磁兼容问题安装布局的原则：安装布局的原则：六、电子电路调试技术六、电子电路调试技术调试方法：调试方法： 先分块调试，再整体

8、调试。先分块调试，再整体调试。调试内容：调试内容：静态调试：静态调试： 在无外加信号的条件下，测试各点的电位、高低电平，在无外加信号的条件下，测试各点的电位、高低电平，逻辑关系等。逻辑关系等。动态调试：动态调试：调试信号幅值、相位关系、波形、频率范围、放大倍调试信号幅值、相位关系、波形、频率范围、放大倍数及时序逻辑关系等。数及时序逻辑关系等。六、电子电路调试技术六、电子电路调试技术3. 调试常用仪器调试常用仪器 -万用表、示波器、信号发生器、仿真器、直流电源等万用表、示波器、信号发生器、仿真器、直流电源等4. 调试步骤：调试步骤： 目测目测-检查电路检查电路 通电观察通电观察 静态调试静态调试

9、 动态调试动态调试 系统功能及性能指标测试系统功能及性能指标测试六、电子电路调试技术六、电子电路调试技术例如：单片机系统动态调试例如：单片机系统动态调试 总线检查、输出接口检查：总线检查、输出接口检查： 给端口写给端口写55H、AAH，观察每条线上的波形。，观察每条线上的波形。 执行循环程序检查执行循环程序检查I/O、RAM、A/D、D/A 等电路等电路的片选（的片选（/SC）、读（）、读（/RD）、写（）、写（/WR）信号是）信号是否满足时序要求否满足时序要求 RAM、A/D、D/A等电路功能测试等电路功能测试 七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰常见的干扰源：常见的干扰源：来自电网的干扰来

10、自电网的干扰来自地线的干扰来自地线的干扰来自信号通道的干扰来自信号通道的干扰来自空间电磁辐射的干扰来自空间电磁辐射的干扰数字电路中电源电流的波形数字电路中电源电流的波形uO理想曲线理想曲线oooiEiEttt IEH IEL UOH IEL UOL IEH实际曲线实际曲线t +VCC(+5V) R4100 T4DFAB R14k R21k R31k T2 T1 T3七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰2.切断干扰传播路径切断干扰传播路径 ：（1）交流电源滤波器）交流电源滤波器七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰2.切断干扰传播路径切断干扰传播路径 ：（2）许多单片机对电源噪声很敏感）许多单片机

11、对电源噪声很敏感,要给单片机电源要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。其中的干扰。其中L为磁珠，也可用为磁珠，也可用100电阻代替。电阻代替。 七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰2.切断干扰传播路径切断干扰传播路径 ：（3）如果单片机的）如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，口用来控制电机等噪声器件，在在I/O口与噪声源之间应加隔离。其中口与噪声源之间应加隔离。其中L为磁珠，为磁珠，也可用也可用100电阻代替。电阻代替。 七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰2.切断干扰传播路径切断干扰传播路径 ：（4）注意晶振布线。晶

12、振与单片机引脚尽量靠近，）注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。此措施可解决许多疑难问题。 七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰2.切断干扰传播路径切断干扰传播路径 ：（5）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源（如电机，继电器）与敏信号。尽可能把干扰源（如电机，继电器）与敏感元件（如单片机）远离。感元件（如单片机）远离。 七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰2.切断干扰传播路径切断干扰传播路径 ：（6）用地线把数字

13、区与模拟区隔离，数字地与模拟）用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后接于电源地。地要分离，最后接于电源地。A/D、D/A芯片布线芯片布线也以此为原则，厂家分配也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列芯片引脚排列时已考虑此要求时已考虑此要求。 七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰2.切断干扰传播路径切断干扰传播路径 ：（7）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。相互干扰。 大功率器件尽可能放在电路板边缘。大功率器件尽可能放在电路板边缘。 七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰3.抑制干扰源抑制干扰源 ：（1） 集成电

14、路芯片的电源对地加集成电路芯片的电源对地加0.010.1F无极性电容器无极性电容器以减小以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线，图对电源的影响。注意高频电容的布线，图a和图和图b的的效果相差很大，图效果相差很大，图c比图比图b的效果更好。图的效果更好。图a的布线增大了电的布线增大了电容的等效串联电阻，影响了滤波效果。容的等效串联电阻，影响了滤波效果。 七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰3.抑制干扰源抑制干扰源 ：（2）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳动势干扰。仅加

15、续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。 七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰3. 抑制干扰源抑制干扰源 ：（3）在继电器接点两端并接火花抑制电路，减小电火花影响）在继电器接点两端并接火花抑制电路，减小电火花影响. 七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰3.抑制干扰源抑制干扰源 ：（4）给电机加）给电机加滤波电路，注意滤波电路，注意电容、电感引线电容、电感引线要尽量短。要尽量短。 （5）布线时避）布线时避免免90度折线，减度折线，减少高频噪声发射。少高频噪声发射。 七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰3

16、.提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能 （1）布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。）布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。 （2）布线时，电源线和地线要尽量粗。）布线时，电源线和地线要尽量粗。 除减小压降外，更重要的是降低除减小压降外，更重要的是降低 耦合噪声。耦合噪声。 七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰3.提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能 （3）对于单片机闲置的）对于单片机闲置的I/O口，不要悬空，要接地或接电源。口，不要悬空，要接地或接电源。其它其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。

17、 （4）对单片机使用电源监控及看门狗电路，如：）对单片机使用电源监控及看门狗电路，如：IMP809，IMP706，IMP813，X25043，X25045等，可大幅度提高整个电等，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。路的抗干扰性能。 （5）在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选）在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。用低速数字电路。 （6）IC器件尽量直接焊在电路板上，少用器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座。座。 七、电子电路抗干扰七、电子电路抗干扰3.提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能 （7）信号通道干扰的抑制措施）信号通道干扰的抑制措施

18、 利用双绞线传输信号利用双绞线传输信号 光电隔离、电磁隔离光电隔离、电磁隔离（8） 空间电磁辐射干扰空间电磁辐射干扰-屏蔽屏蔽八、设计举例八、设计举例1输入直流电压输入直流电压15V，输出直流电压在，输出直流电压在09.9V，可利用，可利用功能键任意设定，步进功能键任意设定，步进0.1V；输出电压中的纹波分量；输出电压中的纹波分量不大于不大于20mV；最大输出电流；最大输出电流500mA。2输出电压值由数码管显示。输出电压值由数码管显示。3扩展输出电压种类，如三角波、方波、正弦波等。扩展输出电压种类，如三角波、方波、正弦波等。（一）（一） 简易数控直流电源简易数控直流电源八、设计举例八、设计举

19、例（一）（一） 简易数控直流电源简易数控直流电源（一）（一） 简易数控直流电源简易数控直流电源输出电路方案讨论输出电路方案讨论X221OURRRUX212433ORRRV5URRRU（一）（一） 简易数控直流电源简易数控直流电源输出电路方案讨论输出电路方案讨论X121OURRRU（一）（一） 简易数控直流电源简易数控直流电源怎样实现怎样实现UX ？V5V5V522O1REFO1XUUUUUX怎样实现？怎样实现？V52V5V52V52V52n1 -nnnREFXDDUUnnREF2V5DUV52REFX UU当当n=8时，时，Ux在在-5V+4.96V之之间变化间变化（一）（一） 简易数控直流电

20、源简易数控直流电源V52Ro VUnnR2V5DV（一）（一） 简易数控直流电源简易数控直流电源UX怎样实现？怎样实现？kRRnkRU2 .41, 8,10,V5W5fBREF)(2W5fBfBREFnnORRRRUDUW5fBOfBREFnout12RRRURUDIn（一）（一） 简易数控直流电源简易数控直流电源nO1 . 0 DU数控部分怎样实现？数控部分怎样实现？（一）（一） 简易数控直流电源简易数控直流电源数控部分怎样实现？数控部分怎样实现？（一）（一） 简易数控直流电源简易数控直流电源数控部分怎样实现？数控部分怎样实现？（一）（一） 简易数控直流电源简易数控直流电源数控部分怎样实现？

21、数控部分怎样实现？（一）（一） 简易数控直流电源简易数控直流电源八、设计举例八、设计举例1滤波器的截至频率或中心频率能在滤波器的截至频率或中心频率能在00Hz20kHz 设置。设置。2滤波器应具有低通、高通、带通的滤波特性，过滤波器应具有低通、高通、带通的滤波特性，过渡带应有渡带应有80dB/10倍频的变化率（倍频的变化率（4阶）。阶）。3滤波器的输入电压峰值：滤波器的输入电压峰值：02.5V，输出电压：，输出电压：05V，噪声电压小于，噪声电压小于20mV （二（二) ) 全功能程控有源滤波器全功能程控有源滤波器八、设计举例八、设计举例（二（二) 全功能程控有源滤波器全功能程控有源滤波器利用

22、集成开关电容滤波器利用集成开关电容滤波器MF10可实现可实现开关电容的基本概念开关电容的基本概念)(BABAUUCCUCUQTUUCTQI/ )(/BACTIUUR/ )(BA八、设计举例八、设计举例（二（二) 全功能程控有源滤波器全功能程控有源滤波器八、设计举例八、设计举例（二（二) 全功能程控有源滤波器全功能程控有源滤波器八、设计举例八、设计举例1测温范围测温范围0150。2用数码管显示温度值，最大误差小于用数码管显示温度值，最大误差小于1。（三）数字化测温系统（三）数字化测温系统八、设计举例八、设计举例（三）数字化测温系统（三）数字化测温系统温度传感器温度传感器AD590当当T=273.

23、2K时，时，It=273.2A，对应，对应0调调U1=2.732V时，时，I1=273.2mA，I1=It，即：，即：I2=0，UO=0V 当当T=1时，时，I2=1A， UO = I2R2=10mV，即：即： UO =10m V/ U1 =1 m V/ UO =100 m V/基准电压源基准电压源TL431计数法测量频率计数法测量频率cpNftf被测信号的频率；被测信号的频率；N计数值，脉冲个数；计数值，脉冲个数；tcp时基脉冲宽度。时基脉冲宽度。计数法测量周期计数法测量周期 nNT0N计数器的读数；计数器的读数；0时标信号的周期；时标信号的周期；n周期倍乘系数。周期倍乘系数。八、设计举例八

24、、设计举例14路模拟量输入，输入电压范围路模拟量输入，输入电压范围05V，分辨率，分辨率8位，转换时间位，转换时间100S，具有显示（数码管）测量，具有显示（数码管）测量结果（用结果（用10进制显示直流电压值或交流电压峰值）进制显示直流电压值或交流电压峰值）的功能。的功能。21路模拟量输出，用来分别重现路模拟量输出，用来分别重现4路被采信号的波路被采信号的波形（供示波器观测）。形（供示波器观测）。（四）单片及数据采集系统（四）单片及数据采集系统（四）单片及数据采集系统（四）单片及数据采集系统数模转换器：数模转换器：ADC0809模数转换器：模数转换器：DAC0832键盘显示控制器：键盘显示控制

25、器：ZLG7289显示器：显示器：LED八、设计举例八、设计举例根据键盘输入的信号频率，输出一个正弦波，正弦波的零根据键盘输入的信号频率，输出一个正弦波，正弦波的零点以及正弦波的幅度可分别通过电位器调节。具体要求如下：点以及正弦波的幅度可分别通过电位器调节。具体要求如下：1正弦波的频率范围：下限频率为正弦波的频率范围：下限频率为0.1 Hz，上限频率暂时不确定，上限频率暂时不确定，但应尽量提高，并在实验报告中分析影响上限频率的因素和已但应尽量提高，并在实验报告中分析影响上限频率的因素和已完成的最大值。完成的最大值。2输出正弦波中不能含有尖峰干扰。输出正弦波中不能含有尖峰干扰。3输出正弦波峰峰值

26、最大为输出正弦波峰峰值最大为20 V、最小为、最小为100mV，直流偏移为，直流偏移为2V。4频率输入为数字量，在频率输入为数字量，在10 Hz范围内分辨率为范围内分辨率为0.1 Hz；10100Hz内为内为1Hz；1001000Hz内为内为10 Hz。5扩展输出波形种类，如三角波、方波等，幅度和频率范围自定。扩展输出波形种类，如三角波、方波等，幅度和频率范围自定。（五）低频程控信号源（五）低频程控信号源（五）低频程控信号源（五）低频程控信号源REFO22nnD VUk用数字方式产生正弦波的方法：用数字方式产生正弦波的方法：直接数字合成技术（直接数字合成技术（DDSDDS）1.用程序产生正弦波

27、：用程序产生正弦波： 先用高级语言（先用高级语言（VB or VC等等)生成数据表。生成数据表。 y=A0+Asin(t)=A0+Asin(2f*t)= A0+Asin(2*t/T)，进行离散化处理后：进行离散化处理后： yi=128+100*sin(2*pai*i*t/(N*t) =128+100*sin(2*pai*i/N) 其中，其中，N为输出波形一个周期的点数，为输出波形一个周期的点数，i=0,1,2,3,N-1。 t为相邻两点间的时间间隔。然后查表输出波形。频率通过为相邻两点间的时间间隔。然后查表输出波形。频率通过改变两点间的延时时间来调整。改变两点间的延时时间来调整。 2.硬件查表

28、法：硬件查表法： 将波形表存入将波形表存入EPROM(2716)中，由二进制加法计数器中，由二进制加法计数器输出地址，对波形表地址进行循环扫描输出表中的波形。输出地址，对波形表地址进行循环扫描输出表中的波形。 硬件查表法可以提高输出波形的频率，但调整频率不硬件查表法可以提高输出波形的频率，但调整频率不方便，只能通过改变计数器的计数脉冲信号的频率来改变方便，只能通过改变计数器的计数脉冲信号的频率来改变频率。频率。 (1)输出波形一个周期由输出波形一个周期由256个点组成，个点组成，CLOCK的频率决定输出波的频率决定输出波形的频率。形的频率。(2)K0、K1、K2用于波形切换，用于波形切换，00

29、0正弦波，正弦波，001方波，等等。方波，等等。直接数字合成技术（直接数字合成技术（DDSDDS） DDS是一种新兴的频率合成技术，具有频率分辨率高、频是一种新兴的频率合成技术，具有频率分辨率高、频率改变快捷、频率稳定性好等优点。它由全数字电路构成，易率改变快捷、频率稳定性好等优点。它由全数字电路构成，易于集成，在通信系统的各个领域得到广泛应用，特别适合在移于集成，在通信系统的各个领域得到广泛应用，特别适合在移动通信和跳频扩频通信领域使用。基于动通信和跳频扩频通信领域使用。基于DDS的信号发生器方案的信号发生器方案如下图所示：如下图所示：输入输入2432bit相相位寄位寄存器存器 M M相位相

30、位锁存锁存器器 DAC正弦正弦ROMROM查找表查找表LPF0.4fcnnnn相位累加相位累加816bit输出输出fc系统时钟系统时钟NDDSDDS的工作原理：的工作原理： 首先将正弦波的输出看作为一个围绕相位圆的旋转矢首先将正弦波的输出看作为一个围绕相位圆的旋转矢量。相位圆上的每一点均对应输出正弦波形上的一个特定点。量。相位圆上的每一点均对应输出正弦波形上的一个特定点。矢量围绕相位圆旋转，相应的输出波形也就产生了。矢量旋转矢量围绕相位圆旋转，相应的输出波形也就产生了。矢量旋转一周，对应产生正弦波的一个完整周期。一周，对应产生正弦波的一个完整周期。 00001111M 上图中相位累加器用于完上

31、图中相位累加器用于完成矢量绕相位圆的线性运动。成矢量绕相位圆的线性运动。相位圆的离散点数由相位累相位圆的离散点数由相位累加器的分辨率决定。一个加器的分辨率决定。一个nbitnbit的累加器在相位圆上有的累加器在相位圆上有2 2n n个点。个点。 相位寄存器（相位寄存器（M M）中的数）中的数值表示值表示DACDAC两次转换（刷新）两次转换（刷新）之间的跳动步长。它指使相之间的跳动步长。它指使相位累加器以系统时钟频率每位累加器以系统时钟频率每次在相位圆上跳跃次在相位圆上跳跃M M个点。个点。 M是存于是存于相位寄存器中的数，相位寄存器中的数，fc为时钟频率，为时钟频率，n为相位累为相位累加器的分

32、辨率，那么围绕相位圆的旋转频率，即系统输出频率加器的分辨率，那么围绕相位圆的旋转频率，即系统输出频率fo为：为： fo=1/To=1/(2n/M)*Tc)=1/(2n/M)*(1/fc)=(M*fc)/2n此系统的频率分辨率为此系统的频率分辨率为fc/ 2n。输出频率取决于存于。输出频率取决于存于相位寄存相位寄存器中的数器中的数M。 理论上，累加器中的任一个可能的相位均对应理论上，累加器中的任一个可能的相位均对应ROM查找表查找表中一个特定的值，这就会需要相当大容量的中一个特定的值，这就会需要相当大容量的ROM。实际上，可。实际上，可以将相位数据截短，以减小以将相位数据截短，以减小DDS系统对

33、系统对ROM容量的需要。相位容量的需要。相位截短是一个很重要的概念。截短是一个很重要的概念。 例如：例如：24位的相位累加器，只取最高位的相位累加器，只取最高8位用于地址查表。相位用于地址查表。相位分辨率直接影响输出正弦波谱的纯度。如果相位信息截短到位分辨率直接影响输出正弦波谱的纯度。如果相位信息截短到16bit，重建正弦波波谱纯度将比非截短时下降，重建正弦波波谱纯度将比非截短时下降96dB。 三片三片74LS373用来锁存由单片机发送来的相位增量，相位增用来锁存由单片机发送来的相位增量，相位增量决定输出波形的频率。量决定输出波形的频率。 相位累加器由三片相位累加器由三片8位加法器（位加法器（

34、8fadd）构成，构成一个带反）构成，构成一个带反馈的馈的24位加法器。位加法器。 相位锁存器采用三片相位锁存器采用三片8D触发器触发器74LS374，用来锁存累加和。，用来锁存累加和。 在每一个时钟周期，相位累加器把输出数据作为另一路输入数在每一个时钟周期，相位累加器把输出数据作为另一路输入数据与从微处理器送来的频率控制字进行连续相加，产生有规律的据与从微处理器送来的频率控制字进行连续相加，产生有规律的24位相位地址码，取其结果的高位相位地址码，取其结果的高9位作为位作为RAM查询表的地址，然查询表的地址，然后从后从RAM中读出相应的幅度值送到中读出相应的幅度值送到DAC。 锁存、求和锁存、

35、求和 74LS37474LS374输出输出 D3 D2 D1 D0D3 D2 D1 D0 0 0 0 0 0000 0 0 0 0 0000 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0100 0 1 0 0 0100 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1000 1 0 0 0 1000 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1100 1 1 0 0 1100 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0000 0 0 0 0 0000Cp举例：举例：4相位累加器工作原理。相位累加器工作原理。 M=4=0100，由单片机送入，由单片机送入相位寄存器（相位寄存

36、器（74LS373)。 74LS373的输出与相位锁存的输出与相位锁存器（器（74LS374 ）的输出相加，结）的输出相加，结果又作为果又作为74LS374的输入，在时的输入，在时钟作用下钟作用下74LS374锁存累加和送锁存累加和送到输出端，在时钟作用下重复以到输出端，在时钟作用下重复以上过程即可输出步进为上过程即可输出步进为M的扫描的扫描地址，用于波形查表输出。地址，用于波形查表输出。锁相频率合成器锁相频率合成器 锁相频率合成器原理框图锁相频率合成器原理框图 锁相频率合成器的原理框图如左锁相频率合成器的原理框图如左图所示。其基准频率通常由相对频稳图所示。其基准频率通常由相对频稳度为度为 的

37、晶体振荡器产生，经的晶体振荡器产生，经M M倍分倍分频后提供适当的基准频率。频后提供适当的基准频率。 虚线框中的电路是频率合成器的虚线框中的电路是频率合成器的核心部分核心部分-锁相环，它由鉴相器、低锁相环，它由鉴相器、低通滤波器和压控振荡器等组成。通滤波器和压控振荡器等组成。 系统输出信号的频率为系统输出信号的频率为 fofo = (N/ M) = (N/ M) fifi。 改变分频比改变分频比N N或或M M，可方便地获得，可方便地获得大量离散频率的输出信号。大量离散频率的输出信号。 610八、设计举例八、设计举例 设计制作一台电阻器、电容器和电感器参数测试仪，设计制作一台电阻器、电容器和电

38、感器参数测试仪，具体要求如下：具体要求如下：1测量范围：电阻测量范围：电阻1001M；电容；电容100pF10000 pF；电；电感感100H10mH。2测量精度测量精度5%。3用用4位数码管显示测量值，并用发光二极管分别指示所测位数码管显示测量值，并用发光二极管分别指示所测元件的类别和单位。元件的类别和单位。（六）简易（六）简易 RLC参数测试仪参数测试仪（六）简易（六）简易 RLC参数测试仪参数测试仪 电路参数电路参数电阻、电容、电感是电路的三种基本参电阻、电容、电感是电路的三种基本参数，也是描述网络和系统的重要参数。由于分布参数的影数，也是描述网络和系统的重要参数。由于分布参数的影响，实

39、际的电阻、电容、电感的等效电路如图所示。响，实际的电阻、电容、电感的等效电路如图所示。 a)电阻器电阻器 b)电感器电感器 c)电容器电容器 电路参数的数字化测量通常是把被测参数转换成直流电压电路参数的数字化测量通常是把被测参数转换成直流电压或频率后进行测量。或频率后进行测量。（六）简易（六）简易 RLC参数测试仪参数测试仪（六）简易（六）简易 RLC参数测试仪参数测试仪比例运算器法测量电阻比例运算器法测量电阻20RRUUNN（六）简易（六）简易 RLC参数测试仪参数测试仪积分运算器法测量电阻积分运算器法测量电阻0baUUUCTNT0NsUUTR C 00NNcscUU TRNTNU CUC

40、0baUUU积分运算法测量电阻积分运算法测量电阻（六）简易（六）简易 RLC参数测试仪参数测试仪恒流法测量电容恒流法测量电容 用恒流源用恒流源I I对电容对电容C C充电，经过充电，经过T T时间后充电电荷时间后充电电荷Q=ITQ=IT，此时电容两，此时电容两端的电压端的电压U=Q/CU=Q/C，显然只要，显然只要I I和和T T已知，测出电压已知，测出电压U U便可按便可按C=IT/UC=IT/U计算出的计算出的电容值。恒流源向电容值。恒流源向C C充电，同时时标脉冲充电，同时时标脉冲CPCP经与门进入计数器。当经与门进入计数器。当UcUc值大值大于于URUR时（时（比较器同相输入端的电压，

41、图中未画出比较器同相输入端的电压，图中未画出），比较器输出零电平，停），比较器输出零电平，停止计数。这时显示的数据就是与电容值成正比的测量结果。即止计数。这时显示的数据就是与电容值成正比的测量结果。即PCPxCRITNTCNTU（六）简易（六）简易 RLC参数测试仪参数测试仪 比较法测量电容比较法测量电容 图中电路的上半部分为一典型的比例恒流源。图中电路的上半部分为一典型的比例恒流源。R1为量程电阻，调整恒为量程电阻，调整恒流的大小。当流的大小。当S合上一次，即对被测电容清零，量程电流合上一次，即对被测电容清零，量程电流 I 向向Cx充电。充电。A1输出由低变高，同时向输出由低变高，同时向MC

42、U申请中断，申请中断，MCU立即响应中断，启动定时计数立即响应中断，启动定时计数器计数。当电容器计数。当电容Cx电压电压UcxE2（4V），），A2输出由高变低，此时设输出由高变低，此时设MCU读定时计数器的计数值，并计算出被测电容的值。读定时计数器的计数值，并计算出被测电容的值。 （六）简易（六）简易 RLC参数测试仪参数测试仪21P1CCCIUEEIdtTCCICNTUCPTNT比较法测量电容比较法测量电容（六）简易（六）简易 RLC参数测试仪参数测试仪时间常数法测量电感时间常数法测量电感IITTIIIIT, 在在t时合上开关，电感时合上开关，电感i中电流将按指数曲线上升，其最大值为中电流

43、将按指数曲线上升，其最大值为I。从右。从右图中可看出，在开始阶段变化曲线和图中可看出，在开始阶段变化曲线和t时刻的切线基本重合。令时刻的切线基本重合。令II，I与与i交点的横坐标为交点的横坐标为，从图中可知，从图中可知 只要先测出电感线圈的直流电阻，并已知只要先测出电感线圈的直流电阻，并已知U便可计算出便可计算出I，或者保证每，或者保证每次测量回路的直流电阻相等，使得到的次测量回路的直流电阻相等，使得到的I为定值，则由测定的为定值，则由测定的即可求得即可求得，从而算出从而算出LR。 八、设计举例八、设计举例 设计一个测量桥路输出信号的测量放大器，测量电路与设计一个测量桥路输出信号的测量放大器，

44、测量电路与放大器之间有放大器之间有2米长的连接线，具体要求如下：米长的连接线，具体要求如下：1最大输出电压为最大输出电压为10V，非线性误差，非线性误差105；4通频带通频带010 Hz，输出端噪声电压的峰峰值小于，输出端噪声电压的峰峰值小于0.01V；5直流电压放大器的差模输入电阻直流电压放大器的差模输入电阻2M。（七）测量放大器（七）测量放大器（七）测量放大器（七）测量放大器测量放大器测量放大器 )21 (123GININOUTRRRRUUUAF124/F224/F324系列引脚图系列引脚图 三运放测量放大器三运放测量放大器 AD522型单片集成测量放大器 AD522用于测量电桥的电路用于测量电桥的电路 AD522管脚功能管脚功能程控放大器程控放大器 可编程增益放大器的原理图可编程增益放大器的原理图可编程增益放大器集成芯片可编程增益放大器集成芯片AD526 AD526原理图原理图 AD526管脚图管脚图数模转换电路数模转换电路RnnO2VDU程控增益衰减电路程控增益衰减电路iO2UDUnn程控增益放大电路程控增益放大电路iO2