14-15电子设计综合实验-要求及交流信号测量.ppt
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1、电子设计综合实验,课程整体安排,30学时:设计制作基础训练、输入通道设计训练、输出通道设计训练、控制单元及接口电路设计训练、系统设计训练,要求,良好的自学精神,当堂实验完成不了的,自行找时间在下次实验开始前完成。 个别元器件自行解决,留好发票和元器件清单。 提交: 设计报告(后附:实物清晰的照片,设计成员和实物的合影) 设计项目的ppt报告 视频文件 考核方法:设计实物及设计报告成绩(60分) 实验过程及作业(40分),电子设计竞赛的要求及知识需求,基本知识 涵盖电路分析、模拟与数字电路、高频/非线性电子电路主要知识点; 单元电路分析、验证、设计方法; 电路主要性能指标测量方法; 重要基本概念
2、: 时域与频域、 频率与相位、功率与效率,瞬态与稳态,有源与无源,调制与解调、 传输与接收、同步与异步、集中与分布, 线性与非线性, 捕捉与跟踪,反馈、动态范围、精度、分辨力、阻抗、匹配、稳定度、调整能力等等。,基本技能 元器件识别、寻找、运用 常用仪器工作原理、使用方法; 资料查阅:书、刊、网; 电路设计与仿真; 印刷电路板设计; 工装:焊接、装配 电子测量方法:参数测量,准确度与误差分析 调试方法:故障分析和排除 文档整理:章节、文字、图表的规范化。,基本设计能力 掌握先进仪器使用方法(如数字存储示波器、逻辑分析 仪等 ); 掌握单片机/嵌入式、CPLD/FPGA、*DSP基本知识; 掌握
3、更先进的工具软件、开发系统,结合硬件实现较小电子系统的能力; 掌握一些系统分析软件,能完成单元、系统设计;,综合设计能力 实现小系统的设计实现能力; 掌握常用传感器、执行机构的基本知识,和用简单的或与本专业有关的光、机、电一体化组成系统的能力; 能在网上查阅相关元器件资料,具有一定的选择能力,并能根据要求正确使用; 具有绘制印刷板能力,并有初步的电磁兼容知识; 具有接受和掌握“嵌入式系统”的开发能力; 具有接受和掌握“SOC”的开发能力;,电子系统设计过程 确定设计目标 需求分析:从非技术和技术两方面分析; 性能设计:功能,技术性能与指标; 支撑技术:关键技术,相关技术; 实现方法:技术方法,
4、技术路线; 完成形式:原理/性能样机,实用样机。 系统分析:系统可以按功能分解成若干个功能相对独立、单一的单元模块; 设计过程 模块设计与实现 系统调试 系统测试 文档整理,系统分析,电子系统设计过程 确定设计目标 系统分析:系统可以按功能分解成若干个功能相对独立、单一的单元模块; 设计过程 模块设计与实现 系统调试 系统测试 文档整理,软件调试,硬件调试,系统联调 功能调试与指标调试 调试内容、方法与手段 调试步骤,测试内容与测试方案 测试仪器与测试工具 功能测试与指标测试 测试数据记录与结果分析,确定电路形式 /确定软件框图与基本算法; 理论分析与计算 元、器件选择 电路设计与仿真 电路装
5、配 电路调试 电路测试,方案论证与方案比较 理论分析与参数计算 单元电路设计与实现 软件设计 系统测试与数据处理 结果分析/结论,课程讲解安排 设计安排,基本要求: 1.用给定运放制作一个放大器(20分) 增益:20dB;带宽:100KHz 2.用MCU或FPGA作为主控单元,和已设计的放大器制作一个频率计(30分) 测量范围:10Hz100KHz,显示:3位 发挥部分: 1.提高放大器性能(20分):增益:60dB;带宽:500KHz 2.增加测量参数(20分):电压幅度,测量范围:输入信号越小越好 3.显示以下幅值(10分):Asin20 Asin40 Asin60 Asin80,项目一:
6、交流电压参数的测量,LED或液晶均可,元件清单,运放:TLV2464 、LM324 比较器:TLC372 AD变换器:ADC0820(或MCU内部自带的ADC),设计框图,思考 对于只知频率范围的周期信号,如何实现幅度的测量。 如何实现周期信号频率的测量。,设计电路分解: 1.基本放大器设计:增益20dB;带宽100KHz 2.提高放大器性能:增益60dB;带宽500KHz 3.比较电路设计:输出TTL电平 4.测量频率:测量范围10Hz100KHz,显示3位 5.测量幅值:实现AD转换控制电路设计,测量电压幅度 6.幅值显示:实现存储并显示Asin20 Asin40 Asin60 Asin8
7、0,红色部分功能必须完成,运放:TLV2464,单位增益带宽:6.4MHz 单电源供电:2.76V 双电源供电:1.35 3V,1.放大器设计:增益20dB;带宽100KHz,运放OP07,运放的单位增益带宽积(GBP:Gain Bandwidth Product )=增益(-3dB带宽) 一级放大倍数=10,带宽=6.4MHz/10=640KHz 一级运放达到基本要求:增益20dB;带宽100KHz 运算电路:反相比例运算或同相比例运算,反相比例运算电路,电路结构:引入电压并联负反馈; 输出电阻小; 输入电阻小; 补偿电阻R = R / Rf,运算关系:,同相比例运算电路,电路结构:引入电压
8、串联负反馈; 输入电阻大; 输出电阻小; 补偿电阻R = R / Rf,运算关系:,2.提高放大器性能:增益60dB;带宽500KHz,两个同频率的放大器fH=0.64fH1 三个同频率的放大器fH=0.52fH1 四个同频率的放大器fH=0.45fH1 (1)第一级放大倍数=10,带宽=6.4MHz/10=640KHz (2)第二、三级放大倍数=10(总增益 = 1000),带宽=0.52*640KHz=300KHz 一级放大达到基本要求:增益20dB;带宽100KHz 三级放大达到发挥要求1:增益60dB(带宽500KHz) 方案:四级放大,每级5.7倍,5.74=1055 一级带宽=6.
9、4M/5.7=1.12M,四级带宽1.12MHz0.45=0.504MHz,2.提高放大器性能:增益60dB;带宽500KHz,运放的单位增益带宽积=增益(-3dB带宽),过零比较器,3.比较电路设计:输出TTL电平,比较器:TLC372,供电电压:218V,设计框图,放大器,AD变换,比较器,MCU/FPGA,3位显示,被测信号,10.01,实现幅度测量,实现频率测量,基准信号,思考 对于只知频率范围的周期信号,如何实现幅度的测量。 如何实现周期信号频率的测量。,放大器,AD变换,比较器,MCU/FPGA,3位显示,被测信号,10.01,实现幅度测量,实现频率测量,基准信号,4.FPGA扩展
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