1、成都信息工程學(xué)院電子工程學(xué)院硬 件 設(shè) 計(jì)實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告題專班姓目：業(yè)：級(jí)：名：硬 件 設(shè) 計(jì)電 子 與 通 信 工 程2012 級(jí)*指導(dǎo)教師：* * *評(píng)分：2013 年 01 月 09日目 錄11硬件設(shè)計(jì)概述. 32設(shè)計(jì)主要內(nèi)容. 32.1模擬低通濾波.42.2放大.62.3AD轉(zhuǎn)換 .72.4數(shù)字帶通濾波.83軟硬件測(cè)試. 93.1軟件仿真.93.1.1 模擬低通濾波仿真 .93.1.2 放大電路仿真 .113.1.3 軟件框架 .123.2硬件調(diào)試.124設(shè)計(jì)總結(jié). 134.1存在的問(wèn)題與解決的方法.134.2設(shè)計(jì)感想.145附錄. 1421 硬件設(shè)計(jì)概述此次設(shè)計(jì)主要包括模擬濾波電路、

2、放大電路、AD 轉(zhuǎn)換電路、數(shù)字濾波電路等部分。位、風(fēng)速、壓力等，可以是模擬量，也可以是數(shù)字量。在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)快速發(fā)展的 C 語(yǔ)言來(lái)設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)數(shù)字濾波系統(tǒng)。法，并給出了相應(yīng)的 C 程序。 AD ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最后通入單片機(jī)完成數(shù)字濾波。2 設(shè)計(jì)主要內(nèi)容設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括模擬濾波、放大以及數(shù)字濾波部分。這里我們使用了 51系列單片機(jī)AT89C51，利用這個(gè)單片機(jī)進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的濾波。我使用了 P0 口作為接受 AD P2 作為控制端口，P2.0-P2.2 用來(lái)控制 AD 轉(zhuǎn)換器，而 P2.3-P2.6 外接四個(gè)開(kāi)關(guān)，用來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波方式的選擇。下圖 2-1 是基本的流程圖：圖 主要原理圖

3、如下：32.1 模擬低通濾波根據(jù)要求設(shè)計(jì)一個(gè)模擬低通濾波器，濾波器要求通帶范圍為 040K Hz，在50K Hz處衰減要達(dá)到 40dB。橢圓濾波器的這一特性，又考慮到過(guò)渡帶10KHz內(nèi)要達(dá)到 40dB的衰減，選擇設(shè)計(jì)一個(gè) 5階的橢圓濾波器。設(shè)計(jì)主要通過(guò) filter solutions 10.0 進(jìn)行：設(shè)計(jì)參數(shù)如圖 2.1-1所示：4圖通過(guò)設(shè)置參數(shù)后，自動(dòng)生成電路以及濾波器的基本信息如圖 2.1-2 所示，040K Hz通帶最大衰減 1dB，阻帶 50K Hz處衰減達(dá)到 41.95dB，滿足濾波器的性能需求。圖圖 2.1-3是橢圓濾波器的頻率響應(yīng)圖，從圖中可以看出在 040K Hz通帶范圍內(nèi)，

4、幾乎沒(méi)有衰減且呈現(xiàn)等波紋幅頻特性，50K Hz時(shí)幅度衰減了 ，同時(shí)成，在本次過(guò)程中不影響使用。5圖 2.2 放大由于有的 ADC ADC 2.2-1 所示，運(yùn)放采用芯片 LM324。圖 如圖 2.2-1 的目的。通過(guò)調(diào)節(jié)電位器 R4 的阻值，可以控制它分壓的大小，調(diào)節(jié)直流信號(hào)的幅度，由于輸入的是300mV 的交流信號(hào)，所以加的直流信號(hào)至少為150mV。進(jìn)行 2.2-2 通過(guò)調(diào)節(jié)電位器 R3，控制放大倍數(shù)。6圖2.3 AD 轉(zhuǎn)換ADC芯片選用 ADC0804，ADC0804是 8位 COMS 依次逼近型的 A/D 轉(zhuǎn)換器。它的模擬電壓輸入范圍為 0+5V，那么其能轉(zhuǎn)換的最小電壓由式（2.3）可求

5、得為 19.5mV，滿足本次實(shí)驗(yàn)需求。5V/(28)=19.5mV（式2.3）ADC模塊電路如圖 2.3-1所示，圖72.4 數(shù)字帶通濾波單片機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)帶通濾波器，要求中心頻率為 10K Hz,帶寬2K Hz，通帶最大衰減 1dB，阻帶最小衰減 35dB。數(shù)字帶通濾波器首先通過(guò) MatlabMatlab主要設(shè)計(jì)程序如圖 2.4-1轉(zhuǎn)成數(shù)字濾波器，最后通過(guò)函數(shù)變換得到二階節(jié)型傳輸函數(shù)。圖數(shù)字帶通濾波器的幅頻相頻特性如圖 2.4-2所示，達(dá)到設(shè)計(jì)的要求。圖鑒于以上的結(jié)果，然后用函數(shù) tf2sos將數(shù)字帶通濾波器的傳輸函數(shù)轉(zhuǎn)換成8二階節(jié)的形式，最后通過(guò)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。3 軟硬件測(cè)試使用 Multisim

6、 軟件，第二部分是對(duì)成品的硬件調(diào)試。3.1 軟件仿真3.1.1 模擬低通濾波仿真在 Multisim 中搭建如圖 2.1-2 所示電路，用 Agilent 的函數(shù)發(fā)生器模擬輸 Tektronix 如圖 3.1-1 所示。圖 率與阻帶頻率中各進(jìn)行幾次仿真，結(jié)果如圖 3.1-2，3.1-3，3.1-4 所示。9圖圖圖 3.1-2與圖 3.1-3上方的波形為輸入信號(hào)波形，幅度為300mV，頻率分別為 10K Hz和 40K Hz，下方的波形為輸出波形，可見(jiàn)信號(hào)經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的模擬濾波器 160mV由圖 3.1-2和圖 3.1-3 3.1-4觀察濾波器阻帶范圍衰減的情況。圖10圖 3.1-4所示，上方為輸入

7、信號(hào)波形，下方為輸出波形，50K Hz信號(hào)在通了 100倍左右。綜上可知，模擬低通濾波器的設(shè)計(jì)方案可行。3.1.2 放大電路仿真放大電路分成上拉電壓與放大兩部分，在 Multisim 中搭建圖 2.2-1 與圖2.2-2中的電路，效果如圖 3.1-5所示。圖輸入 30K Hz，300mV交流信號(hào)，示波器中得到的圖型如圖 3.1-6所示，圖圖 3.1-6被拉到了正電壓上，再通過(guò)同相放大，幅值放大了 6.83.1）計(jì)算可得放大倍數(shù)為 7，基本符合。11VR RG out89VR（式 3.1）in9R8 與 R6 使用電位器，這樣只要控制R8 與 R6 的阻值大小，就可以調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的上拉幅度和放大

8、倍數(shù)。以上仿真驗(yàn)證了放大電路的可行性。3.1.3 軟件框架3.2 硬件調(diào)試硬件調(diào)試部分由老師現(xiàn)場(chǎng)親自檢查。124 設(shè)計(jì)總結(jié)4.1 存在的問(wèn)題與解決的方法在上拉交流信號(hào)負(fù)電壓的電路中，會(huì)出現(xiàn)“直流不直”的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)中為了 4.1-1 是上拉電壓仿真圖，圖 4.1-2 是電路各點(diǎn)信號(hào)圖。圖 圖 通道 1 是 5V 直流電源，通道4 是函數(shù)發(fā)生器輸出的 30K Hz 交流信號(hào)，通道2 是分壓后的直流電源，但可以看到此時(shí)直流信號(hào)已經(jīng)受到了交流干擾，這個(gè)交流干擾應(yīng)該來(lái)自于函數(shù)發(fā)生器輸出的交流信號(hào)。本身設(shè)想的是通道 1 的直流信號(hào)與通道 3 信號(hào)相加，實(shí)際上卻是形如通道2的信號(hào)與通道 3 通道 2 的信號(hào)

9、與通道 3 134.2 設(shè)計(jì)感想這次整個(gè)綜合設(shè)計(jì)通過(guò)了軟件和硬件上的調(diào)試。我想這對(duì)于我們以后的學(xué)在，這需要對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)很熟悉。因此可以說(shuō)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是軟件和硬件的結(jié)合，中需要的。*2位同學(xué)的共同學(xué)習(xí)配合努力的過(guò)程也很愉快。5 附錄相關(guān)模塊如下;AD程序模塊:#include #include_CONFIG(0 x1832);/包含單片機(jī)內(nèi)部資源預(yù)定義/芯片配置字，看門狗關(guān)，上電延時(shí)開(kāi)，掉電檢測(cè)關(guān)，低壓編程關(guān)，加密，4M晶體 HS振蕩constcharTABLE=0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0,0 x99,0 x92,0X82,0XF8,0X80,0X90;/定義常數(shù) 0-9的數(shù)據(jù)

10、表格void DELAY();void init();void display(int x);/主程序開(kāi)始void main()/delay函數(shù)申明/I/O口初始化函數(shù)申明/顯示函數(shù)申明int result=0 x00;while(1)/定義轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器/死循環(huán)14int i;result=0 x00;for(i=5;i0;i-)/定義循環(huán)次數(shù)控制寄存器/轉(zhuǎn)換結(jié)果清 0/求 5次轉(zhuǎn)換結(jié)果的平均值init();ADGO=0X1;while(ADGO);/調(diào)用初始化函數(shù)/開(kāi)啟轉(zhuǎn)換過(guò)程/等待轉(zhuǎn)換完成result=result+ADRESL; /累計(jì)轉(zhuǎn)換結(jié)果result=result/5;displ

11、ay(result);/求 5次結(jié)果的平均值/調(diào)用顯示函數(shù)/初始化函數(shù)void init()PORTA=0XFF;PORTD=0XFF;TRISA=0X1;出TRISD=0X00;ADCON1=0X8E;它做普通 I/OADCON0=0X41;工作/熄滅所有顯示/設(shè)置 RA0為輸入，其他為輸/設(shè)置 D口全為輸出/轉(zhuǎn)換結(jié)果左對(duì)齊，RA0做模擬輸入口，其/系統(tǒng)時(shí)鐘 Fosc/8 RA0 ADC/保證采樣延時(shí)DELAY();/顯示函數(shù)void display(int x)int bai,shi,ge,temp;temp=x;/定義 4個(gè)臨時(shí)變量/暫存 AD轉(zhuǎn)換的結(jié)果bai=temp/0 x64;sh

12、i=(temp%0 x64)/0 xa;ge=(temp%0 x64)%0 xa;PORTD=TABLEbai;PORTA=0 x37;/求顯示的百位/求顯示的十位/求顯示的個(gè)位/查表得百位顯示的代碼/RA3輸出低電平，點(diǎn)亮百位顯示/延時(shí)一定時(shí)間，保證顯示亮度/查表得十位顯示的代碼/RA4輸出低電平，點(diǎn)亮十位顯示/延時(shí)一定時(shí)間，保證亮度/求個(gè)位顯示的代碼DELAY();PORTD=TABLEshi;PORTA=0 x2F;DELAY();PORTD=TABLEge;PORTA=0 x1F;DELAY();/RA5輸出低電平，點(diǎn)亮個(gè)位顯示/延時(shí)一定時(shí)間，保證亮度void DELAY()/延時(shí)程序

13、int i;for(i=0 x100;i-;);/定義整形變量/延時(shí)數(shù)字濾波器模塊：#include #define unsigned int uint15#define unsigned char uchar#define a0 1#define a1 -6.7556#define a2 20.9092#define a3 -38.5192#define a4 46.0971#define a5 -36.67#define a6 18.9498#define a7 -5.8288#define a8 0.8215#define b0 0.0105#define b1 -0.0676#defi

14、ne b2 0.2033#define b3 -0.3714#define b4 0.4505#define b5 -0.3714#define b6 0.2033#define b7 -0.0676#define b8 0.0105void main()float v1 = 0 , v2 = 0, v3 = 0, v4 = 0, v5 = 0, v6 = 0, v7 = 0, v8 = 0;float x1 = 0 , x2 = 0, x3 = 0, x4 = 0, x5 = 0, x6 = 0, x7 = 0, x8 = 0;float y1 = 0 , y2 = 0, y3 = 0, y4 = 0, y5 = 0, y6 = 0, y7 = 0, y8 = 0;uint i;uint N = 16;/每接受 N數(shù)據(jù)做一次for(i = 0;iN;i+)16x0 = InP