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系统集成与应用实验设计报告16路模拟信号发生器班级：小组成员: 指导教师: 目 录设计任务和要求分析.....................................................2整体方案设计选择.........................................................2理论计算.....................................................................6电路设计及仿真............................................................7实验总结…….................................................................11六、附录………………...............................................................12一、设计任务与要求分析1.1设计任务用C8051F020单片机完成16路信号源的输出，并通过单片机内部A/D转换器进行输出信号源的反馈采样，最后通过异步串行接口（UART）将采样结果输出。利用C8051单片机将波形量化数据放置于内部ROM，通过内部D/A产生信号以及I/O端口控制多路模拟开关，同时生成16路信号源，注意信号源调理电路中采保部分的选值，并给出理论计算结果。反馈回采部分采用单片机的12位高精度A/D转换器，采样频率自定（要求给出理论计算值），并通过UART接口将采样值送出按9600bps的波特率发出（接收对象可以是计算机或其它）。1.2 任务要求分析我们通过集体讨论与分析，确定了如下的设计流程：图1.系统流程图 在进行具体的实验设计之后，我们进行了电路简化，放大滤波通过一个运算放大器来实现，不仅使电路得到了简化，而且也节省了资源。二、整体方案设计选择2.1 单片机部分单片机选用C8051F020，是完全集成的混合信号系统级MUC芯片具有64个数字I/O引脚；具有12位100kps的8通道ADC，带PGA和多路模拟开关 ；具有2个12位DAC，具有可编程数据更新方式；64K可在系统编程的FLASH存储器；4352字节的片内RAM;可寻址64K字节地址空间的数据存储器接口：2个UART串行接口。基于以上优良特性，故选用该单片机。单片机具有上电复位、掉电复位、外部复位、软件强制复位等多种复位方式。在应用中外部复位方式得到广泛应用。外部/RST引脚提供使用外部电路使单片机强制复位的手段。在外部/RST引脚加一个低电平有效信号，将使单片机复位，最好提供一个外部上拉，或对RST引脚去耦以防止噪声引起复位。图2 单片机外部电路2.2 电源部分设计电源的选定好与坏对于系统设计来说至关重要，一个好的电源的设计标志着成功的一半。在这个系统中我们需要用到一个正负5V的双电源，用于给运放LM358供电，尽管LM358可以采用单电源供电，但是输入信号的幅度比较小时，用单电源供电运算放大器的特性会变差，而我们的设计中，输入信号的变化范围较大，，用双电源比较合适。同时还需要给模拟开关ADG406和构成采样保持电路的CA3140提供正5V的电源电压。综上所述，我们通过用LM7805，LM7905组成一个正负5V的双电源电路提供正负5V的电源。此外，C8051F020的供电电压为3.3V，所以我们还需要用LM1117（低压差三端稳压器）将5V电源转换为3.3V给C8051F020单片机供电。图3. 7805设计参考资料图4. 7905设计参考资料2.3模拟开关部分在整个设计中，我们的多路模拟开关采用ADG406，单芯片CMOS模拟多路复用器。ADG406根据4位二进制地址线A0，A1，A2，A3所确定的地址，将16路输入之一切换至公共输出。所有器件均提供EN输入，用来使能或禁用器件。禁用时，所有通道均关闭。ADG406采用增强型LC2MOS工艺设计，具有低功耗，高开关速度和低导通电阻特性，因而适合高速度数据采集系统和音频信号开关应用。低功耗特性则适合电池供电系统。接通时，各通道在两个方向的导电性能相同，输入信号范围可扩展至电源电压范围。在断开的条件下，达到电源电压的信号电平被阻止。所有通道均采用先开后合式开关，防止开关通道时发生瞬时短路。设计本身具有低电荷注入特性，当切换数字输入时，可实现最小的瞬变。我们采用ADG406进行采样时的16路信号的切换以及将16路信号输入单片机AD时的16路信号切换。图5.ADG406真值表以及转换时间2.4 信号调理部分设计2.4.1采样保持电路采样保持电路采用的是CA3140集成采样保持芯片。它的输入