数据采集与控制技术实验

实验一 CD4051及其程控放大电路

一、 实验目的：

1、 熟悉电子开关CD4051的基本工作原理。 2、 验证和加深理解程控运放的工作原理。。 二、 实验要求：

1、 了解CD4051的性能。 2、 了解程控运放的性能。。 三、 实验工具： 1、 Protues相应版本。 2、 keil相应版本 四、实验原理和电路：

CD4051/CC4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有A、B和C三个二进制控制输入端以及INH共4个输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰峰值至20V的模拟信号。例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号。这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。当INH输入端=“1”时，所有的通道截止。只有当INH=0时，三位二进制信号才可以选通8通道中的一个通道，连接该输入端至输出。其中VEE可以接负电压，也可以接地。当输入电压有负值时，VEE必须接负电压，其他时候可以接地。

INH616C9B10A11IN/OUTUDD (+15V)电平转换{S4S123456781615146 地 UEE(-15V) 8(OUT/IN)译码驱动IN/OUT{S5INHUEESmS7CD45011312111097UDDS2S1S0S3ABCIN/OUT

GND3425112151413SmS7S6S5S4S3S2S1S0图3.9 CD4501芯片结构及引脚功能

程控增益放大器与普通放大器的差别在于反馈电阻网络可变且受控于控制接口的输出信号。不同的控制信号，将产生不同的反馈系数，从而改变放大器的闭环增益。基本原理如下图所示。

图1.1 程控运放基本原理图

通过微机键盘输入，控制增益系数的原理图如下图所示。

图1.2 微机原理程控运放

五、实验过程

1、 在PROTUES绘制图1.1。

2、 依次按下SW1、SW2、SW3及其组合,完成测量8个输出信号和输入信号大小，计算8个

增益系数Af，填入下表。 ABC Af 000 001 010 011 100 101 110 111 3、 在PROTUES绘制图1.2。

4、 在keil中编写相应的程序代码，编译无误后生成目标文件。 5、将目标文件下载到PROTUES。

6、依次按下SW1、SW2、SW3及其组合,完成测量8个输出信号和输入信号大小，计算8个增益系数Af，填入下表。 ABC Af 000 001 010 011 100 101 110 111

六、思考题

1、为何Af理论值和实际测量值有误差，影响因素只要是那个？如何修正？ 2、如果图1.2中同时有两个以上的按键有效，Af大小主要取决于那个键值？

实验二 采样/保持器

一、实验目的：

3、 熟悉采样保持器LF398的基本工作原理。 4、 验证和加深理解采样系统的基本理论。 二、 实验要求：

3、 了解信号的采样和恢复与采样周期的关系。 4、 分析采样系统的稳定性和瞬态响应。 三、 实验工具： 3、 Protues相应版本。 4、 keil相应版本 四、实验原理和电路：

采样保持电路实质上是一种模拟信号存储器，它在数字指令控制下，使开关通断，对输入信号瞬时值进行采样并寄存，通常用两个运算放大器构成高输入阻抗的采样/保持电路，如图5-2所示。

图5-2 两运放构成高输入阻抗的S/H电

放大器A1是射随器。它对模拟信号提供了高输入阻抗，并提供了一个低的输出阻抗，使存储电容CH能快速充电和放电，放大器A2在存储电容和输出端之间起缓冲作用。开关K1在指令控制下通断，对电容CH充电或放电，开关S1通常使用FET开关或MOSFET开关，存储电容CH一般取0.01~0.1μF。

采样/保持电路经常使用集成电路LF398，该器件的工作原理和使用方法说明如下： LF398具有采样和保持功能，它是一种模拟信号存储器，在逻辑指令控制下，对输入的模拟量进行采样和寄存。图5-3是该器件的引脚图。各引脚端的功能如下： ①和④端分别为VCC和VEE电源端。电源电压范围 为±5V～±15V。

②端为失调调零端。当输入Vi=0，且在逻辑输入 为1采样使，可调节②端使Vo=0。

图5-3 LF398引脚图

③端为模拟量输入端。 ⑤端为输出端。

⑥端为接采样保持电容CH端。 ⑦端为逻辑基准端（接地）。

⑧端为逻辑输入控制端。该端电平为“1”时采样，为“0”时保持。

LF398内部电路原理图如图5-4所示。当8端为“1”时，使LF398内部开关闭合，

此时A1和A2构成1：1的电压跟随器，所以，Vo = Vi，并使迅速充电到Vi，电压跟随器A2输出的电压等于CH上的电压。

图5-4 LF398电路原理图

当8端为“０”时，LF398内部开关断开，输出电压Vo值为控制端８由“１”跳到“０”时CH上保持的电压，以实现保持目的。端８的逻辑输入再次为“１”、再次采样时，输出电压跟随变化。 R1R21k-12V+12V：

+5V24kD121A5Uoui3764LF398D2P2.5

0.01uf8C1-5V图5 信号采样/保持电路采用保持器

仿真波形

四、 实验过程

1、在PROTUES绘制基于LF398基本结构原理的AT89C51原理图，如下图所示。

2、在keil中编写相应的程序代码，编译无误后生成目标文件。 3、将目标文件下载到PROTUES。

4、play观察采样波形与信号波形的关系，记录二者的对应波形图。

5、依次调大信号频率，直至观察到失真波形为止，记录此时的信号频率值。

六、思考题

1、原理图中，影响采样精度的电路元件指标有那些？如何影响采样精度？ 2、假设AT89C51的晶振为12MHz，则如何修改程序满足采样性能？

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/8cp6.html