麻省理工学院

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霆占杭
7 years ago
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1 麻省理工学院电气工程与计算机科学系电子线路 2000 秋季实验 4 音频回放系统讲义 F 概述 : 该实验中, 同学将搭建, 测试并演示在作业 11 中设计的音频回放系统与以前的实验相同, 将两人一组进行实验操作实验由两部分组成 : 课前预习与实验操作 ; 没有课后任务在实验前, 每个同学应该在实验报告中完成课前预习在 11 月 30 日至 12 月 8 日之间进行实验操作在完成实验操作后, 让一位助教检查自己的实验并在实验报告上签字届时, 同学们可以上交实验报告以评定成绩课前预习题 : (4-1) 将作业 11 问题 1 中的时钟设计抄到实验报告中标明所有电阻与电容的名称和大小 (4-2) 在实验报告中, 将作业 11 问题 1(E) 中的图表抄到时钟设计的旁边用这些信息确定实验练习题 4-2 中所设计的时钟是否准确工作 (4-3) 将设计的作业 11 问题 2 中的数模转换器抄到实验报告中标明所有电阻的名称和大小 (4-4) 在数模转换器设计的旁边, 做一个表格分别列出任意一个数据位的输入电压为 5V 而其它数据位的输入电压为 0V 时数模转换器的理论输出值 v DAC 表格以所设计的实际电阻值为准且注意转换器校准时所需的偏置电压 v OFF 在实验练习题 4-4 中将用到这些信息以确定所设计的数模转换器是否正常工作 (4-5) 将设计的作业 11 问题 3 中的低通滤波器抄到实验报告中标明所有电阻与电容的标号和容量 (4-6) 在实验报告中, 将作业 11 问题 1(F) 中的图表抄到低通滤波器设计的旁边当输入幅值为 1 V 频率分别为 4 khz, 8 khz 和 16 khz 的正弦电流时过滤器输出 v LPF 的预期幅值和相位, 做表格列出这些值表格以所设计的实际电阻值为准在实验练习题 4-6 中将用到这些信息以确定所设计的低通滤波器是否正常工作 (4-7) 将作业 11 问题 4 中设计的的音频控制器抄到实验报告中标明所有电阻的名称和大小 (4-8) 在音量控制器设计的旁边, 做一个表格, 当输入一个幅值为 1 V 的正弦电流其频率分别为 10 Hz, 100 Hz 和 1 khz 时音量控制器输出的预期幅值和相位表格以每个人设计的实际电阻值为准在实验操作 (4-8) 中将用到这些信息以确定所设计的放大器是否准确工作实验操作 : 实验操作包括搭建和测试音频回放系统的单元功能模块, 然后演示系统运行

2 的全部过程在开始实验操作之前, 你需在实验室中的元件台处领取一个带有计数器和存储器的面包板, 一副耳机以及耳机插座, 一个用于组成时钟的 74HC14 CMOS 反相器芯片以及一包用于搭建数模转换器的 10 kω 和 20 kω 的电阻你可以保留反相器芯片以及电阻, 但面包板耳机以及耳机插座必须在实验完成后归还注意 : 我们的面包板及耳机供应十分有限, 每一组必须在使用后将其归还元件台本实验操作经过有序组织以便你可以一次完成一个功能模块的搭建和测试每当一个模块经测试能正常工作后, 你可将其连接到已经测试工作正常的模块上最后, 你可分别地搭建和测试音频回放系统的各个部分在按自己设计的方法组建系统的过程中, 在对系统进行改进时, 务必关闭电源同样, 在重新打开电源之前仔细检查连线这将避免对系统组件造成损害, 而且还能节省大量的调试时间最后, 尽可能紧凑简洁地搭建功能模块按此方法, 将发现利用各个组件自身相互联结最为简便而且不需使用额外接线这将节省大量搭建电路的时间以及调试时间 (4-1) 因为每两个人一组进行实验, 因此每个同学应将自己和同组同学的主电路面包板连接在一起这将通过提供更多的接线空间从而简化电路使之更为紧凑为使实验接线最少, 计算器与存储器已经集成在一个印刷好的电路板上在电路板背面是用于插入主电路面包板的管脚将这些管脚插入主电路面包板使每一管脚均插入在不同的主电路面包板排另外, 固定电路板以保证在存储器输出数据位旁边有足够的主电路面包板空间这将使与电路板的连接变得简单例如, 将电路板定位于主电路面包板的左下角是最好的然后时钟可以组建于电路板的上面, 而数模转换器, 低通过滤器以及缓冲器可以组建于电路板的右侧图 1 显示了印刷电路板的管脚分配用于 8 个存储器输出数据位的管脚在左手侧用于电力, 接地以及与计算器连接的时钟输入端在右手侧你应将电力管脚连接到主电路面包板的 5V 电源上, 接地管脚连接到主电路面包板的地上此外还有 4 个计算器与存储管脚需连接到图 1 所示的 5 V 电源和地上 (4-2) 按照课前预习 4-1 中的设计, 使用先前获得的 74HC14( 反相器 ) 芯片组建时钟图 2 显示了反相器芯片的管脚分配使用芯片中的任意两个反相器, 其它的闲置不要将时钟的输出 v CLK 连接到计算器的时钟输入端另外, 使用示波器的一个通道观察震荡器的输出 v OSC, 从该通道触发示波器使用另一通道观察 v CAP 和时钟输出 v CLK 比较从示波器上观察到的与实验预习题 4-2 中的图形, 判断时钟是否能够正确执行功能特别是, 时钟输出 v CLK 应保持在 0 V 到 5 V 之间以便不对所驱动的计算器造成损坏 (4-3) 倘若时钟能够正确执行功能, 更重要的是时钟输出 v CLK 保持在 0V 到 5V 之间, 将时钟的输出 v CLK 连接到计算器的时钟输入端借助示波器检验存储器的 8 个数据位可以及时改变 (4-4) 按照课前预习 4-3 中的设计, 使用先前获得的运算放大器 741 和电阻组建数模转换器图 3 显示了运算放大器 741 的管脚分配不要将数模转换器的数据位输入端连接到存储器的数据位输出端另外, 调整关闭电压 v OFF 到 0 V, 将每一输入端分别连接到 5V 电源上, 其它输入端接地然后用万用表测量 v DAC, 比较测量结果与实验预习题 4-4 中表格中的数据, 判断数模转换器是否能够正确执行功能 (4-5) 按照图 1 中存储器管脚分配方式连接数模转换器的 8 位数据位输入端到其相应的存储器数据位输出端通过示波器观察数模转换器输出 v DAC 应该观察一个按照分段方式重新建立的音频信号调整关闭电压 v OFF 使音频信

3 号的中心在 0 V 左右图 1: 连接计算器与存储器的印刷电路板管脚分配 (4-6) 接着完成实验预习题 4-5 的设计内容, 利用预算放大器 741 构建一个低通滤波器设置函数发生器, 使其产生 1kHz 无偏转的正弦波, 正弦波的峰峰值电压为 2V, 并把正弦波输出连接到低通滤波器的输入端上利用示波器的一个通道观察滤波器的输入, 并同通过此通道触发示波器利用示波器的另一个通道, 观察滤波器的输出 v LPF 改变滤波器输入电压的频率, 同时将滤波器的频率响应值与实验预习题 4-6 的图表相比较, 确定滤波器的基本功能是否合适 (4-7) 将数模转换器的输出连接到低通滤波器的输入上利用示波器, 比较转换器的输出和滤波器的输出理论上两个输出应当是相似的, 仔细观察滤波器的输出, 它应该是更平滑一些

4 图二反相器芯片 74HC14 管脚图图三运算放大器 741 管脚图这时, 在示波器上应该很清楚地观察到音频信号的峰值, 即低通滤波器的输出 v LPF 如果有必要的话, 调整数模转换器的电阻 R 2, 使得滤波器的输出 v LPF 的峰峰值电压大约为 2.5V 当不能获取到能量足够的音频信号时, 上述的调整是必需的当低通滤波器的输出 v LPF 没有出现在中心线 0V 时, 还要调节反相器的偏置电压 v OFF (4-8) 继续做实验预习题 4-7 中的内容, 是用运算放大器 741 设置一个音量控制器, 但是不要把这个音量控制连接到耳机上图 3 为运算放大器 741 的管

5 脚图设置函数发生器, 使其产生 1kHz, 峰峰值电压为 2V 的无偏转正弦波, 并把正弦波连接到缓冲器的输入端利用示波器的一个通道观察音量控制器的输入信号, 另一个通道观察音量控制器的输出电压 v OUT 改变输入电压的频率, 同时将音量控制器响应的输出值与从实验预习题 4-8 图表中得出的预计值进行比较, 以确定实验控制器的基本功能是否合适 (4-9) 接下来, 根据实验预习题 4-7 中设计的方法, 把音量控制器连接到耳机上设置函数发生器产生 1kHz, 峰峰值电压为 2.5 的无偏置的正弦波, 并把它连接到音量控制器的输出端上此时将能听到单弦的音调, 在 10Hz 到 10kHz 范围内扫描信号发生器的频率, 是用示波器再次验证音量控制器是否合适 (4-10) 把低通滤波器的输出直接连接到音量控制器的输入端, 以完成音频回放系统这时将听到的信号记录在存储器中的声音信号以便通过扩音器 ( 喇叭 ) 回放出来 (4-11) 在最后的实验练习题中, 测试音频回放系统例如 : 断开低通滤波器的连接, 观察自己感觉的声音信号如何改变的也可以断开数模转换器中一个或多个存储器数据位的低位, 观察自己感觉的声音信号如何变化, 在使用和不使用低通滤波器的条件下再次测试以上的实验内容测试音频回放系统中确保声音不失真的最小数据位是多少?

TD

*TD-000212-05* 20- 应用实例 4 本例显示的是使用两个亚低音扬声器和多个顶箱的双声道立体声设置除了各声道都增加了一个顶箱外也可以增加更多的顶箱本例和例 3 的情况一致声道 2 或右声道声道 1 或左声道要接到更多的顶箱将最后一个顶箱的全幅线路输出接头处的线缆接到下一个顶箱的全幅线路输入接头在不降低信号质量的情况下最