電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)低頻正弦信號(hào)發(fā)生器1

1、長(zhǎng) 安 大 學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課題名稱 低頻正弦信號(hào)發(fā)生器班 級(jí) 姓 名 指導(dǎo)教師 日 期 2011年1月6日前 言正弦交流信號(hào)是一種應(yīng)用極為廣泛的信號(hào)，它通常作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，用于電子電路的性能試驗(yàn)或參數(shù)測(cè)量。另外，在許多測(cè)試儀中也需要用標(biāo)準(zhǔn)的正弦信號(hào)檢測(cè)一些物理量，正弦信號(hào)用作標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，要求正弦信號(hào)必須有較高的精度，穩(wěn)定度及低的失真率。本次電子課程設(shè)計(jì)的低頻正弦信號(hào)發(fā)生器的要求為：信號(hào)的頻率范圍為20hz20khz;輸出電壓幅度為5v；輸出信號(hào)頻率數(shù)字顯示；輸出電壓幅度顯示。針對(duì)以上設(shè)計(jì)要求，我們從圖書館收集，借閱了大量相關(guān)書籍，從網(wǎng)上下載了諸多相關(guān)資料，其次安裝并學(xué)習(xí)使用了電路設(shè)計(jì)中所常使

2、用的multisim仿真軟件。在設(shè)計(jì)的要求下，畫出了整體電路的框圖，將其分為正弦信號(hào)發(fā)生器，輸出電壓和幅度數(shù)字顯示，輸出信號(hào)頻率和其數(shù)字顯示三大部分。其次我們對(duì)每個(gè)單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，對(duì)其工作原理進(jìn)行介紹，通過(guò)對(duì)電路分析,確定了元器件的參數(shù),并利用multisim 軟件仿真電路的理想輸出結(jié)果,克服了設(shè)計(jì)低頻信號(hào)發(fā)生器電路方面存在的技術(shù)難題,使得設(shè)計(jì)的低頻信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,實(shí)現(xiàn)方便。完成電路的設(shè)計(jì)與分析后，對(duì)資料與設(shè)計(jì)電路進(jìn)行整理，排版，完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告。目 錄摘要4關(guān)鍵字4設(shè)計(jì)要求4第一章 系統(tǒng)概述4第二章 單元電路設(shè)計(jì)與分析5 第一節(jié) 正弦信號(hào)產(chǎn)生和放大電路模塊設(shè)計(jì)5 第二節(jié) 數(shù)字的頻率

3、顯示9 第三節(jié) 數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)15 第三章 系統(tǒng)綜述22 第四章 結(jié)束語(yǔ)24參考文獻(xiàn)24鳴謝.24元器件明細(xì)表25收獲與體會(huì)，存在的問(wèn)題25評(píng)語(yǔ)26低頻正弦信號(hào)發(fā)生器摘要 本設(shè)計(jì)的正弦信號(hào)發(fā)生電路時(shí)采用一片max038函數(shù)發(fā)生器芯片，該芯片可通過(guò)控制管腳的輸入?yún)?shù)來(lái)控制芯片輸出三角波，正弦波，矩形波等波形，本文用于輸出正弦波工作狀態(tài)，正弦波產(chǎn)生后通過(guò)運(yùn)放opa604組成的放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，從而滿足設(shè)計(jì)要求；電壓的數(shù)字顯示主要由555定時(shí)器構(gòu)成的放大整形電路，時(shí)基電路和控制電路構(gòu)成，最終由十六進(jìn)制加法器74ls160，鎖存器74ls373，譯碼器74ls48使數(shù)碼管顯示電壓；頻率數(shù)字顯示主

4、要由芯片mc14433,mc1413,mc4511和mc1403構(gòu)成。關(guān)鍵字 正弦信號(hào)，放大電路，電壓顯示，頻率顯示設(shè)計(jì)要求1、 信號(hào)頻率范圍20hz20khz;2、 輸出信號(hào)電壓幅度5v；3、 輸出信號(hào)頻率數(shù)字顯示；4、 輸出電壓幅度數(shù)字顯示。第一章 系統(tǒng)概述根據(jù)任務(wù)書的要求，系統(tǒng)可分為三大部分，即正弦信號(hào)的產(chǎn)生；輸出頻率的范圍和其顯示；輸出電壓的幅度和顯示，我們采用rc選頻率網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生正弦信號(hào)，信號(hào)產(chǎn)生后再通過(guò)同相比例運(yùn)算放大器來(lái)滿足輸出電壓的幅度要求，然后通過(guò)555定時(shí)器組成的施密特觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài) 電路，多諧振蕩電路對(duì)其放大整形和控制，最終通過(guò)十六進(jìn)制加法器74ls160，鎖

5、存器74ls373，譯碼器74ls48使數(shù)碼管顯示電壓，由于本學(xué)期剛學(xué)過(guò)555定時(shí)器，74ls160,74l48等芯片，設(shè)計(jì)過(guò)程中易于理解和操作，其次是電壓的顯示，我們采用集成電路mc14433,mc1413,mc4511和mc1403設(shè)計(jì)成數(shù)字電壓表，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓的顯示。其中mc14433的作用是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，mc1403為mc14433提供精密電壓，供mc14433a/d轉(zhuǎn)換器作參考電壓，mc4511的功能是將二-十進(jìn)制轉(zhuǎn)換成七段信號(hào)，mc1413的作用為驅(qū)動(dòng)顯示器的 a,b,c,d,e,f,g七個(gè)發(fā)光段，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管進(jìn)行顯示，數(shù)碼管只將譯碼器輸出的七段信號(hào)進(jìn)行數(shù)字顯示，讀出

6、a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果，該模塊集成度高，外圍電路簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)。以下為電路的系統(tǒng)框圖： 圖1電路系統(tǒng)框圖第二章 單元電路設(shè)計(jì)與分析 第一節(jié)：正弦信號(hào)產(chǎn)生和放大電路模塊設(shè)計(jì)1. 正弦波發(fā)生器正弦波發(fā)生器是本設(shè)計(jì)的核心部分，以下介紹四種方案：方案一：采用傳統(tǒng)的直接頻率合成法直接合成。利用混頻器，倍頻器，分頻器和帶通濾波器完成對(duì)頻率的算術(shù)運(yùn)算。但由于采用大量的倍頻，分頻，混頻和濾波環(huán)節(jié)，導(dǎo)致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，成本高，而且容易產(chǎn)生過(guò)多的雜散分量，難以達(dá)到較高的頻譜純度。方案二：采用鎖相環(huán)間接頻率合成（pll）。雖然具有工作頻率高，寬帶，頻譜質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，但由于鎖相環(huán)本身是一個(gè)惰性環(huán)節(jié)，鎖定時(shí)

7、間較長(zhǎng)，故頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)。另外，由模擬方法合成的正弦波的參數(shù)（如幅度，頻率和相位等）都很難控制，而且要實(shí)現(xiàn)大范圍的頻率變化相當(dāng)困難，不易實(shí)現(xiàn)。方案三：用函數(shù)產(chǎn)生芯片直接產(chǎn)生所需信號(hào)。采用max038函數(shù)產(chǎn)生芯片，通過(guò)設(shè)置管腳參數(shù)的輸入，可設(shè)計(jì)組成產(chǎn)生幅頻精度很高且易于調(diào)整的波形信號(hào)，該波失真度很小，而且可實(shí)現(xiàn)的頻率范圍很大，在電路參數(shù)要求苛刻的工作場(chǎng)所能夠得到較好的應(yīng)用，用該芯片設(shè)計(jì)組成的信號(hào)產(chǎn)生電路集成度高，而且簡(jiǎn)單，容易控制。方案四：采用rc選頻率網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的振蕩電路產(chǎn)生所需正弦波。rc振蕩電路適用于低頻振蕩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,經(jīng)濟(jì)方便，一般用于產(chǎn)生1hz1mhz的低頻信號(hào)。由以上分析可知，方案一

8、和方案二不易實(shí)現(xiàn)，方案三雖然可行，但max038已經(jīng)停產(chǎn)，所以我們選擇第四種方案中的rc選頻率網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的振蕩電路來(lái)實(shí)現(xiàn)所需正弦波。2.rc橋式振蕩電路及工作原理圖2.1.1為rc串并聯(lián)正弦波振蕩電路，其放大電路為同相比例運(yùn)算放大器，反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)由rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)組成。 圖2.1.1 rc串并聯(lián)正弦波振蕩電路由rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性可知，在w = w 0 = 1/rc或f = f0 = 時(shí)，rc選頻網(wǎng)絡(luò)的相角為0，而同相比例運(yùn)算放大電路的相位差為0，從而滿足振蕩的相位條件。由于rc串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性，使信號(hào)通過(guò)閉合環(huán)路af后，僅有f = f0 =的信號(hào)才滿足相位條件，因此該電路振蕩頻率為

9、f0 ，從而保證了電路輸出為單一頻率的正弦波。為了使電路能振蕩，還應(yīng)該滿足起振條件，即要求af1。由于w = w 0 時(shí)，f=1/3，則要求a =1 +rfr3. 3 ，即rf2r1，輸出波形就接近正弦波。 振蕩電路起振后，如一只維持a 3 ,則因振幅的增長(zhǎng)，致使放大器件工作到非線性區(qū)域，波形將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重非線性失真。為此必須設(shè)法是輸入電壓的幅值在最增大的同時(shí)，讓af的絕對(duì)值適當(dāng)減小，以維持輸出電壓的幅值基本不變。 圖2.1.2 具有二極管穩(wěn)幅環(huán)節(jié)的rc串并聯(lián)正弦波振蕩電路通?？梢栽诜糯箅娐分胁捎梅蔷€性原件來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)反饋的強(qiáng)弱以維持輸出電壓恒定。我們可以利用二極管的非線性特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖2.1.

10、2所示的電路，圖中的兩個(gè)二極管d1，d2便是穩(wěn)幅元件。當(dāng)輸出電壓的幅度較小時(shí)，電阻r4兩端的電壓低，二極管d1、d2截止，負(fù)反饋系數(shù)由r3、及r4決定；當(dāng)輸出電壓的幅度增加到一定程度時(shí)，二極管d1、d2在正負(fù)半周輪流工作，其動(dòng)態(tài)電阻與r4并聯(lián)，使負(fù)反饋系數(shù)加大，電壓增益下降。輸出電壓的幅度越大，二極管的動(dòng)態(tài)電阻越小，電壓增益也越小，輸出電壓的幅度保持基本穩(wěn)定。3.放大電路的設(shè)計(jì)由于設(shè)計(jì)要求的電壓幅度為5v，上述圖2.1.2所示信號(hào)產(chǎn)生電路不能滿足要求，因此必須對(duì)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行二級(jí)放大，本設(shè)計(jì)的放大電路主要由同相比例器來(lái)?yè)?dān)任 。圖2.1.3同相比例器同相比例運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)au = 1+ r

11、f /r1 。4正弦信號(hào)發(fā)生總電路把上述各分電路集中在一塊電路板上,共用電源和接地后,整個(gè)信號(hào)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)變得緊湊美觀，集成電路圖如圖2.1.4 所示。圖2.1.4 正弦信號(hào)發(fā)生總電路調(diào)整電阻r6 和 r5（即改變了反饋rf），使電路起振，且波形失真最小。如不能起振，則說(shuō)明負(fù)反饋太強(qiáng)，應(yīng)適當(dāng)加大rf ，如波形失真嚴(yán)重，則應(yīng)適當(dāng)減少 = r5+ r4+ ( r6 / rd ) 。改變選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)c 或r，即可調(diào)節(jié)振蕩頻率。一般采用改變電容c 作頻率量程切換（粗調(diào)），而調(diào)節(jié)r作量程內(nèi)的頻率細(xì)調(diào)。本設(shè)計(jì)要求輸出地正弦波的頻率為20hz20khz,因此由式f = 取值應(yīng)滿足以下關(guān)系：當(dāng)f0=20hz

12、時(shí)， rc0.08 ;當(dāng)f0=20khz時(shí)，rc;因此當(dāng)r=200k時(shí)，c的變化范圍約為40pf0.04uf 。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器r6可以改變放大倍數(shù)，可幫助電路起振，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器r9可進(jìn)一步改變輸出波形幅度，可以實(shí)現(xiàn)幅值從15v之間的調(diào)節(jié)變化。通過(guò)multisim軟件調(diào)試后可得仿真的結(jié)果如下圖2.1.5所示。圖中信號(hào)幅值較小的為初級(jí)放大后的輸出信號(hào)，另一個(gè)為二級(jí)放大后的輸出信號(hào)。圖2.1.5放大電路仿真結(jié)果圖第二節(jié)：頻率的數(shù)字顯示頻率的數(shù)字顯示電路設(shè)計(jì)中要求輸出的頻率能夠進(jìn)行數(shù)字顯示，本電路中頻率顯示電路利用555定時(shí)器構(gòu)成控制電路，實(shí)際電路和延時(shí)電路，控制計(jì)數(shù)器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，延時(shí)和清零

13、，將計(jì)數(shù)結(jié)果用鎖存器鎖存輸出到數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管靜態(tài)數(shù)位顯示。一 總體框架圖如下整波電路正弦信號(hào)計(jì)數(shù)器鎖存器譯碼器數(shù)碼管 延時(shí)電路控制電路時(shí)基電路 圖6頻率顯示計(jì)總體框架圖二 基本原理 為了提高輸出信號(hào)的頻率的精確度和穩(wěn)定度本裝置設(shè)置了頻率檢測(cè)電路，該電路先使檢測(cè)信號(hào)通過(guò)由555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)化成同頻率的脈沖信號(hào)。應(yīng)用multisim仿真如圖3將被測(cè)信號(hào)直接加到主控門的輸入端，時(shí)基信號(hào)經(jīng)控制電路產(chǎn)生閘門信號(hào)至主控門，只有在閘門信號(hào)采樣期間（時(shí)基信號(hào)的一個(gè)周期），輸入信號(hào)才能通過(guò)主控門。對(duì)于頻率為f的周期信號(hào)，用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)閘門信號(hào)（閘門寬度為tg）對(duì)被測(cè)信號(hào)的重復(fù)周期數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)

14、，當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)果為n時(shí) f=n/tg。改變時(shí)基信號(hào)的周期范圍tg時(shí)，即可得到不同的測(cè)頻范圍第一檔：最小量程檔，最大讀數(shù)是999.9hz，閘門信號(hào)的采樣時(shí)間為10s。第二檔：最大讀數(shù)是9.999khz，閘門信號(hào)的采樣時(shí)間 為1s。第三檔：最大讀數(shù)是99.99khz,閘門信號(hào)的采樣時(shí)間為 0.1s。 當(dāng)主控門關(guān)閉時(shí)，計(jì)數(shù)器停止工作，顯示器顯示記錄結(jié)果，此時(shí)控制電路輸出一個(gè)置零信號(hào)，為后續(xù)新的取樣做好準(zhǔn)備，即能鎖住一次顯示時(shí)間，使保留到接受新的一次取樣為止。三 總體設(shè)計(jì)與原理3.1 整波電路 具體電路圖7，并進(jìn)行仿真，得到輸入波形與輸出波形如圖8圖7整波電路 圖8 整波電路仿真圖 3.2時(shí)基電路 頻率顯

15、示計(jì)的時(shí)基電路是采用555構(gòu)成的多些振蕩器，控制計(jì)數(shù)器的輸入脈沖。多諧振蕩器不需要外加輸入信號(hào)，只需要接通電源，就能自動(dòng)產(chǎn)生矩形脈沖信號(hào)，矩形脈沖信號(hào)的頻率是由電路參數(shù)r，c決定的，當(dāng)撥碼開(kāi)關(guān)波導(dǎo)c5檔時(shí)，頻率計(jì)為第二檔位，產(chǎn)生的方波高電平時(shí)間長(zhǎng)度為t1為1s，低電平時(shí)間長(zhǎng)度t2為為0.25s，其電路圖如圖9。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)（1s正脈沖）到來(lái)時(shí)，閘門開(kāi)通，被測(cè)信號(hào)通過(guò)閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)器；當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)脈沖結(jié)束時(shí)，閘門關(guān)閉，計(jì)數(shù)器無(wú)脈沖輸入。計(jì)數(shù)器的cp脈沖信號(hào)是由待測(cè)信號(hào)和閘門信號(hào)的與門來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 圖9 時(shí)基電路其中t1=0.7(r5+r6)c3=1.022s t2=0.7r6c3=0.25s 同理，當(dāng)撥

16、碼開(kāi)關(guān)撥到c7時(shí)，閘門信號(hào)為10s，頻率計(jì)為第一檔位。撥碼開(kāi)關(guān)撥到c8時(shí)，閘門信號(hào)為0.1s，頻率計(jì)為第三檔位。 3.3 控制電路3.3.1 鎖存信號(hào)和清零信號(hào)的產(chǎn)生 頻率顯示器的控制電路是由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)是：它有一個(gè)穩(wěn)態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，在外加脈沖作用下，電路從穩(wěn)態(tài)發(fā)轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，依靠r，c定是電路的充，放電過(guò)程來(lái)維持暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間，然后自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)。其電路圖如圖10所示控制電路利用標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)結(jié)束后產(chǎn)生的負(fù)跳變來(lái)產(chǎn)生鎖存信號(hào)，同時(shí)鎖存信號(hào)經(jīng)過(guò)反相器又產(chǎn)生清零信號(hào)。將時(shí)基電路的的輸出信號(hào)與控制電路的輸出信號(hào)在multisim10中進(jìn)行仿真，得到如圖4。圖10 控制電路 圖1

17、1時(shí)基電路與控制電路輸出信號(hào)3.3.2延時(shí)信號(hào)的產(chǎn)生 圖 12 延時(shí)電路圖延時(shí)電路由d觸發(fā)器cc4013，積分電路（有電位器rw和電容c6組成），非門u15以及單穩(wěn)態(tài)組成，如圖12所示，由于cc4013的d端接vdd，因此，在清零信號(hào)所產(chǎn)生的上升沿的作用下，cc4013翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)后q非=1，由于開(kāi)機(jī)置零，則q非=1，經(jīng)過(guò)二極管迅速給電容c6充電，是c6兩端的電壓達(dá)到“1”，而此時(shí)q非=0，電容器c6經(jīng)過(guò)電位器rw緩慢放電。當(dāng)電容器c6上的電壓放電至與非門u15的閥值電平vt時(shí)，與非門的輸出端立即產(chǎn)生一個(gè)上升沿，觸發(fā)下一級(jí)單穩(wěn)態(tài)電路。此時(shí)，電路輸出一個(gè)正脈沖，該脈沖寬度主要取決于時(shí)間常數(shù)c7rt

18、的值，延時(shí)時(shí)間為上一級(jí)電路的延時(shí)時(shí)間及這一級(jí)延時(shí)之和。 如果電位器rw用510電阻代替，c6取3uf，則總的延時(shí)時(shí)間也就是顯示時(shí)間為3s左右，如果電位器rw用2m電阻代替，c6取3uf，顯示時(shí)間可達(dá)到10s，可見(jiàn)調(diào)節(jié)電位器可改變顯示時(shí)間。3.4鎖存器的使用鎖存器的作用是將計(jì)數(shù)器在1s結(jié)束時(shí)的計(jì)數(shù)值進(jìn)行鎖存，使顯示器獲得穩(wěn)定的測(cè)量值。當(dāng)時(shí)鐘脈沖cp的正跳變到來(lái)時(shí)，鎖存器的輸出端等于輸入，從而將計(jì)數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端，正脈沖結(jié)束后，輸出不再改變。我們采用74ls373，其管腳圖如圖13 d1-d8是數(shù)據(jù)輸入端q1-q8是輸出端oc 是三態(tài)允許控制端，低電平有效eng 鎖存允許端 當(dāng)oc為

19、低電平時(shí)q1-q8為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái) 驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)oc為高電平時(shí)，q1-q8為高阻態(tài)即 不驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 當(dāng)eng=1時(shí)q隨d改變而改變。當(dāng)eng=0時(shí)，q被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)的電路eng端是由控制電路的輸出信號(hào)決定的。圖13 74ls373管腳圖3.5 計(jì)數(shù)器及數(shù)碼管的顯示 由于頻率顯示的范圍是20hz-20khz，則計(jì)數(shù)器能計(jì)數(shù)的最大數(shù)不小于20000 ，將4片同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls160進(jìn)行級(jí)聯(lián) 即可實(shí)現(xiàn)對(duì)10000個(gè)脈沖數(shù)以下的脈沖計(jì)數(shù)，通過(guò)控制小數(shù)點(diǎn)位置的移動(dòng)，可使最大讀數(shù)達(dá)到99.99khz。4片計(jì)數(shù)器的清零端是由控制電路產(chǎn)生的，cp脈沖端是由待測(cè)信號(hào)經(jīng)整

20、波后產(chǎn)生的矩形波提供的。其級(jí)聯(lián)電路圖如圖14。從右到左依次是十進(jìn)制的個(gè)位，十位，百位，千位。小數(shù)點(diǎn)的位置根據(jù)量程的改變而自由移動(dòng)。 將計(jì)數(shù)器的輸出值通過(guò)鎖存器輸送到共陽(yáng)極譯碼管驅(qū)動(dòng)芯片74ls47，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。通過(guò)延時(shí)電路可改變數(shù)碼管顯示頻率的長(zhǎng)短，便于讀數(shù)。 圖14 計(jì)數(shù)器級(jí)聯(lián)第三節(jié)：數(shù)字電壓表設(shè)計(jì)方案一：以a/d轉(zhuǎn)換器mc14433為核心器件，它有多路調(diào)制bcd碼輸出端和超量程，采用動(dòng)態(tài)掃描顯示，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。它連接著輸入放大器、基準(zhǔn)電源、計(jì)數(shù)器、譯碼器、邏輯控制器、振蕩器和顯示器。其中，a/d轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，邏輯控制電路產(chǎn)生控制信號(hào)，按規(guī)定的時(shí)序?qū)/d轉(zhuǎn)換器中

21、各組模擬開(kāi)關(guān)接通或斷開(kāi)，保證a/d轉(zhuǎn)換正常進(jìn)行。a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)計(jì)數(shù)譯碼電路變換成筆段碼，最后驅(qū)動(dòng)顯示器顯示相應(yīng)的數(shù)值。方案二：采用單片機(jī)89c51作為系統(tǒng)的控制核心,以a/d轉(zhuǎn)換器adc0809作為主要部件，原理是模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換芯片的基準(zhǔn)電壓端，北側(cè)電壓輸出端分別輸入基準(zhǔn)電壓和被測(cè)電壓。模數(shù)（a/d）轉(zhuǎn)換芯片將被測(cè)量電壓輸入端所采集到的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)對(duì)單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行軟件編程，使單片機(jī)系統(tǒng)能按規(guī)定的時(shí)序來(lái)采集這些數(shù)字信號(hào)，通過(guò)一定的算法來(lái)計(jì)算出被測(cè)量電壓的值，最后單片機(jī)系統(tǒng)將計(jì)算好了的被測(cè)電壓按一定的是與送入顯示電路模塊加以顯示。對(duì)比兩種方法，第二種方案優(yōu)點(diǎn)是

22、的單片機(jī)技術(shù)成熟、運(yùn)算功能較強(qiáng)、編程靈活、設(shè)計(jì)成本也較低，能較準(zhǔn)確地測(cè)量輸入電壓。但在單片機(jī)系統(tǒng)中必須使用許多分立元件組成其外圍電路，整個(gè)系統(tǒng)顯得十分復(fù)雜，可靠性較低，抗干擾能力差，而且功耗高。況且對(duì)于我們還未接觸單片機(jī)的大學(xué)生來(lái)說(shuō)，此種方案無(wú)疑是非常困難的，而且第二種方案中還要用到編程，對(duì)于剛學(xué)完匯編語(yǔ)言的我們來(lái)說(shuō)，也是非常困難的。第一種方案都是運(yùn)用我們所學(xué)過(guò)的知識(shí)，所以我們選用第一種方案。圖15頻率倍數(shù)控制電路 圖16數(shù)字電壓表電路圖備注： 1. 單刀雙擲開(kāi)關(guān)的電壓輸入端uo接信號(hào)發(fā)生器的電壓輸出端，電壓輸出端ui接數(shù)字電壓表的輸入電壓端，即引腳3.2. 單刀雙擲開(kāi)關(guān)接的電阻，當(dāng)s接到左邊

23、的開(kāi)關(guān)時(shí)，則將信號(hào)發(fā)生器輸出的電壓縮小了10倍，當(dāng)數(shù)碼管上顯示電壓時(shí)，對(duì)于讀出的數(shù)字應(yīng)該乘以10,，此時(shí)的結(jié)果才是真正的電壓值；而當(dāng)開(kāi)關(guān)s打到右邊時(shí)，則將信號(hào)發(fā)生器輸出的電壓縮小了5倍，當(dāng)數(shù)碼管上顯示電壓時(shí)，對(duì)于讀出的數(shù)字應(yīng)該乘以5，此時(shí)的結(jié)果才是真正的電壓值。各部分的功能如下：1. 3位半a/d轉(zhuǎn)換器（mc14433）：將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。2. 基準(zhǔn)電源（mc1403）：提供精密電壓，供a/d轉(zhuǎn)換器作參考電壓。3. 譯碼器（mc4511）：將二十進(jìn)制(bcd)碼轉(zhuǎn)換成七段信號(hào)。4. 驅(qū)動(dòng)器（mc1413）：于東顯示器的a, b, c, d, e, f, g七個(gè)發(fā)光段，驅(qū)動(dòng)發(fā)光數(shù)碼

24、管(led)進(jìn)行顯示。5. 顯示器：將譯碼器輸出的七段信號(hào)進(jìn)行數(shù)字顯示，讀出a/d轉(zhuǎn)換的結(jié)果。6. 一個(gè)單刀雙擲開(kāi)關(guān)和三個(gè)定值電阻起到了對(duì)輸入電壓的縮小作用。工作過(guò)程如下： 3位半數(shù)字電壓表通過(guò)位選信號(hào)ds1ds4進(jìn)行動(dòng)態(tài)掃描顯示，由于mc14433電路的a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果是才有bcd碼多路調(diào)制方法輸出，只要配上一塊譯碼器，就可以將轉(zhuǎn)換結(jié)果字方式實(shí)現(xiàn)四位數(shù)字的led發(fā)光數(shù)碼管動(dòng)態(tài)掃描顯示。ds1ds4輸出多路調(diào)制選通脈沖信號(hào)。ds選通脈沖為高電平時(shí)表示對(duì)應(yīng)的數(shù)位被選通，此時(shí)該位數(shù)據(jù)在q0q3端輸出。 每個(gè)ds選通脈沖高電平寬度為18個(gè)時(shí)鐘脈沖周期，兩個(gè)相鄰選通脈沖之間間隔2個(gè)時(shí)鐘脈沖周期。ds和e

25、oc的時(shí)序關(guān)系是在eoc脈沖結(jié)束后，緊接著是 ds1輸出正脈沖。以下依次為 ds2，ds3和 ds4。其中 ds1對(duì)應(yīng)最高位(msd)，ds4 則對(duì)應(yīng)最低位(lsd)。在對(duì)應(yīng)ds2，ds3 和 ds4 選通期間，q0q3 輸出 bcd 全位數(shù)據(jù)，即以 8421 碼方式輸出對(duì)應(yīng)的數(shù)字09在 ds1選通期間，q0q3輸出千位的半位數(shù) 0 或 1及過(guò)量程、欠量程和極性標(biāo)志信號(hào)。 在位選信號(hào) ds1選通期間 q0q3的輸出內(nèi)容如下：（1）q3表示千位數(shù)，q3=0 代表千位數(shù)的數(shù)宇顯示為 1，q3=1 代表千位數(shù)的數(shù)字顯示為 0。 （2）q2表示被測(cè)電壓的極性，q2的電平為 1，表示極性為正，即 ux0

26、，q2的電平為 0，表示極性為負(fù)，即 ux1999，則溢出。 | ux| ur則 or 輸出低電平。（4）當(dāng) or = 1 時(shí)，表示| ux|vref時(shí)，or 輸出低電平，正常量程 or 為高電平。(16)(19)端：對(duì)應(yīng)為 ds4ds1，分別是多路調(diào)制選通脈沖信號(hào)個(gè)位、十位、百位和千位輸出端，當(dāng) ds 端輸出高電平時(shí)，表示此刻 q。q3輸出的 bcd 代碼是該對(duì)應(yīng)位上的數(shù)據(jù)。(20)（23）端：對(duì)應(yīng)為 q0一 q3，分別是 ad 轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)輸出 bcd 代碼的最低位(lsb)、次低位、次高位和最高位輸出端。(24) 端：vdd，整個(gè)電路的正電源端。七段鎖存-譯碼-驅(qū)動(dòng)器 mc4511 mc

27、4511 是專用于將二-十進(jìn)制代碼(bcd)轉(zhuǎn)換成七段顯示信號(hào)的專用標(biāo)準(zhǔn)譯碼器，它由4 位鎖存器，7 段譯碼電路和驅(qū)動(dòng)器三布分組成。(1)四位鎖存器(latch)：它的功能是將輸入的 a，b，c 和 d 代碼寄存起來(lái)，該電路有鎖存功能，在鎖存允許端（le 端，即 latchenable）控制下起鎖存數(shù)據(jù)的作用。(2)七段譯碼電路：將來(lái)自四位鎖存器輸出的 bcd 代碼譯成七段顯示碼輸出 。(3)驅(qū)動(dòng)器：利用內(nèi)部設(shè)置的 npn 管構(gòu)成的射極輸出器，加強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，使譯碼器輸出驅(qū)動(dòng)電流可達(dá) 20ma。圖19 mc1413管腳圖七路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器陣列 mcl413mcl413 采用 npn 達(dá)林頓復(fù)合晶體

28、管的結(jié)構(gòu)，因此具有很高的電流增益和很高的輸入阻抗，可直接接受 mos 或 cmos 集成電路的輸出信號(hào)，并把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成足夠大的電流信號(hào)驅(qū)動(dòng)各種負(fù)載該電路內(nèi)含有 7 個(gè)集電極開(kāi)路反相器(也稱 oc 門)。mcl413 引腳如圖 采用 16 引腳的雙列直插式封裝。每一驅(qū)動(dòng)器輸出端均接有一釋放電感負(fù)載能量的續(xù)流二極管。高精度低漂移能隙基準(zhǔn)電源 mcl403 mcl403 的輸出電壓的溫度系數(shù)為零，即輸出電壓與溫度無(wú)關(guān)該電路的特點(diǎn)是：溫度系數(shù)??；噪聲??；輸入電壓范圍大，穩(wěn)定性能好，當(dāng)輸入電壓從+45v變化到+15v 時(shí)，輸出電壓值變化量小于 3mv；輸出電壓值準(zhǔn)確度較高，y。值在 2475v2.5

29、25v 以內(nèi)；壓差小，適用于低壓電源；負(fù)載能力小，該電源最大輸出電流為 10ma。第三章 系統(tǒng)綜述本此電路圖我們采用畫單圖的形式，其中，信號(hào)產(chǎn)生，放大與電壓顯示已在前面的單元電路設(shè)計(jì)中給出，以下為數(shù)字頻率計(jì)的電路總圖。結(jié)束語(yǔ)此電路基本可以完成任務(wù)要求的各個(gè)功能，具有電壓頻率數(shù)字顯示，電壓幅度可調(diào)的功能。能夠產(chǎn)生比較穩(wěn)定、失真度較小的低頻正弦信號(hào)，頻率和幅值都能較好的滿足題目的要求。并且能夠較準(zhǔn)確的測(cè)出輸出波形的頻率以及幅值。盡管如此，此電路也存在許多問(wèn)題。存在的具體問(wèn)題有：頻率調(diào)節(jié)，由于rc振蕩的選頻回路的要求，兩個(gè)r和兩個(gè)c必須相同，這個(gè)調(diào)節(jié)帶來(lái)了不便。頻率選擇的檔位不是很方便，不能很容易的選擇頻率；多級(jí)比例運(yùn)算放大器的電壓調(diào)節(jié)不是很方便，如果要求負(fù)電壓，還得單獨(dú)調(diào)節(jié)旋鈕；沒(méi)有設(shè)計(jì)隔級(jí)電路，各級(jí)電路