簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器和簡(jiǎn)易頻率計(jì)

1、 中 原 工 學(xué) 院 電子技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓名學(xué)號(hào)學(xué)院電子信息學(xué)院班級(jí)題 目簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器和簡(jiǎn)易頻率計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)1、基本部分1)、正弦波,三角波和方波的調(diào)試；2)、簡(jiǎn)易頻率計(jì)的設(shè)計(jì)和調(diào)試；時(shí)間進(jìn)度總體時(shí)間為1周；星期一上午：講解；星期二：理解電路原理；星期三上午發(fā)放元器件和工具；星期三下午焊接電路板星期五上午：驗(yàn)收電路；星期六之前：上交課程設(shè)計(jì)報(bào)告；主要參考文獻(xiàn)【1】任為民.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.北京.中央廣播電視大學(xué)出版社，2001【2】焦寶文.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南.北京.清華大學(xué)出版社，2002【3】高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京.電子工業(yè)出版社，2002目 錄第一張

2、概述3第二章 課程設(shè)計(jì)基本步驟和方法4第三章 設(shè)計(jì)題目及內(nèi)容6第四章 心得體會(huì)16第五章 主要設(shè)備及清單17第六章 參考文獻(xiàn)19第七章 附錄20概 述 電子技術(shù)綜合是高校電子類專業(yè)的重要技術(shù)課程，是繼開設(shè)的“電子線路”、“數(shù)字電子技術(shù)”、“模擬電子技術(shù)”和“eda”后的一門獨(dú)立的課程，是加強(qiáng)學(xué)生專業(yè)實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)踐問(wèn)題、訓(xùn)練科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛣?chuàng)新能力的主要環(huán)節(jié)。 在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生通過(guò)綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，結(jié)合電子技術(shù)方面某一專題獨(dú)立的開展電路的設(shè)計(jì)、安裝與實(shí)驗(yàn)。其基本任務(wù)一方面是鞏固模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)課程及前期基礎(chǔ)性試驗(yàn)的學(xué)習(xí)成果，兩一方面是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)作風(fēng)及其在

3、電子技術(shù)方面的實(shí)踐技能，提高學(xué)生綜合運(yùn)用電子技術(shù)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 該課程是時(shí)間性非常強(qiáng)的課程，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)電子技術(shù)的應(yīng)用，運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)來(lái)解決實(shí)際的問(wèn)題，學(xué)生通過(guò)熟悉設(shè)計(jì)任務(wù)、查找資料、設(shè)計(jì)電路、計(jì)算機(jī)仿真、安裝調(diào)試和總結(jié)書寫設(shè)計(jì)報(bào)告環(huán)節(jié)，學(xué)會(huì)自己分析、找出解決問(wèn)題的方法；對(duì)設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，能獨(dú)立思考，查閱資料，尋找答案；掌握一些測(cè)試電路的基本方法，實(shí)踐中出現(xiàn)一般故障，能通過(guò)“分析、觀察、判斷、實(shí)驗(yàn)、在判斷”的基本方法獨(dú)立解決；初步掌握電子工程設(shè)計(jì)的思路和方法，學(xué)習(xí)電子產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的基本知識(shí)和基本操作技能，為將來(lái)能在工作崗位上靈活運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)以及學(xué)習(xí)接受新的電子技術(shù)知識(shí)打下良好的基礎(chǔ)

4、。第二章 課程設(shè)計(jì)基本步驟和方法1.方案設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的技術(shù)指標(biāo)和條件，初步設(shè)計(jì)出完整的電路（預(yù)設(shè)計(jì)）。主要任務(wù)是準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)文件，其中包括：劃出方框圖；畫出構(gòu)成框圖的個(gè)單元的邏輯電路圖；畫出整體邏輯圖；提出元器件清單；畫出連接圖。要完成這一階段的任務(wù)，需要設(shè)計(jì)者進(jìn)行反復(fù)思考，大量參閱文獻(xiàn)和資料，將各種方案進(jìn)行比較及可行性論證，然后才能將方案確定下來(lái)。具體步驟是：a明確帶設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體方案；b把系統(tǒng)方案劃分為若干相對(duì)獨(dú)立的單元，把每個(gè)單元的功能再由若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)器件來(lái)實(shí)現(xiàn)，劃分為單元的數(shù)目不宜太多，但也不能太少。c設(shè)計(jì)并實(shí)施各個(gè)單元電路。d把單元電路組成帶設(shè)計(jì)系統(tǒng)。衡量一個(gè)電路設(shè)計(jì)的好壞，

5、主要是看是否達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)及能否長(zhǎng)期可靠的工作。此外還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)適用、容易操作、維修方便，為了設(shè)計(jì)出比較合理的電路，設(shè)計(jì)者出路要具備豐富的經(jīng)驗(yàn)和較強(qiáng)的想象力之外，還應(yīng)該盡可能多的熟悉各種典型電路的功能，只要將所學(xué)過(guò)的知識(shí)融會(huì)貫通，反復(fù)思考，周密設(shè)計(jì)，一個(gè)好的電路方案是不難得到的。2. 方案實(shí)驗(yàn)對(duì)所選定的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行安裝調(diào)試。3. 工藝設(shè)計(jì)完成制作試驗(yàn)樣機(jī)所必須的文件資料，包括整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及印制電路板設(shè)計(jì)等。4.樣機(jī)制作及調(diào)試包括組裝、焊接、調(diào)試等。5.總結(jié)鑒定考核樣機(jī)是否全面達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，能否長(zhǎng)期可靠的工作，同時(shí)寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。第三章 設(shè)計(jì)題目及內(nèi)容3.1簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器和簡(jiǎn)易頻率計(jì)3.

6、1.1設(shè)計(jì)任務(wù)書1、 設(shè)計(jì)目的1. 掌握正弦波、方波及三角波信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法；2. 掌握數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法；2、 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1. 設(shè)計(jì)一個(gè)正弦波、方波和三角波發(fā)生器（1）頻率可調(diào)范圍：2hz-20hz、20hz-200hz、200hz-2khz、2khz-20khz；（2）幅度可調(diào)范圍：0-5v；（3）直流偏置可調(diào)。2.設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)字頻率計(jì)（1）測(cè)量頻率范圍：1-100khz，顯示單位為hz;(2)輸入電壓幅度vpp:100mv-10v；(3)輸入測(cè)量誤差：5;(4)輸入信號(hào)波形：任一周期信號(hào)(5)顯示方式：六位十進(jìn)制數(shù)顯示。三、成果要求1.設(shè)計(jì)報(bào)告一份；2.原理

7、圖和pcb圖；3.器件清單；4.電路實(shí)體和仿真。3.1.2基本原理一、 簡(jiǎn)易信號(hào)發(fā)生器運(yùn)用集成運(yùn)算放大器為主要器件，設(shè)計(jì)一個(gè)正弦波、三角波和方波產(chǎn)生電路，具有輸出幅度調(diào)節(jié)、直流偏置調(diào)節(jié)和頻率調(diào)節(jié)的功能；實(shí)現(xiàn)此功能的原理框圖如圖3-1所示。圖3-1信號(hào)發(fā)生器原理框圖1.正弦波振蕩電路由rc橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波,正弦波的頻率可通過(guò)r和c來(lái)調(diào)節(jié)。要求設(shè)計(jì)的電路頻率為四個(gè)兩成，可通過(guò)改變電容值來(lái)進(jìn)行量程的切換，但所選擇的最大電容不應(yīng)超過(guò)幾個(gè)微法。rc橋式振蕩電路為了實(shí)現(xiàn)頻率的微調(diào)功能，可將r選擇為符合要求的電位器。當(dāng)量程確定之后，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器便可實(shí)現(xiàn)頻率的微調(diào)。為了保護(hù)電路，電位器通常要和一

8、個(gè)小電阻串聯(lián)。為了使rc橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生對(duì)稱的正弦波，應(yīng)選用雙電源供電的運(yùn)算放大器。2.調(diào)偏電路通常rc橋式正弦波振蕩電路產(chǎn)生的正弦波的偏移不會(huì)很大，但是經(jīng)過(guò)逐級(jí)放大、器件本身的離散型以及高頻時(shí)電容充放電的影響，輸出的三角波會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重偏移，所以需要在電路中設(shè)置直流偏置電路，來(lái)調(diào)節(jié)偏移。偏執(zhí)電路可由運(yùn)算放大器組成的加法運(yùn)算電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，即實(shí)現(xiàn)正弦波和可調(diào)直流電壓的疊加。這樣不僅可以調(diào)節(jié)正弦波直流偏置，還可以調(diào)節(jié)后面電路產(chǎn)生的方波以及三角波的偏執(zhí)。為了避免調(diào)偏電路產(chǎn)生的正弦波產(chǎn)生失真，通常調(diào)偏電路的放大倍數(shù)應(yīng)小于1。3.方波發(fā)生器方波發(fā)生器可由運(yùn)算放大器組成的過(guò)零比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)。4.三角波發(fā)生器

9、有運(yùn)算放大器組成的積分電路可實(shí)現(xiàn)方波到三角波的轉(zhuǎn)換。方波、三角波的頻率與正弦波相同，均由rc正弦波振蕩電路來(lái)調(diào)節(jié)。在積分電路中，積分時(shí)間常數(shù)與信號(hào)的頻率應(yīng)匹配，否則會(huì)導(dǎo)致輸出三角波失真。信號(hào)的頻率分為四個(gè)量程，因此積分電路中也應(yīng)對(duì)應(yīng)四個(gè)電容值，通過(guò)調(diào)節(jié)電容獲得較好的三角波。如圖3-2（a）所示，積分時(shí)間常數(shù)過(guò)小，電容充放電速度過(guò)快，很快進(jìn)入運(yùn)放飽和區(qū)，產(chǎn)生失真。如圖3-2（b）所示，如果積分時(shí)間常數(shù)過(guò)大，電容的充放電會(huì)過(guò)慢，則輸出的三角波的電壓數(shù)值就會(huì)過(guò)小。圖3-2（a）積分時(shí)間常數(shù)過(guò)小 圖3-2（b）積分時(shí)間常數(shù)過(guò)大二、簡(jiǎn)易頻率計(jì)1.數(shù)字頻率計(jì)的基本原理頻率是單位時(shí)間（1s）內(nèi)信號(hào)發(fā)生周期變

10、化的次數(shù)。如果能再給定的1s時(shí)間內(nèi)對(duì)信號(hào)波形計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)結(jié)果顯示出來(lái)，就能讀取被測(cè)信號(hào)的頻率。數(shù)字頻率計(jì)首先必須獲得相對(duì)穩(wěn)定與準(zhǔn)確的時(shí)基信號(hào)，同時(shí)將被測(cè)信號(hào)轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識(shí)別的脈沖信號(hào)，然后通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)算這一段時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，將其換算后顯示出來(lái)。數(shù)字頻率計(jì)的框圖如圖3-3所示。圖3-3頻率計(jì)原理框圖數(shù)字頻率計(jì)由放大整形電路、脈沖計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)鎖存電路、譯碼驅(qū)動(dòng)、led顯示電路、時(shí)鐘電路和產(chǎn)生清零脈沖的單穩(wěn)態(tài)電路組成。2. 框圖中各部分的實(shí)現(xiàn)方法及功能1）放大整形電路有雙運(yùn)算放大器ne5532組成，采用5v電源。其中一個(gè)運(yùn)算放大器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，另一個(gè)運(yùn)算放大器接成過(guò)零

11、電壓比較器，對(duì)放大后的信號(hào)進(jìn)行整形，產(chǎn)生5v的脈沖信號(hào)，為了得到05v的ttl點(diǎn)評(píng)，可用帶限幅的過(guò)零比較器。為了能夠?qū)χ绷髦芷谛盘?hào)的頻率進(jìn)行測(cè)量，需要在放大前加入濾波電路。2） 時(shí)鐘電路、鎖存和清零脈沖晶振采用常見的時(shí)鐘晶振，諧振頻率為32.786hz，用cd4060對(duì)其進(jìn)行分頻，測(cè)得2hz的信號(hào)，再由j-k觸發(fā)器cd4027進(jìn)行2分頻得到需要的1秒的時(shí)鐘信號(hào)。在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿用74hc374鎖存器進(jìn)行鎖存。在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿用，用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器cd4528產(chǎn)生周期為一秒、寬度25微妙的清零脈沖送至cd4518的clr端，是脈沖計(jì)數(shù)器清零后重新開始計(jì)數(shù)。由于芯片的時(shí)間延時(shí)，可以保證在鎖存器進(jìn)行

12、鎖存之后，計(jì)數(shù)器才開始清零操作。各信號(hào)波形如下圖3-4所示。圖3-4信號(hào)波形3）譯碼驅(qū)動(dòng)和led顯示電路由四片bcd碼譯碼驅(qū)動(dòng)芯片cd4543和四個(gè)八段led數(shù)碼管組成。cd4543將74hc374鎖存器輸出的bcd碼進(jìn)行譯碼后驅(qū)動(dòng)led數(shù)碼管顯示。三、簡(jiǎn)易頻率計(jì)原理圖正弦波，三角波和方波發(fā)生器原理圖實(shí)物拍攝圖 波形頻率范圍最大頻率最小頻率幅度方波2k20khz22.32khz15.63khz792mv3.7v2002khz1.52khz1.3khz1.04v3.6v20200hz205.76hz129.53hz1.36v3.8v220hz23.36hz22.73hz1.11v3.3v三角波2

13、k20khz21.93khz19.8khz3.174.36v2002khz1.48khz1.28khz3.134.24v20200hz202.7hz182.93hz3.274.16v220hz22.82hz11.2hz3.723.80v正弦波2k20khz22.32khz15.63khz792mv3.7v2002khz1.52khz1.5khz1.04v3.7v20200hz205.76hz129.53hz1.36v3.7v220hz23.36hz18.34hz1.11v3.4v方波仿真三角波仿真正弦波仿真第四章 心得體會(huì)這次課程設(shè)計(jì)的電路是比較復(fù)雜的。雖然以前在模電、protel課程設(shè)計(jì)中接

14、觸過(guò)一些電子電路，但在初期還是感到無(wú)從下手。 實(shí)驗(yàn)階段可以說(shuō)是這次技術(shù)綜合中最重要的部分，因?yàn)橐郧暗闹皇抢碚摱皇钦嬲膶?shí)體。所以說(shuō)它是最重要的。實(shí)驗(yàn)階段我們遇到的問(wèn)題有：對(duì)軟件不熟悉；對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中信號(hào)的測(cè)量知識(shí)學(xué)習(xí)很少；因?yàn)楦鱾€(gè)模塊是分開做而后又組裝到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合為一個(gè)整體，部分工作能行但是接到一起就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題）。在接到一起后，我們經(jīng)過(guò)多次調(diào)整，終于出現(xiàn)了比較完整的波形，起初，波形有些失真，在幾次努力之后終于出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)波形，而且變換頻率之后依舊可以出現(xiàn)很標(biāo)準(zhǔn)的波形，美中不足的就是幅度有些小，最后和同學(xué)的討論中，終于知道了該怎么解決這個(gè)難題。總體來(lái)說(shuō)，這次收獲還是

15、很大的，學(xué)會(huì)了怎么使用示波器，學(xué)會(huì)了在調(diào)節(jié)過(guò)程中如果出現(xiàn)了問(wèn)題該怎么解決。而且也明白了團(tuán)隊(duì)合作很重要，只有有效的交流，才可以使問(wèn)題得到解決。第五章 課程設(shè)計(jì)涉及的主要儀器設(shè)備及工具電路板兩塊；5v直流穩(wěn)壓電源一臺(tái)；雙蹤示波器一臺(tái)；萬(wàn)用表一塊；烙鐵一個(gè)；鑷子一把；尖嘴鉗一把；序號(hào)名稱型號(hào)及參數(shù)數(shù)量1c11、c211uf22c12 、 c22 、 c320.1uf33c13 、 c23 、c330.01uf34c14 、 c24、 c34、1000pf35c312uf16d 1、 d21n414827dz1、 dz21n473128rw100k(雙聯(lián)、含旋鈕）19rw3100k(3296）110r

16、w1、 rw2 、rw410k(3296）311r6、r77.5k212r8、r205.1k213r96.2k114r10r14、 r 5 、 r1710k715r15、 r16100k216r18、 r19、 r22 、 r231k417rp1510118u1、u2、u3ne5532319排針2*4320排針2*3121排針2*2122led1電源指示發(fā)光二極管123out+、out-、測(cè)量信號(hào)輸入端2只24電源接線端子3位端子（電源接口）1只25測(cè)試針a、b、c、d、426印刷電路板pcb板127r211m1第六章 參考文獻(xiàn)【1】任為民.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.北京.中央廣播電視大學(xué)出版社，2001【2】焦寶文.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南.北京.清華大學(xué)出版社，2002【3】高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京.電子工業(yè)出版社，2002【4】王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)（第二版）.北京.高等教育出版社，2005【5】余孟嘗.數(shù)字電子技