電工電子課程設計金老師修改版

1、題目：三角波發(fā)生器的設計班級：08工商管理（1）班學號： 200810410127 姓名： 李秀蘭 指導： 金老師 時間：2010.6.7景德鎮(zhèn)陶瓷學院三角波發(fā)生器（可顯示頻率）課程設計任務書姓名：李秀蘭 班級 ：08工商管理（一）班 指導老師：金老師設計課題：三角波發(fā)生器（可顯示頻率）的設計設計任務與要求設計一個三角波發(fā)生器，基本要求如下：1、輸入為交流電；2、輸出波形工作頻率范圍0.02Hz20kH連續(xù)可調；3、三角波峰-峰值20V。4、輸出波形幅值連續(xù)可調；5、輸出波形的頻率可用數碼管顯示屏直觀顯示；設計步驟1、 查閱相關資料，開始撰寫設計說明書；2、 先給出總體方案并對工作原理進行大致

2、的說明；3、 依次對各部分分別給出單元電路，并進行相應的原理、參數分析計算、功能以及與其他部分電路的關系等等說明；4、 列出標準的元件清單；5、 總體電路的繪制及總體電路原理相關說明；6、列出設計中所涉及的所有參考文獻資料。參考文獻參考文獻：1、 模擬電子數字基礎 清華大學電子學教研組編 高等教育出版社2、 數字電子數字基礎 清華大學電子學教研組編 高等教育出版社3、 電工電子實踐 王港元主編 江西科技技術出版社4、 電子測量技術 李希文、趙健 主編 西安電子科技大學出版社5、 電路 JAmes W.Nilsson Susan A.Riedel編 電子工業(yè)出版社目錄1、 總體方案與原理說明.

3、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.1 設計作品與要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.2 設計方法結構. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12、 系統方案設計. . . . . .

4、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 3、 系統單元電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33.1 電源電路模塊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33.2 三角波發(fā)生電路模塊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .33.3 精準時基T電路模塊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .43.4 計數電路模塊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63.5 譯碼/驅動/顯示電路模塊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6、 . . . . . . . . . . . . . . . .64、 總體電路原理相關說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .85、 總體電路原理圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .96、 元件清單. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10 參考文獻. . . . . . . . .

7、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11設計心得體會. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121、總體方案與原理說明引言隨著信息時代的到來，電子技術在社會生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，運用模電和數電知識設計的電子產品成為社會生活不可缺少的一部分。在研制、生產、測試和維修各種電子元件、部件以及整機設備時，都學要有信號源，由它產生不同頻率不同波形的電壓、電流信號并加到被測器件或設備上，用其他儀器觀察

8、、測量被測儀器的輸出響應，以分析確定它們的性能參數。信號發(fā)生器是電子測量領域中最基本、應用最廣泛的一類電子儀器。 1.1 設計作品與要求 本課程設計是模擬電路、數字電路的綜合設計，要求實現其功能，并能設計出合理的電路要求簡單，性價比高等特點。此設計的三角波發(fā)生器輸入為交流電，輸出波形工作頻率范圍0.02Hz20kH連續(xù)可調，三角波峰-峰值20V，輸出波形幅值連續(xù)可調。該函數發(fā)生器要求能輸出頻率范圍可調的三角波，能夠很好的實現本次試驗的目的，將一些線性和非線性的元件與集成運放組合，輸出性能良好的波形。 由方波或三角波的發(fā)生器產生相應的信號，通過數字測頻電路實現數字頻率顯示。 通過調節(jié)RC振蕩電路

9、中的振蕩電阻來實現頻率可調。通過調節(jié)比例運算電路的反饋電阻來實現幅度可調，最終做成要求的可調頻、調幅函數發(fā)生器。1.2 設計方法結構此三角波函數發(fā)生器的設計采用模塊化結構，主要由以下3個組成，即三角波發(fā)生模塊、控制模塊、測頻顯示模塊。在設計此三角波函數發(fā)生器時，采用模塊化的設計思想，使設計起來更加簡單、方便、快捷。此電路設計是以三角波產生，整形，精準時基T電路，計數，譯碼顯示為主要功能，在此結構的基礎上，構造主體電路和輔助電路兩個部分。此電路穩(wěn)定性高，并電路清晰，容易管理作。2、系統方案設計 本系統要求電路能產生可調頻調幅的三角波，并對其頻率測量顯示。首先則對每個電路的設計，基本的電源設計避免

10、不了的，另外實現功能則要三角波產生電路，然而對其頻率測量顯示，也需要精準的時基電路、計數、譯碼顯示等幾個基本部分構成。通過設計，畫出總體設計電路方框圖，如圖1所示。輸出穩(wěn)定電壓+5、+15、-15穩(wěn)壓電路整流濾波市電/降壓輸出三角波發(fā)生電路手動調頻調幅整形主門與門計數4位顯示器譯碼器精準時基T電路 圖1 電路方框圖 上述精準時基電路的設計方框圖如圖2所示：晶振32768Hz門控(雙穩(wěn))檔位選擇分頻整形圖2 時基電路 在測頻電路中對采樣時間的精度要求較高，故電路中采用晶體振蕩器來做，這樣比如NE555的時間精度要高，電路的測量精度也較高。電路先產生32768HZ的時鐘，在經分頻電路分頻為要求的頻

11、率檔位。此設計分為三檔，即100ms、1s、100s。3、系統單元電路系統硬件電路有點邏輯性強，但分模塊實現還是比較簡單。其主要由電源電路模塊、三角波發(fā)生模塊、精準時基T電路模塊、計數模塊、譯碼/驅動/顯示電路模塊、總體控制邏輯模塊等組成。下面對其主要模塊進行簡要介紹。 3.1、電源電路： 系統需要正+15V、-15V給三角波發(fā)生電路供電和+5V給測頻電路供電，本模塊采用變壓器T1進行降壓（220v18v），經D5矯式整流，C2、C8、濾波后，經穩(wěn)壓IC 得到正負15V電壓，C3、C6和C5、C7、再一次濾波后輸出。其中C5、C7小電容用于除去電網中的高頻干擾。再通過一個穩(wěn)壓IC把+15V穩(wěn)壓

12、到+5V，經C4濾波輸出穩(wěn)定的5V電壓。而圖中還可以加F1是保險管，S1電源工作開關，用于控制電路的工作狀態(tài)，此電路沒有畫出。電路原理圖如圖3所示：圖3 電源電路3.2、三角波發(fā)生電路: 如圖4所示為可調幅調頻的穩(wěn)定方波和三角波發(fā)生電路。該電路的特點是：方波和三角波的頻率幾乎相等，正、負向振幅對稱；三角波的正、負斜率不受振幅變化的影響，而且正、負斜率可以分別調節(jié)。此外，調節(jié)基線電平時不會改變輸出波形。運算放大器U5為積分器，它由運放U6的輸出方波驅動。方波的振幅由兩個齊納二極管D1、D2固定在±5V。電位器R7調節(jié)三角波的正斜率，R6調節(jié)三角波的負斜率，則R6和R7共同決定了輸出波形

13、 的頻率。R5調節(jié)三角波的振幅。如果只需要相同的正、負斜率，則D3、D4和R6可以省掉。運算放大器U6為比較器。參考電壓由電位器R2調節(jié)，R2決定輸出的基線電平，但是不會影響振幅和斜率。最高工作頻率由運算放大器的轉換速率、最大輸出電流以及二極管的開關速度決定。三角波振幅：方波振幅：Vo2=±5V(由二極管D1、D2決定) 圖4 三角波發(fā)生電路3.3、精準時基T電路 由于此模塊電路時用于測量產生的頻率，而測量頻率中要求一個很精準的采樣時間，則要求有精準的時基電路。而系統要求能顯示0.02HZ20KHZ，由于跨越比較大，然而就要就有幾段不同的采樣時間。電路中先得到一個100ms的時段，在

14、經過10分頻電路得到1S的檔位，再經過10分頻而得到100S的檔位。電路中采用了12位二進制串行計數/分頻器CD4040，和74LS160十進制計數器進行分頻。3.3.1 精準時鐘電路設計 本電路主要用作數字鐘的時鐘振蕩源，時基輸出頻率為60HZ，使用于LED數字鐘集成電路。 工作原理：如圖5所示電路是由12位二進制計數/分頻芯片CD4040和六方向器CD4069等構成的數字鐘時基電路。電路中，CD4069的門C和門E構成振蕩頻率為32768HZ的晶體振蕩器。其輸出經門F整形送入CD4040的時鐘CP輸入腳。CD4040的輸出端由二極管D6D8置成分頻系數為，經分頻后在輸出端Q9上便可輸出一個

15、60HZ的時鐘信號供給數字鐘集成電路。本電路中，12位二進制串行計數器1分頻器集成電路CD4040的輸出端只用了Q2、Q6、Q8、Q9，其它輸出端可懸空。圖5 時鐘電路3.3.2 分頻電路 系統中要求用四位數碼管顯示0.02HZ-20KHZ的頻率，故要把采樣時基分為三檔，分別為100MS、1S、100S。此電路中采用74LS160同步十進制計數器，對60HZ的頻率進行分頻，要得到100MS的頻率，就要對60HZ時鐘進行6分頻，再進行10分頻得到1S，然后10分頻成100S。電路如圖6所示：圖6 分頻電路 3.4、計數模塊 計數電路采用4個74LS160是同步十進制加法計數器級聯，使能計數范圍是

16、09999，來與4位數碼管顯示相協調。電路如下圖7所示：圖7 計數電路3.5、譯碼/驅動/顯示電路模塊3.5.1 CD4511集成芯片的簡介CD4511是一塊含BCD-七段鎖存/譯碼/驅動/消隱電路于一體的集成電路，CC4511 是BCD7 段所存譯碼驅動器，在同一單片結構上由COS/MOS 邏輯器件和npn 雙極型晶體管構成。這些器件的組合，使CC4511 具有低靜態(tài)耗散和高抗干擾及源電流高達25mA，由此可直接驅動LED 及其它器件。LT 、BI 、LE 輸入端分別檢測顯示、亮度調節(jié)、存儲或選通一BCD 碼等功能。當使用外部多路轉換電路時，可多路轉換和顯示幾種不同的信號。CC4511 提供

17、了16 引線多層陶瓷雙列直插（D）、熔封陶瓷雙列直插（J）、塑料雙列直插（P）和陶瓷片狀載體（C）4 種封裝形式。其引腳見圖8所示。圖8 CD4511引腳圖3.5.2 顯示電路 顯示時通過4511譯碼/驅動數碼管顯示的，電路圖如圖9.圖9 顯示電路圖中電阻R2-R8是限流電阻，計算方法是5/10MA=500.而REST是復位端高電平正常顯示。A、B、C、D端是計數器計數輸出的BCD碼，在由CD4511譯碼、驅動、顯示。4、 總體電路原理相關說明 總體電路是要保證整個電路中的各個功能模塊能正常協調運行。 在三角波發(fā)生電路中可以通過調整R5來調整輸出波形的幅度，而調整R6、R7則調整輸出波形的頻率

18、和上升與下降的斜率。在對輸出波形的頻率進行測量顯示過程中，要就在單位時間內計數的脈沖個數即為其輸出地頻率。則要使精準的時基電路的時鐘來控制計數器對輸入信號的計數，用到與門對輸入信號和控制信號協調控制，電路如圖10所示：圖10 控制部分5、總電路原理圖6、電子元件清單類型商品名稱數量（個）齊納二極管5V2小型共陰極數碼管BS201或BS202共陰高亮紅色數碼管4鋁電解電容鋁電解電容50V220uF2鋁電解電容50V10uF3鋁電解電容16V470uF4瓷片電容瓷片電容0.011瓷片電容0.1uF(104)50V3電位器WH06-2電位器50K1電阻WH06-2電位器2M21/4W25K偽金膜電阻

19、21/4W20K偽金膜電阻11/4W470偽金膜電阻401/4W100k偽金膜電阻51/4W1k偽金膜電阻21/4W10K偽金膜電阻5二極管1N4007(直插)4IN41488集成芯片74LS08174LS1606LM7805/LM7815/LM7915各1CD40401CD40691CD45111OP072CD40111電源線1晶振32768Hz1變壓器220V/18V的變壓器1參考文獻：1. 王港元 · 電工電子實踐指導 · 江西科技技術出版社，20072. 卿太全、李蕭 · 常用數字集成電路原理與應用 · 人民郵電出版社，20063. 康華光 &#

20、183; 電子技術基礎 · 北京：高等教育出版社， 20024. 清華大學電子學教研組編 . 模擬電子數字基礎 . 第四版 . 高等教育出版社5. 李希文、趙健 主編 . 電子測量技術 . 西安電子科技大學出版社李錦萍主編.電子線路（提高版模擬電路與脈沖數字電路）.北京：電子工業(yè)出版社，2001.66. 王遠主編.模擬電子技術.北京：機械工業(yè)出版社，19947. 蔡惟錚主編.基礎電子技術.北京：高等教育出版社，20048. 王玉鳳，劉湘黔主編.電子設計從零開始.北京：清華大學出版社，2005.10課程設計總結 通過這次對三角波發(fā)生器的設計，讓我了解了設計電路的程序。經過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如力而行，對于這些電路還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解。設計一個很完整的電路，所要