電工電子課程設(shè)計金老師修改版

1、題目：三角波發(fā)生器的設(shè)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(shè)計任務(wù)書姓名：李秀蘭 班級 ：08工商管理（一）班 指導老師：金老師設(shè)計課題：三角波發(fā)生器（可顯示頻率）的設(shè)計設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)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(diào)；3、三角波峰-峰值20V。4、輸出波形幅值連續(xù)可調(diào)；5、輸出波形的頻率可用數(shù)碼管顯示屏直觀顯示；設(shè)計步驟1、 查閱相關(guān)資料，開始撰寫設(shè)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(shù)分析計算、功能以及與其他部分電路的關(guān)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(guān)說明；6、列出設(shè)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(shù)字基礎(chǔ) 清華大學電子學教研組編 高等教育出版社2、 數(shù)字電子數(shù)字基礎(chǔ) 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(shù)出版社4、 電子測量技術(shù) 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(shè)計作品與要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11.2 設(shè)計方法結(jié)構(gòu). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12、 系統(tǒng)方案設(shè)計. . . . . .

4、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2 3、 系統(tǒng)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(shù)電路模塊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .63.5 譯碼/驅(qū)動/顯示電路模塊. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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

7、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11設(shè)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(shù)在社會生活中發(fā)揮著越來越重要的作用，運用模電和數(shù)電知識設(shè)計的電子產(chǎn)品成為社會生活不可缺少的一部分。在研制、生產(chǎn)、測試和維修各種電子元件、部件以及整機設(shè)備時，都學要有信號源，由它產(chǎn)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(shè)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(shù)。信號發(fā)生器是電子測量領(lǐng)域中最基本、應用最廣泛的一類電子儀器。 1.1 設(shè)計作品與要求 本課程設(shè)計是模擬電路、數(shù)字電路的綜合設(shè)計，要求實現(xiàn)其功能，并能設(shè)計出合理的電路要求簡單，性價比高等特點。此設(shè)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(diào)，三角波峰-峰值20V，輸出波形幅值連續(xù)可調(diào)。該函數(shù)發(fā)生器要求能輸出頻率范圍可調(diào)的三角波，能夠很好的實現(xiàn)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(chǎn)生相應的信號，通過數(shù)字測頻電路實現(xiàn)數(shù)字頻率顯示。 通過調(diào)節(jié)RC振蕩電路

9、中的振蕩電阻來實現(xiàn)頻率可調(diào)。通過調(diào)節(jié)比例運算電路的反饋電阻來實現(xiàn)幅度可調(diào)，最終做成要求的可調(diào)頻、調(diào)幅函數(shù)發(fā)生器。1.2 設(shè)計方法結(jié)構(gòu)此三角波函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計采用模塊化結(jié)構(gòu)，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(shè)計此三角波函數(shù)發(fā)生器時，采用模塊化的設(shè)計思想，使設(shè)計起來更加簡單、方便、快捷。此電路設(shè)計是以三角波產(chǎn)生，整形，精準時基T電路，計數(shù)，譯碼顯示為主要功能，在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，構(gòu)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(tǒng)方案設(shè)計 本系統(tǒng)要求電路能產(chǎn)生可調(diào)頻調(diào)幅的三角波，并對其頻率測量顯示。首先則對每個電路的設(shè)計，基本的電源設(shè)計避免

10、不了的，另外實現(xiàn)功能則要三角波產(chǎn)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(shù)、譯碼顯示等幾個基本部分構(gòu)成。通過設(shè)計，畫出總體設(shè)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(diào)頻調(diào)幅整形主門與門計數(shù)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(shè)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(chǎn)生32768HZ的時鐘，在經(jīng)分頻電路分頻為要求的頻

11、率檔位。此設(shè)計分為三檔，即100ms、1s、100s。3、系統(tǒng)單元電路系統(tǒng)硬件電路有點邏輯性強，但分模塊實現(xiàn)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(shù)模塊、譯碼/驅(qū)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(tǒng)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(jīng)D5矯式整流，C2、C8、濾波后，經(jīng)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(wǎng)中的高頻干擾。再通過一個穩(wěn)壓IC把+15V穩(wěn)壓

12、到+5V，經(jīng)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(guān)，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(diào)幅調(diào)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(diào)節(jié)。此外，調(diào)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(qū)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(diào)節(jié)三角波的正斜率，R6調(diào)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(diào)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(diào)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(zhuǎn)換速率、最大輸出電流以及二極管的開關(guān)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(chǎn)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(tǒng)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(jīng)過10分頻電路得到1S的檔位，再經(jīng)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(shù)/分頻器CD4040，和74LS160十進制計數(shù)器進行分頻。3.3.1 精準時鐘電路設(shè)計 本電路主要用作數(shù)字鐘的時鐘振蕩源，時基輸出頻率為60HZ，使用于LED數(shù)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(shù)/分頻芯片CD4040和六方向器CD4069等構(gòu)成的數(shù)字鐘時基電路。電路中，CD4069的門C和門E構(gòu)成振蕩頻率為32768HZ的晶體振蕩器。其輸出經(jīng)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(shù)為，經(jīng)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(shù)字鐘集成電路。本電路中，12位二進制串行計數(shù)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(tǒng)中要求用四位數(shù)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(shù)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(shù)模塊 計數(shù)電路采用4個74LS160是同步十進制加法計數(shù)器級聯(lián)，使能計數(shù)范圍是

16、09999，來與4位數(shù)碼管顯示相協(xié)調(diào)。電路如下圖7所示：圖7 計數(shù)電路3.5、譯碼/驅(qū)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(qū)動/消隱電路于一體的集成電路，CC4511 是BCD7 段所存譯碼驅(qū)動器，在同一單片結(jié)構(gòu)上由COS/MOS 邏輯器件和npn 雙極型晶體管構(gòu)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(qū)動LED 及其它器件。LT 、BI 、LE 輸入端分別檢測顯示、亮度調(diào)節(jié)、存儲或選通一BCD 碼等功能。當使用外部多路轉(zhuǎn)換電路時，可多路轉(zhuǎn)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(qū)動數(shù)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(shù)器計數(shù)輸出的BCD碼，在由CD4511譯碼、驅(qū)動、顯示。4、 總體電路原理相關(guān)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(xié)調(diào)運行。 在三角波發(fā)生電路中可以通過調(diào)整R5來調(diào)整輸出波形的幅度，而調(diào)整R6、R7則調(diào)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(nèi)計數(shù)的脈沖個數(shù)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(shù)器對輸入信號的計數(shù)，用到與門對輸入信號和控制信號協(xié)調(diào)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(shù)量（個）齊納二極管5V2小型共陰極數(shù)碼管BS201或BS202共陰高亮紅色數(shù)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(shù)出版社，20072. 卿太全、李蕭 · 常用數(shù)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(shù)基礎(chǔ) · 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(shù)字基礎(chǔ) . 第四版 . 高等教育出版社5. 李希文、趙健 主編 . 電子測量技術(shù) . 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(shù)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(shù).北京：機械工業(yè)出版社，19947. 蔡惟錚主編.基礎(chǔ)電子技術(shù).北京：高等教育出版社，20048. 王玉鳳，劉湘黔主編.電子設(shè)計從零開始.北京：清華大學出版社，2005.10課程設(shè)計總結(jié) 通過這次對三角波發(fā)生器的設(shè)計，讓我了解了設(shè)計電路的程序。經(jīng)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(shè)計一個很完整的電路，所要