简易信号发生器和简易频率计.docx

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简易信号发生器和简易频率计

中原工学院

电子技术综合课程设计任务书

姓名

学号

学院

电子信息学院

班级

题目

简易信号发生器和简易频率计

设计任务

1、基本部分

1）、正弦波,三角波和方波的调试；

2）、简易频率计的设计和调试；

时间进度

总体时间为1周；星期一上午：

讲解；星期二：

理解电路原理；星期三上午发放元器件和工具；星期三下午焊接电路板星期五上午：

验收电路；星期六之前：

上交课程设计报告；

主要参考文献

【1】任为民.电子技术课程设计指导书.北京.中央广播电视大学出版社，2001

【2】焦宝文.电子技术基础课程设计指南.北京.清华大学出版社，2002

【3】高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.北京.电子工业出版社，2002

第一张概述………………………………………………3

第二章课程设计基本步骤和方法………………………4

第三章设计题目及内容…………………………………6

第四章心得体会…………………………………………16

第五章主要设备及清单…………………………………17

第六章参考文献…………………………………………19

第七章附录………………………………………………20

概述

电子技术综合是高校电子类专业的重要技术课程，是继开设的“电子线路”、“数字电子技术”、“模拟电子技术”和“EDA”后的一门独立的课程，是加强学生专业实践，培养学生运用理论知识解决实践问题、训练科学实验能力和创新能力的主要环节。

在教师的指导下，学生通过综合运用所学知识，结合电子技术方面某一专题独立的开展电路的设计、安装与实验。

其基本任务一方面是巩固模拟电子技术、数字电子技术课程及前期基础性试验的学习成果，两一方面是培养和训练学生的科学作风及其在电子技术方面的实践技能，提高学生综合运用电子技术知识解决实际问题的能力。

该课程是时间性非常强的课程，强调学生对电子技术的应用，运用所学的知识来解决实际的问题，学生通过熟悉设计任务、查找资料、设计电路、计算机仿真、安装调试和总结书写设计报告环节，学会自己分析、找出解决问题的方法；对设计中遇到的问题，能独立思考，查阅资料，寻找答案；掌握一些测试电路的基本方法，实践中出现一般故障，能通过“分析、观察、判断、实验、在判断”的基本方法独立解决；初步掌握电子工程设计的思路和方法，学习电子产品生产工艺的基本知识和基本操作技能，为将来能在工作岗位上灵活运用所学的知识以及学习接受新的电子技术知识打下良好的基础。

第二章课程设计基本步骤和方法

1.方案设计

根据设计任务书给定的技术指标和条件，初步设计出完整的电路（预设计）。

主要任务是准备好实验文件，其中包括：

划出方框图；画出构成框图的个单元的逻辑电路图；画出整体逻辑图；提出元器件清单；画出连接图。

要完成这一阶段的任务，需要设计者进行反复思考，大量参阅文献和资料，将各种方案进行比较及可行性论证，然后才能将方案确定下来。

具体步骤是：

A明确带设计系统的总体方案；

B把系统方案划分为若干相对独立的单元，把每个单元的功能再由若干个标准器件来实现，划分为单元的数目不宜太多，但也不能太少。

C设计并实施各个单元电路。

D把单元电路组成带设计系统。

衡量一个电路设计的好坏，主要是看是否达到了技术指标及能否长期可靠的工作。

此外还应考虑经济适用、容易操作、维修方便，为了设计出比较合理的电路，设计者出路要具备丰富的经验和较强的想象力之外，还应该尽可能多的熟悉各种典型电路的功能，只要将所学过的知识融会贯通，反复思考，周密设计，一个好的电路方案是不难得到的。

2.方案实验

对所选定的设计方案进行安装调试。

3.工艺设计

完成制作试验样机所必须的文件资料，包括整机结构设计及印制电路板设计等。

4.样机制作及调试

包括组装、焊接、调试等。

5.总结鉴定

考核样机是否全面达到规定的技术指标，能否长期可靠的工作，同时写出设计总结报告。

第三章设计题目及内容

3.1简易信号发生器和简易频率计

3.1.1设计任务书

一、设计目的

1.掌握正弦波、方波及三角波信号发生器的设计、组装与调试方法；

2.掌握数字频率计的设计与调试方法；

二、设计任务及要求

1.设计一个正弦波、方波和三角波发生器

（1）频率可调范围：

2HZ--20HZ、20HZ--200HZ、200HZ--2KHZ、2KHZ--20KHZ；

（2）幅度可调范围：

0--5V；

（3）直流偏置可调。

2.设计一个简易数字频率计

（1）测量频率范围：

1--100KHZ，显示单位为HZ;

（2）输入电压幅度Vpp:

100MV--10V；

（3）输入测量误差：

≤5‰;

（4）输入信号波形：

任一周期信号

（5）显示方式：

六位十进制数显示。

三、成果要求

1.设计报告一份；

2.原理图和PCB图；

3.器件清单；

4.电路实体和仿真。

3.1.2基本原理

一、简易信号发生器

运用集成运算放大器为主要器件，设计一个正弦波、三角波和方波产生电路，具有输出幅度调节、直流偏置调节和频率调节的功能；实现此功能的原理框图如图3-1所示。

图3-1信号发生器原理框图

1.正弦波振荡电路

由RC桥式正弦波振荡电路产生正弦波,正弦波的频率可通过R和C来调节。

要求设计的电路频率为四个两成，可通过改变电容值来进行量程的切换，但所选择的最大电容不应超过几个微法。

RC桥式振荡电路为了实现频率的微调功能，可将R选择为符合要求的电位器。

当量程确定之后，通过调节电位器便可实现频率的微调。

为了保护电路，电位器通常要和一个小电阻串联。

为了使RC桥式正弦波振荡电路产生对称的正弦波，应选用双电源供电

的运算放大器。

2.调偏电路

通常RC桥式正弦波振荡电路产生的正弦波的偏移不会很大，但是经过

逐级放大、器件本身的离散型以及高频时电容充放电的影响，输出的三角波会产生严重偏移，所以需要在电路中设置直流偏置电路，来调节偏移。

偏执电路可由运算放大器组成的加法运算电路来实现，即实现正弦波和可调直流电压的叠加。

这样不仅可以调节正弦波直流偏置，还可以调节后面电路产生的方波以及三角波的偏执。

为了避免调偏电路产生的正弦波产生失真，通常调偏电路的放大倍数应小于1。

3.方波发生器

方波发生器可由运算放大器组成的过零比较器来实现。

4.三角波发生器

有运算放大器组成的积分电路可实现方波到三角波的转换。

方波、三角波的频率与正弦波相同，均由RC正弦波振荡电路来调节。

在积分电路中，积分时间常数与信号的频率应匹配，否则会导致输出三角波失真。

信号的频率分为四个量程，因此积分电路中也应对应四个电容值，通过调节电容获得较好的三角波。

如图3-2（a）所示，积分时间常数过小，电容充放电速度过快，很快进入运放饱和区，产生失真。

如图3-2（b）所示，如果积分时间常数过大，电容的充放电会过慢，则输出的三角波的电压数值就会过小。

图3-2（a）积分时间常数过小图3-2（b）积分时间常数过大

二、简易频率计

1.数字频率计的基本原理

频率是单位时间（1S）内信号发生周期变化的次数。

如果能再给定的1S时间内对信号波形计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。

数字频率计首先必须获得相对稳定与准确的时基信号，同时将被测信号转换成幅度与波形均能被数字电路识别的脉冲信号，然后通过计数器计算这一段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。

数字频率计的框图如图3-3所示。

图3-3频率计原理框图

数字频率计由放大整形电路、脉冲计数器、数据锁存电路、译码驱动、LED显示电路、时钟电路和产生清零脉冲的单稳态电路组成。

2.框图中各部分的实现方法及功能

1）放大整形电路

有双运算放大器NE5532组成，采用±5V电源。

其中一个运算放大器对输入信号进行放大，另一个运算放大器接成过零电压比较器，对放大后的信号进行整形，产生±5V的脉冲信号，为了得到0—5V的TTL点评，可用带限幅的过零比较器。

为了能够对直流周期信号的频率进行测量，需要在

放大前加入滤波电路。

2）时钟电路、锁存和清零脉冲

晶振采用常见的时钟晶振，谐振频率为32.786HZ，用CD4060对其进行分频，测得2HZ的信号，再由J-K触发器CD4027进行2分频得到需要的1秒的时钟信号。

在时钟信号的上升沿用74HC374锁存器进行锁存。

在时钟信号的上升沿用，用单稳态触发器CD4528产生周期为一秒、宽度25微妙的清零脉冲送至CD4518的CLR端，是脉冲计数器清零后重新开始计数。

由于芯片的时间延时，可以保证在锁存器进行锁存之后，计数器才开始清零操作。

各信号波形如下图3-4所示。

图3-4信号波形

3）译码驱动和LED显示电路

由四片BCD码译码驱动芯片CD4543和四个八段LED数码管组成。

CD4543将74HC374锁存器输出的BCD码进行译码后驱动LED数码管显示。

三、简易频率计原理图

正弦波，三角波和方波发生器原理图

实物拍摄图

波形

频率范围

最大频率

最小频率

幅度

方

波

2K—20KHZ

22.32KHz

15.63KHz

792mv~3.7v

200—2KHZ

1.52KHz

1.3KHz

1.04v~3.6v

20—200HZ

205.76Hz

129.53Hz

1.36v~3.8v

2—20HZ

23.36Hz

22.73Hz

1.11v~3.3v

三

角

波

2K—20KHZ

21.93KHz

19.8KHz

3.17~4.36v

200—2KHZ

1.48KHz

1.28KHz

3.13~4.24v

20—200HZ

202.7Hz

182.93Hz

3.27~4.16v

2—20HZ

22.82Hz

11.2Hz

3.72~3.80v

正

弦

波

2K—20KHZ

22.32KHZ

15.63KHZ

792mv~3.7v

200—2KHZ

1.52KHz

1.5KHz

1.04v~3.7v

20—200HZ

205.76Hz

129.53Hz

1.36v~3.7v

2—20HZ

23.36Hz

18.34Hz

1.11v~3.4v

方波仿真

三角波仿真

正弦波仿真

第四章心得体会

这次课程设计的电路是比较复杂的。

虽然以前在模电、Protel课程设计中接触过一些电子电路，但在初期还是感到无从下手。

实验阶段可以说是这次技术综合中最重要的部分，因为以前的只是理论而不是真正的实体。

所以说它是最重要的。

实验阶段我们遇到的问题有：

对软件不熟悉；对实验过程中信号的测量知识学习很少；因为各个模块是分开做而后又组装到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合为一个整体，部分工作能行但是接到一起就会出现问题）。

在接到一起后，我们经过多次调整，终于出现了比较完整的波形，起初，波形有些失真，在几次努力之后终于出现了标准波形，而且变换频率之后依旧可以出现很标准的波形，美中不足的就是幅度有些小，最后和同学的讨论中，终于知道了该怎么解决这个难题。

总体来说，这次收获还是很大的，学会了怎么使用示波器，学会了在调节过程中如果出现了问题该怎么解决。

而且也明白了团队合作很重要，只有有效的交流，才可以使问题得到解决。

第五章课程设计涉及的主要仪器设备及工具

电路板两块；

±5V直流稳压电源一台；

双踪示波器一台；

万用表一块；

烙铁一个；

镊子一把；

尖嘴钳一把；

序号

名称

型号及参数

数量

1

C11、C21

1UF

2

2

C12、C22、C32

0.1UF

3

3

C13、C23、C33

0.01UF

3

4

C14、C24、C34、

1000PF

3

5

C31

2UF

1

6

D1、D2

1N4148

2

7

DZ1、DZ2

1N4731

2

8

RW

100K（双联、含旋钮）

1

9

RW3

100K（3296）

1

10

RW1、RW2、RW4

10K（3296）

3

11

R6、R7

7.5K

2

12

R8、R20

5.1K

2

13

R9

6.2K

1

14

R10~R14、R5、R17

10K

7

15

R15、R16

100K

2

16

R18、R19、R22、R23

1K

4

17

RP1

510

1

18

U1、U2、U3

NE5532

3

19

排针

2*4

3

20

排针

2*3

1

21

排针

2*2

1

22

LED1电源指示

发光二极管

1

23

OUT+、OUT-、

测量信号输入端

2只

24

电源接线端子

3位端子（电源接口）

1只

25

测试针

A、B、C、D、

4

26

印刷电路板

PCB板

1

27

R21

1M

1

第六章参考文献

【1】任为民.电子技术课程设计指导书.北京.中央广播电视大学出版社，2001

【2】焦宝文.电子技术基础课程设计指南.北京.清华大学出版社，2002

【3】高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.北京.电子工业出版社，2002

【4】王毓银.数字电路逻辑设计（第二版）.北京.高等教育出版社，2005

【5】余孟尝.数字电子技术简明教程.北京.高等教育出版社，2003

【6】康华光.电子技术基础（数字部分）.北京.高等教育出版社，2001

【7】阎石.数字电子技术基础.北京.高等教育出版社，2004

【8】王楚.数字逻辑电路.北京.高等教育出版社，1999

【9】欧阳星明.数字逻辑（第二版）.湖北.华中科技大学出版社，2005

【10】王永军.数字逻辑与数字系统（第三版）.北京.电子工业出版社，2005

附录

常用逻辑器件引脚排列示意图：

逻辑器件CC4060

逻辑器件CC4518

逻辑器件CD4528

逻辑器件74HC374

逻辑器件CD4543