四位数字显示函数信号发生器的设计和制作.docx
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四位数字显示函数信号发生器的设计和制作
《综合电子技术》
课程设计指导书
四位数字显示函数信号发生器
的设计和制作
汤栋王尧编
三江大学
电气工程与自动化学院
二OO七年十二月
、设计目的
在《模拟电子技术》和《数字电子技术》课程学习和实验的基础上，通过《综合电子技术》课程设计，使学生在电子技术基础知识和设计、调试能力方面达到以下要求：
1.进一步加深理解电子线路基本功能单元的工作原理及其电路设计、参数选择方法；
2.学会绘制电路原理图、接线图，学会正确安装、调试并排除常见故障；
3.熟悉示波器、信号发生器、稳压电源及晶体管毫伏表的正确使用，重点要求学会使用示波器观测信号波形、幅值。
二、设计任务
设计一个能输出正弦波、锯齿波、矩形波等信号频率，并能数字显示（四位）频率的多波形函数发生器。
三、技术指标
该波形发生器的主要技术指标如下：
1.可输出正弦波、锯齿波（含三角波）、矩形波（含方波）等波形；
2.输出信号频率范围：
1HZ~9999H并能四位数码显示。
四、系统框图和各功能单元介绍及要求
1.
系统框图：
本设计为一具有四位数字显示频率的函数发生器，其系统框图如下：
图一系统框图
2.各单元电路及要求:
1）电源部分
设计一组土1.2V〜土20V可调直流稳压电源
2）信号源部分正弦波信号源：
输出正弦电压频率fo=1KHZfo=1OKHZM档；
输出正弦电压Vo（有效值）0.5V〜5V可调；输出直流偏移电压范围:
O〜±3V；
矩形波信号源
输出矩形波电压频率：
1KHZ、10KHZ两档；输出矩形波电压幅值:
±5V；输出矩形波电压直流偏移电压范围：
0〜±3V；
锯齿波信号源
锯齿波频率：
1KHZ、10KHZ两档；锯齿波电压幅值：
±4V；可输出正反向锯齿波及三角波；
3）秒信号源：
产生周期为一秒的方波信号，作为测控时基信号。
4）控制单位：
产生一系列顺序脉冲，用作计数，保持，显示和复位控制，使频率计按时序正常工作。
5）偏移放大、整形电路：
将输入正弦波、三角波等被测信号变换为方波脉冲序列，以便测量其频率。
6）计数闸门：
用于产生一秒钟内的被测信号脉冲个数，便于后面电路计数显示。
7）计数、译码、驱动和显示电路：
在控制电路产生的顺序脉冲控制下，周期性地计数和显示被测信号频率。
3.选做部分
1）频率显示时间延长；
2）加秒信号输出功能；
3）溢出指示。
五、设计要求
1．选择各部分电路结构，按上列指示要求，设计计算有关电路各参数，并最终选出元器件；
2．画出各部分电路原理图及接线图，列出各电路元器件的明细表。
（注意电路图中各元器件统一编号）；
3．在原理图上标明各级电路预期的输出波形及测量值，并在接线图上选定测试点；
六、调试要求
1.列出各部分电路调试过程并自拟数据表格和所需测试的有关波形，做详细记录。
2.记录调试过程中出现的故障，经过分析并提出解决的办法。
3.各单元电路调试完毕后，联调观测产生信号波形和频率显示。
八、总结报告
总结报告必须包括以下内容：
1.系统方框图；
2.各部分的电原理图；
3.各部分的接线图，及元器件明细表；
4.各部分的测试记录（数据及波形）；
5.将测试结果与理论值进行比较，指出误差产生的原因；
6.列出测试过程中出现的主要故障及解决办法；
九、设计步骤
1.讲课：
布置设计任务、要求；重点讲解各单元电路工作原理及设计进度。
2.设计电路、计算参数，选择元器件；
3.画原理图；
4.画接线图、列元器件明细表；
5.安装各单元电路；
6.测试各单元电路；分阶段验收；
7.写总结报告；
8.验收、答辩或卷面测试、评分
十、参考电路
（一）正负输出（双路）可调直流稳压电源
-12VO
回nVqvI
LM337
图一正负输出（双路）可调直流稳压电源
调试要点：
按图一电路在面包板上连线，正、负输出端均采用万用表进行测量，通过调节可
变电阻器R°2及Ri°4,观察正、负输出的可调范围。
其中LM317芯片的引脚2与引脚1
之间的电压为1.25V,LM337芯片的引脚3与引脚1之间的电压为一1.25V。
（二）正弦波电压信号源
方案一：
*调试要点:
可变电阻器
按图四电路在面包板上连线，调节可变电阻器RW4,观察V波形；调节
艮12和R°9,观察V05波形；并分析原因。
方案二:
图三正弦波电压信号源（方案二）
调试要点：
按图五电路在面包板上连线，调节可变电阻器RPl,R?
2,Rp3,Rp43观祭Vo
波形；并分析原因
图四方波、三角波信号源
调试要点：
按图六电路在面包板上连线，调节可变电阻器R504,R506,观祭Vo6和V）7的波形；并分析原因。
（四）秒信号发生器方案一：
NE555多谐振器
图五555定时器秒信号产生电路
电路中4011为四二输入与非门，3脚输出方波。
*调试要求：
按图二电路在面包板上正确连线，加电开始观测。
调节是电位器Rp可改变灯闪
的频率，即输出信号频率。
要求LED每秒闪烁一次，即输出秒脉冲时基信号。
输出信号频率可用下述公式计算，
f1.43
（R放R充）C
方案二：
（晶振分频产生，时基信号精度咼）
图六CC4060和CC4027构成秒信号产生电路
CC4027双JK-FF
正弦波变换为矩形波输出，便于后续电路计数测
图七整形电路
*调试要求：
按图四电路在面包板上正确连线，将6脚加入锯齿波或正弦波，观测脚输出波形情况。
（六）频率计数电路
1.控制单元电路：
O+12V
-Li
图九计数/译码/驱动单元
图十上电复位环节
图八控制单元电路
2.计数/译码/驱动单元---CC40110
i+liV
CPu
0
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3.上电复位环节
*调试要求：
1.输入秒信号，测试计数值及进位。
秒信号取自CC4017勺14脚，送到个位CC40110的9脚，此时CC40110的R接地。
2.接好上电复位环节电路，记录信号发生器或其它信号源提供的输入波形，观察计数-显示-复位的循环过程。
（七）频率计数显示总连线图
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附录一：
课程设计论文格式要求
封面（课程、设计题目、姓名、学号、指导教师、系别等）
目录（要求编页码）
一、课题名称
二、主要功能和技术指标
三、系统框图和方案选择
四、主要功能单元电路的设计、安装及调试
1、正弦波发生器
1）主要功能及技术指标
2）参考电路分析、计算
3）设计电路及参数计算
a.正弦波发生电路
b.带直流偏移放大电路
4）、实验、数据与分析
2、矩形波--锯齿波产生电路
1）设计要求
2）基本方波--三角波产生电路
a.工作原理及频率、幅值
b.实验、波形、数据及分析
c.讨论及改进
3）矩形波--三角波--锯齿波产生电路
a.设计要求
b.电路组成及工作原理
c.实验结果及分析
3、秒信号发生器电路
1）方案一：
（555定时器实现）电路，参数计算，实验结果。
2）方案二：
电路，参数计算。
4、整形电路（555定时器实现）
1）设计要求
2）电路、工作原理及参数计算
3）实验结果及分析
5、频率计数显示电路部份
1）框图
2）控制单元--CC4017介绍及应用
a.功能要求
b.电路
c.工作原理
d.实验结果及分析
3）计算，译码，驱动单元一一CC40110介绍及应用
a.引脚图
b.构图
c.功能表
d.上电复位环节
e.实验结果及分析
6、功能扩展
1）显示时间延长
2）溢出指示
3）单次测试
4）其它
五、实验安装及调试中遇到的主要问题及解决方案
六、本次课程设计的收获与建议（体会等）。
CD4017功能简介
CD4017为十个输出端的顺序脉冲发生器。
1~7,9~11共十个引脚为其计数脉冲输出端、8引脚接地、12引脚为进位输出端（每输入10个计数脉冲，就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号可作为下一级的时钟信号）、13和14引脚皆为时钟输入端（若要用上升沿来计数，则信号由14端输入；若要用下降沿来计数，则信号由13端输入）、15引脚为清零端（当在此端上加高电平或正脉冲时，计数脉冲输出端均为低电平），16引脚为电源正端。
其管脚图如下图所示：
CD4017
—上边沿希入瑞-下边浴18入绻-遴楼首姑端
\噸序
\脉冲输岀常
CD4017管脚图
CD4017简单应用
址追水好电毎由时件岌生电疼和功鏡显示电减构邮分纽成.以集成乜越裡555为核心尋件构成自数*谱摊爲名.
窘电44XSM合M,电444电l®R】和R2向电客gcix电.当C】刚尢电•忙dlT555的②斡处十低电平.玫检出端Q韵JL场电平；当电痔经Rl・R2向C1尢电封2/3电养也A时.输出瑞（D腾电牛由為变抵，555內那放电管导通・电容C1婷R2向555的0胸放也・R壘C1为集电兀低『1/3电fttfcA时.555的3料久由低电牛芟为岛电牛.C1又再次尢匕力此滋味丄作.彫成牀％•555的«#幻対片播菽即弓第钊
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