示波器功能扩展电路的设计与实现.docx
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示波器功能扩展电路的设计与实现
电子电路综合实验
实验报告
实验名称：
示波器功能扩展电路的设计与实现
学院：
信息与通信工程学院
班级：
姓名：
学号：
班内序号：
[课题名称]
示波器功能扩展电路的设计与实现
[摘要]
设计一个将普通双踪示波器改装成为多踪示波器的电路，包括多踪示波器的时钟电路、位移电路、衰减和放大电路，实现用示波器一路探头输入稳定显示四路被测信号波形。
向连接好的电路输入四路不同的信号，可同时将其互不重叠地显示出来，并可以通过改变波段开关的闭合状态来实现对输出信号波形幅值的改变。
[关键词]
示波器、多踪显示、时钟电路、多路模拟开关、加法器
[设计任务要求]
设计一个将普通双踪示波器改装成为多踪示波器的电路，包括多踪示波器的时钟电路、位移电路、衰减和放大电路。
输入信号幅度为0-10V，频率不低于500Hz，系统电源DC为±5V。
[设计思路]
1、利用LMC555时基振荡器作为时钟电路，产生35kHz的方波作为十六进制计数器74LS169的时钟信号。
2、74LS169可以通过四位二进制输出来计时钟沿的个数，利用其两位输出Qa、Qb作为多路模拟开关CD4052的地址。
3、CD4052为双回路模拟开关芯片，一路为直流通道，另一路为信号通道。
其中直流通道是由2K、1K、1K、1K组成的电阻分压网络，分别取出3V、2V、1V、0V的直流电压作为信号所要显示波形的直流分量，使其在示波器的不同位置上显示出来。
另一路信号通道的输入则接被显示的信号，通过地址信号Qa、Qb对两回路信号同步地进行选通。
4、被测信号经CD4052的信号选通后由LF353双运放之一进行放大或衰减处理，信号通过改变反馈电阻10K、10K、40K、60K、60K对其进行放大或衰减。
可以用四路波段开关分别选择不同的反馈电阻，实现不同增益的控制。
另一个运放则组成一个加法器电路，将放大或衰减后的被测信号与不同的直流量叠加，以显示在示波器荧光屏不同的位置。
这样，便实现了用一个通道看四路波形的功能。
[总体结构框图]
[分块电路和总体电路的设计]
1、时钟信号产生电路
2、地址信号产生电路
3、模拟开关电路
4、放大电路
5、总电路图
6、PCB板图
[所实现功能]
（一）分块电路功能说明
1、LMC555构成多谐振荡器。
用示波器观察LMC555的3号管脚输出，可观察到方波。
通过调节电位器，可改变波形的占空比和频率（占空比D=（R1+R2）/（R1+2R2），振荡频率f=1.443/（R1+2R2）C）。
调节方波占空比为50%，频率约为35KHz。
2、74F169为计数器。
用示波器观察74F169的13、14号管脚输出，可观察到方波，其频率分别为LMC555时基信号的四分频、二分频。
3、CD4052作为多路模拟开关，能够将直流信号与交流信号叠加。
当没有交流信号输入时，用示波器观察CD4052的13号管脚输出，可观察到阶数为4的阶梯波信号，其值分别为0V、-1V、-2V、-3V。
4、LF353为双运算放大器。
在没有交流信号输入时，用示波器观察LF353的7号管脚输出，也可观察到阶数为4的阶梯波信号，其值分别为0V、1V、2V、3V，频率为LMC555时基信号的四分频。
5、实物电路图：
（二）总体电路功能说明
当Vi1、Vi2、Vi3、Vi4四个端口接入四路相同的正弦波（幅度0-10V，频率不低于500Hz，也不要太高），可在输出端口观察到四路彼此分开的波形。
[故障及问题分析]
1、一开始连接时采用的电容C1值为1000pF。
通过调节电位器来改变LMC555的输出方波频率，最低只能将其调至67KHz左右。
由f=1.443/（R1+2R2）C可知，改变电容C1值，使其为2000pF，则频率变为35KHz左右。
2、连接好元件，开始对其进行测试时，时而能观察到正确的输出波形，时而观察不到。
经分析，是面包板接触不良的缘故。
将芯片、电阻等元件插得更紧些，或是选择面包板上其它的位置进行安插，可解决这个问题。
3、无输入信号前提下，观察双运放7号管脚输出的阶梯波存在一定的干扰。
重新检查电路，发现地线并没有都接在一起。
将所有地线接在一起，情况得以好转。
4、无输入信号前提下，观察双运放7号管脚输出的阶梯波，发现两阶梯之间的差小于1V。
将电阻R6的阻值由最初的3KΩ改为2KΩ，则可满足要求。
[实验总结及结论]
本实验与上学期进行的电子电路实验有了很大的不同，需要自己进行电路的分析、设计，并且电路连接的规模和难度也大大增加了。
开始时由于理论知识不够扎实，对各部分电路的功能了解不深，因此只是按照课本上给的电路图进行连接。
在连接电路的过程中发现了许多问题，并在解决这些问题的过程中对本实验的认识逐渐加深，慢慢发现了书中电路图的不合理处，并重新进行设计。
在排除一些客观因素造成的故障的过程中，我对电路的搭建和调试的能力也有了较大提高。
由于本次实验是分组进行，组员在实验过程中互相讨论、交流经验，也十分有助于提高能力。
对于最终的作品，我还是较为满意的，当然更重要的是锻炼了分析和解决问题的能力。
此外，在实验中还学习了ProtelDXP软件的使用方法，并学会了制作PCB板图，这对于以后进行的许多大小规模的电路实验来说都是特别有帮助的。
通过本实验，最终实现了示波器的功能扩展，将一个普通的双踪示波器改装成多踪示波器，能够用示波器的一路探头输入稳定显示四路被测信号波形。
经过测试，在输入信号幅度为0-10V，频率在500-2000Hz时，都可以稳定地显示出波形。
[元器件及测试仪表清单]
元器件及仪表
值
数量
元器件
LMC555CH
1
74F169SC
1
CD4052BC
1
LF353M
1
电位器
1
电阻
1K
4
电阻
2K
1
电阻
10K
4
电阻
20K
1
电阻
30K
1
电阻
39K
4
电阻
62K
3
电容
1000p
1
电容
0.01u
1
电容
10u
2
测试仪器
直流稳压电源
1
函数信号发生器
1
双踪示波器
1
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