电子课程设计.docx

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电子课程设计

波形变换器

学院：

自动化工程学院

班级：

2011级电子信息工程1班

小组成员一：

成员二：

学号学号：

联系方式：

联系方式：

2013年9月30日

摘要：

本设计由模拟电路发生部分与数字电路显示部分组成，实现了三角波、正弦波、方波的波形产生与变换和频率计数的功能。

本系统模拟部分以集成运放LM324为核心，设计了比较电路、加法电路、滤波电路产生所需的三种波形；数电部分则首先将模拟电路产生的方波信号和555定时器产生的秒脉冲相与，将相与之后的信号频率通过计数器74LS90和译码器CD4511在数码管上显示出来。

本系统具有制作成本低，波形显示稳定，硬件电路简单可靠等优点。

关键字：

LM324与门计数器74LS90译码器CD4511

1系统方案论证与选择

本系统中将函数信号发生器产生的正弦波与直流信号比较得到方波，方波经过反向积分电路即可得到三角波；将三角波与正弦波相加得到的波形滤波即可得到正弦波；三角波与正弦波经过比较器可得到方波。

555定时器产生的秒脉冲与方波相与后通过计数器74LS90和译码器CD4511在数码管上显示出来。

图1系统总体框图

1.1主控运放方案比较

方案一：

使用单运算放大器。

本次电路设计需多个运放，使用单个运放成本较高且电路设计困难、连线复杂。

故不采用此方案。

方案二：

采用LM324集成运放。

LM324芯片每封装内含有4个运算放大器，具有内部补偿、短路保护功能，成本较低。

故采用方案二。

1.2滤波电路方案比较

方案一：

采用无源滤波电路。

无源滤波电路多用于宽频带滤波，稳定性好，价格低，但其滤波后信号过小，达不到题目要求。

方案二：

采用有源低通滤波电路。

有源滤波电路开环增益电压和输入阻抗均很高，输出电阻小，构成有源滤波电路后还具有一定的电压放大作用；其次，有源滤波可滤除谐波、动态补偿无功功率。

缺点为价格高，稳定性不及无源滤波。

本设计中通过电阻、电容和运放搭建有源滤波电路。

故选择方案二。

1.3电源模块方案比较

方案一：

使用锂电池作为系统供电。

LM324需要±15V（或±12V）电源供电，使用锂电池串联再经稳压芯片稳压后供电电路复杂且效果不佳。

方案二：

使用直流稳压电源供电。

采用直流稳压电源产生±15V电压，电压稳定，简单易行。

故选择方案二。

1.4频率显示电路选择

在本设计中，采用中小规模数字电路实现频率显示。

在大二上学期中，本专业对数字电路技术进行了深入的学习：

基本可利用555定时器产生秒脉冲；对74LS192的计数原理、CD4511的译码原理业已掌握；通过共阴七段数码显示管达到显示频率的目的。

2理论参数分析与计算

2.1加法电路参数计算

已知

为T=2ms，峰值为2V的三角波；；

为得到

，将输入信号

和

均作用于集成运放的同相输入端构成同向比例放大电路。

因同向比例放大电路

的表达式为

，且上式仅在

即

时成立。

选定电路参数为

图2同向比例电路2.2滤波电路参数计算

为了得到中心频率为500Hz的信号，计算有源低通滤波电路参数如下：

因

，故

，即令

又因为

，令

可得通带放大倍数为：

。

故令

。

2.3555定时器原理分析

脉冲宽度

，取

、

，可得1s宽度的脉冲（触发信号应短于1s）在该时间内计数。

图3555定时器电路图

3电路设计

3.1反向积分电路设计

为得到三角波，先将信号通过比较器得到周期为2ms的方波，后将方波反向积分即可到所需三角波，如下图：

图4反向积分电路图5反向积分波形图

3.2加法电路设计

根据2.1加法电路的参数计算搭建电路如图所示，输入正弦波和三角波，得到波形如图，实现了信号的同向加法运算。

图6加法电路图7加法电路波形图

3.3滤波电路设计

由2.2滤波电路参数计算可设计如图有源低通滤波电路，电路及其波形图如图所示：

图9低通滤波电路图图8低通滤波电路波形图

3.4比较电路设计

比较电路如图所示：

图10比较电路图11比较电路波形图

3.5数字电路设计

数字电路由三部分组成：

1、555定时器产生秒脉冲与方波相与；2、计数编码部分；3、频率显示部分。

第1部分已在2.3中介绍，下面介绍第2和第3部分，3片74LS192级联，可计数范围为0~999Hz的频率信号，74LS192的输出端QA、QB、QC、QD与CD4511连接，以便于锁存信号（LE脚接555out信号的非可锁存该信号）并用共阴七段数码管显示。

在数码管与电源之间串接限流电阻以防烧坏数码管。

图12数字电路

4测试方案与测试结果

4.1测试方案

测试仪器：

函数信号发生器，示波器。

测试方法：

使用函数信号发生器产生所需波形加载到电路当中，用示波器检测电路当中产生的波形是否满足要求。

4.2测试数据及分析

测试要求

频率

峰峰值

相对误差

信号发生器产生正弦波

500Hz

200mV

0

499Hz

4.01V

0.25%

501Hz

6.44V

497Hz

9.32V

3.5%

501Hz

12.4V

3.3%

误差分析：

产生误差的主要因素为：

1、器件精度不高；2、面包板接触不良；3、人为读数误差；4、人为接线混乱。

4.3测试结果

本设计基本满足题目要求，能够产生基本不失真的三角波、正弦波、方波，同时满足题目精度要求。

能够通过555定时器产生秒脉冲与方波相与之后，经计数、编码，通过数码管显示频率。

如果能够使用精度更高的器件和改进电路便可在精度和稳定性上进一步完善本设计。

5总结

“实践是检验真理的唯一标准。

”这句话概括了理论与实践的关系，而对这句话的理解的深入则源于这一次的课程设计。

对于工科学生来说，不论理论上取得了多高的成绩，没有实践的理论便是空谈。

在这次课程设计中，我遇到了非常多的问题，理论、实践都有。

比如滤波电路的设计，在仿真过程中，这个问题虽然有一定的难度，但是仍然可以攻克，而在实际连线过程中，滤波电路非常难搭，峰值和波形失真似乎是一对矛盾体，调试了很多遍依然不能得到理想的波形。

再比如连线和电源，有很多时候是电源接触不良或者连线操作失误导致的失败，这些问题一波三折，真是让人抓狂。

第一天基本是解决各种疑难杂症的一天，第二天各部分电路基本能够产生理想波形。

在这个过程中，大家之间相互讨论是非常有帮助的，别人的做法可以借鉴，别人的错误也可以避免。

测试完之后，突然觉得这几天的辛苦没有白费，因为我们就是在这一次次的锻炼当中成长着的！

如果再让我做一次，我会更加认真和自信，我会做的更好！

6参考文献：

《模拟电子技术基础》童诗白华成英清华大学出版社

《数字电子技术基础》阎石清华大学出版社

《模拟电子技术实验指导书》青岛大学电工电子实验教学中心

《数字电子技术实验指导书》青岛大学电工电子实验教学中心

附录一：

实物连线及波形图

附录二：

仿真图