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