电子综合课程设计函数发生器和频率计.docx
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电子综合课程设计函数发生器和频率计
中原工学院
课程设计任务书
姓名
学号
班级
电气103
学院
电子信息学院
课程
电子技术综合
题目
简易信号发生器和简易频率计
设计任务
1.设计一个的正弦波、方波和三角波发生器：
（1）频率可调范围：
2Hz—20KHz，分为4档：
2—20Hz；20—200Hz；200Hz—2KHz；2—20KHz；
（2）幅度可调范围：
0—5V；
（3）可调偏置。
2.设计一个简易数字频率计：
（1）可测量信号频率范围：
1~100KHz，显示单位为Hz；
（2）输入电压幅度VPP：
100mV—10V；
（3）输入信号波形：
任意周期信号；
（4）显示方式:
6位十进制数显示。
时间进度
第17、18周2010.12.27-2011.1.7
星期一、二布置设计方案、预设计及验收
星期三、四、五计算机仿真及仿真结果验收
星期一上午发放元器件、领取工具
星期一下午焊接
星期二、三、四安装、调试、教师验收
星期周五打印图纸、写设计报告
主要参考资料
华中科技大学电子技术课程组编，康华光主编：
《电子技术基础》（模拟部分）第五版，高等教育出版社，2006。
华中科技大学电子技术课程组编，康华光主编：
《电子技术基础》（数字部分）第五版，高等教育出版社，2006。
一、设计要求
1.电路原理图绘制正确（或仿真电路图）；
2.掌握EWB仿真软件的使用和电路测试方法；
2.电路仿真达到技术指标。
3.完成实际电路，掌握电路的指标测试方法；
4.实际电路达到技术指标。
二、设计步骤
1.原理了解，清楚设计内容。
2.方案设计：
画出原理草图一人一张。
3.教师检查通过原理设计。
4.原理绘制，仿真结果正确，一组一张。
5.安装实际电路。
6.调试，功能实现。
7.教师检查及答辩。
8.完成设计报告。
三、实验报告要求
1.画图要求：
1）原理图（草图）要清楚，标注元件参数
2）正式原理图、接线图：
A4打印EWB画图。
3）要求用统一格式封面；
4）使用中原工学院课程设计报告专用纸。
5）图要顶天立地，均匀分布，合理布局
2.课程设计报告要求
a.题目：
b.设计任务及技术指标
c.设计内容及原理
d.设计步骤和方法（仿真、实际电路分别来写）
e.安装与调试
f.电路的指标结果（仿真、实际电路分别来写）
f.所用仪器和设备
g.参考文献
四、题目、设计任务及技术指标
1、题目：
函数信号发生器
2、函数信号发生器设计任务：
设计一函数信号发生器，能输出正弦波，方波和三角波三种波形。
3、主要技术指标：
二、设计任务及要求
1、设计一个的正弦波、方波和三角波发生器：
（1）频率可调范围：
2Hz—20KHz，分为4档：
2—20Hz；20—200Hz；200Hz—2KHz；2—20KHz；
（2）幅度可调范围：
0—5V；
（3）可调偏置。
2、设计一个简易数字频率计：
（1）测量频率范围：
1Hz~100KHz，显示单位为Hz；
（2）输入电压幅度VPP：
100mV～10V；
（3）输入信号波形：
任意周期信号；
（4）显示方式:
6位十进制数显示。
五、设计内容及原理
1.信号发生器
设计内容是要求设计一个函数信号发生器，能输出正弦波,方波和三角波三种波形。
而且幅度可以调节，有技术指标可以知道，三个波形发生电路可以共用一个限幅电路。
所以，可以得到此电路可有三部分组成：
正弦波发生电路方波发生电路，三角波发生电路，限幅电路。
调频和调幅原理
调频原理：
根据RC振荡电路的频率计算公式
可知，只需改变R或C的值即可，本方案中采用两个可变电阻R调节来改变频率。
调幅原理：
本方案选用了最简单有效的电阻分压的方式调幅，在输出端通过电阻接地，输出信号的幅值取决于电阻分得的电压多少。
其最大幅值为电路的输出电压峰值，最小值为0。
在电路中,运放NE5532和电阻R,Rw,构成正常的负反馈放大电路,而R1,C1,R2,C2则构成RC串并联选频网络,同时又由该选频网络作为反馈网络形成正反馈环节,其R1,C2上的反馈电压作为输入代替放大器的输入信号,D1,D2起稳幅作用。
采用参数扫描还可以对振荡频率进行分析.同时改变选频网络的电阻R1,R2（或同时改变C1,C2）,即可改变振荡输出的频率，使得频率分别为300Hz、1KHz、10KHz，输出幅值通过RW可调。
起振过程分析：
根据起振条件|AF|>1,选频网络的反馈系数Fmax=1/3,只要负反馈放大器的放大倍数A大于3,即RW（接入电阻）与R4的和略大于R3的两倍,就可产生正弦波振荡,
1.正弦
2.偏置电路
电路中产生的正弦波以及后面要产生的方波和三角波容易产生上下偏移，所以需要在电路中设置偏置电路，偏置电路可由运算放大器组成的加法电路来实现。
3.方波
由运算放大器组成的过零比较器可实现将正弦波转为方波的功能。
在输入是正弦波的情况下，在正弦波过零变负的时候，经过过零比较器后比较器的幅值就会变负且幅值保持不变，在正弦波过零变正后过零比较器产生正的幅值不变的电压，由此产生稳定的方波。
并且和正弦波同频率。
3.三角波电路
由运算放大器组成的积分电路可实现将方波转
换为三角波的功能。
方波和三角波的频率与正弦波的频率相同，可
通过正弦波振荡电路来调节。
在积分电路中，信号的周期和积分时间常数两
者在数值上有一定的要求。
当信号频率改变时，也应相应地改变积分电路路中的电容值。
.
三角波的产生是由积分电路实现的，积分电路将方波转换成三角波。
积分电路的原理图如下：
由于集成运放的反相输入端“虚地”，故
；又由于“虚断”，运放反相输入端的电流为零，则
，故
由以上几个表达式可得积分电路输入电压和输出电压的关系为：
由于输入的是方波，所以的值为两个状态，当>0时，
，输出波形以
的斜率上升，当uI<0时，输出波形以
的斜率下降。
上升和下降的斜率相等所以波形对称，形成三角波。
5.幅度调节
（2）幅度可调范围：
0—5V；
由运放的幅值调节电路可知Av=V0/Vi=—RW/Ri，因此在三种波形的输出端加入幅值调解电路就可以对信号输出幅值进行调节，使三种波形的幅值在0~5V内进行调节。
二、频率计
由于输入的信号可以是正弦波，三角波。
而后面的闸门或计数电路要求被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时候，首先通过整形电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。
在整形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。
所以在通过整形之前通过放大衰减处理。
当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。
当输入信号电压幅度较小时，前级输入衰减为零时若不能驱动后面的整形电路，则调节输入放大的增益，时被测信号得以放大。
频率测量：
测量频率的原理框图如图，测被测信号经整形后变为脉冲信号（矩形波或者方波），送入闸门电路，等待时基信号的到来。
时基信号CD4060构成一个较稳定的多谐振荡器，经整形分频后，产生一个标准的1S时基信号，作为闸门开通的基准时间。
被测信号通过闸门，作为计数器的时钟信号，计数器即开始记录时钟的个数，这样就达到了测量频率的目的。
1.放大整形电路
由双运算放大器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，放大倍数选用50；
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。
要想得到TTL脉冲信号，需要设计成带限幅的过零比较器。
放大整形电路的波形变换：
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、清零和锁存脉冲
晶振采用平常较为多见的时钟晶振，谐振频率为32.786kHz，用CD4060对其进行2^14分频，得到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。
时钟信号同时又作为锁存器的锁存信号，直接送到锁存器74HC374，在时钟信号的上升沿进行锁存。
在时钟信号的上升沿时刻，用单稳态触发器CD4528产生一个宽度25微秒的清零脉冲送至计数器CD4518的CLR端，使脉冲计数器清零后重新开始计数。
由于单稳态触发器的时间延时，可以保证锁存器进行锁存之后，计数器才开始清零操作。
3.译码显示电路
译码电路与数码显示：
本设计所选用的是半导体数码管，是用发光二极管（简称LED）组成的字形来显示数字，七个条形发光二极管排列成七段组合字形，便构成了半导体数码管。
半导体数码管有共阳极和共阴极两种类型。
共阳极数码管的七个发光二极管的阳极接在一起，而七个阴极则是独立的。
共阴极数码管与共阳极数码管相反，七个发光二极管的阴极接在一起，而阳极是独立的。
当共阴极数码管的某一阴极接高电平时，相应的二极管发光，可根据字形使某几段二极管发光，所以共阴极数码管需要输出低高平有效的译码器去驱动。
共阴极数码管则需输出高电平有效的译码器去驱动。
当数字钟的计数器在CP脉冲韵作用下，按到9进1的计数规律计数时，就应将其状态显示成清晰的数字符号。
这就需要将计数器的状态进行译码并将其显示出来。
我们选用的计数器全部是二-十进制集成片，个位和十位的状态分别由集成片中的四个触发器的输出状态来反映的。
每组（四个）．输出的计数状态都按BCD代码以高低电平来表现。
因此,译码显示电路选用BCD-7段锁存译码／驱动器CD4543。
将计数器、译码显示器和显示数码管连在一起。
由4511的电路图可知，当有4518产生的进位信号3对应7、4对应1、4对应2、5对应6。
同时4511的3、4、5应接高电平4543才能进行正常的译码功能。
七个输出出端13、12、11、10、9、15、14分别对应于数码管的对应输入端。
下面电路设计如介绍如下：
六．电路
参数测试
信号
正弦波
方波
三角波
2-20Hz
频率
f
幅值
U（v）
频率
f
幅值
U（v）
20-200Hz
频率
f
幅值
U（v）
频率
f
幅值
U（v）
200-2K
频率
f
幅值
U（v）
频率
f
幅值
U（v）
2K-20K
频率
f
幅值
U（v）
频率
f
幅值
U（v）
1.简易函数发生器元件清单
序号
名称
型号及参数
数量
1
C11、C21
1UF
2
2
C12、C22、C32
0.1UF
3
3
C13C23C33
0.01UF
3
4
C14C24C34
1000pF
3
5
C31
2UF
1
6
D1D2
1N4148
2
7
DZ1DZ2
1N4731
2
8
RW
100K
1
9
RW3
100K（3296）
1
10
RW1RW2RW4
10K（3296）
3
11
R6R7
7.5K
2
12
R8R20
5.1K
2
13
R9
6.2K
1
14
R10~R14R5R17
10K（3296）
7
15
R15R16
100K
2
16
R18R19R22R23
1K
4
17
RP1
510欧
1
18
U1U2U3
NE5532
3
19
排针
2*4
3
20
排针
2*3
1
21
排针
2*2
1
22
LED1
发光二级管
1
23
OUT+OUT-
测量信号输入端
2
24
电源接线端子
3位端子
1
25
测试针
ABCD
4
26
印刷电路板
PCB板
1
27
R21
1M
1
2.简易数字频率计元件清单
序号
名称
型号及参数
数量
1
CP1
100UF/16V
1
2
CU11
0.01UF
1
3
CY1
12PF
1
4
CY2
30PF
1
5
CIN
2UF
1
6
D1
1N4148
1
7
DS1~DS6
数码管
6
8
RDSXXRP1
510欧
43
9
RY1
20M
1
10
RY2
330K
1
11
RU11RU123
10K
2
12
RU121RU125~127
2K
4
13
RU122RU124
100K
2
14
U1U2U14
74HC374
3
15
U3~U6U15U16
CD4543
6
16
U7U8U13
CD4518
3
17
U9
CD4060
1
18
U10
CD4027
1
19
U11
CD4528
1
20
U12
NE5532
1
21
Y1
32.768KHZ
1
22
LED电源指示
发光二级管
1
23
IN+IN-
测量信号输入端
2
24
电源接线端子
3位端子
1
25
测试针
ABCD
5
26
印刷电路板
PCB板
1
升级会员 