可编函数发生器.docx

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可编函数发生器

课程设计说明书

课程设计名称：

数字电路课程设计

课程设计题目：

可编程函数发生器

学院名称：

南昌航空大学信息工程学院

2013年9月24日

数字电路课程设计任务书

2013－2014学年第1学期　第2周－4周

题目

可编程函数发生器

内容及要求

1）用开关输入8位二进制数，要求输出50Hz~1kHz的方波；

2）要求使用D/A转换方式；

3）要求频率按照由小到大自动变化。

进度安排

2013.9.9-2013.9.15：

查阅资料，方案分析与设计，电路仿真；

2013.9.16-2013.9.22：

完成系统的制作、焊接、调试；

2013.9.23-2013.9.27：

画PCB线路板图，完成报告。

学生姓名：

指导时间：

周一、周二、周五

指导地点：

实验大楼南310、E610

任务下达

2013年9月9日

任务完成

2013年9月27日

考核方式

1.评阅□√

　2.答辩□3.实际操作□√

　4.其它□

指导教师

系（部）主任

注：

1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

摘要

可编程函数发生器是一种可以产生波形的信号源。

本次课程设计依据数模转换原理，实现了将八位二进制数字信号转换成模拟信号并控制输出方波信号。

运用脉冲与数字电路中数模转换知识，再通过protues软件仿真最终确立方案设计出了可编程函数发生器。

此系统由D/A转换、运算放大、反相器、压控方波发生器等几部分组成;运用拨动开关模拟输入8位二进制数，通过D/A转换电路将数字信号转换成模拟信号，再通过运算放大器和反相器输出一个可变电压，该可变电压经过压控方波发生器控制输出一个频率可变的方波。

关键词：

D/A转换函数发生器方波频率

目录

第一章系统设计1

第二章电路设计2

2.1D/A转换部分2

2.2反相器部分3

2.3压控方波发生电路4

2.4电路总图5

第三章调试及结果分析6

3.1数模转换电路调试6

3.2反相器电路调试6

3.3压控方波发生电路调试6

3.4结果分析6

第四章总结8

参考文献9

附录110

元器件清单10

附录211

实物图11

附录312

PCB电路图12

第一章系统设计

本次课程设计要求设计出可编程函数发生器，通过输入八位二进制数来控制输出频率可调的方波。

要产生一个频率可以改变的方波信号，需要有振荡器，而且要使得到的方波频率可以改变并且是受八位二进制数控制的。

可用模拟电路组成方波发生器利用改变发生器中电阻或电容数值的方法改变方波的频率，采用二进制编码去控制多路模拟开关接通不同数值的电阻或电容，输出频率就可以实现编程，但是这种方法输出信号频率不可连续可调，采用的模拟开关数量较多。

因而可以采用间接控制的方法，用压控方波发生器产生一个频率可变的方波，而压控方波发生器需要一个控制电压，由该电压的改变来改变输出方波频率，该可变电压由八位二进制数提供，要使数字信号转换成模拟信号就需要用到数模转换，八位二进制数字信号通过数模转换对应成相应的电压信号，从而完成间接控制。

综合上述分析，得到系统框图如下图

D/A转换

方波输出

压控方波发生器

图1.1系统原理框图

D/A数模转换器任务是通过编程得到二进制代码，转换成与其大小成比例的控制电压。

压控方波发生器输出方波频率与控制电压成正比。

采用8位D/A转换器输出频率可以分256个等级，选择合适电阻电容频率变化在50HZ---10KHZ范围内。

第二章电路设计

2.1D/A转换部分

D/A转换也就是数模转换，它是将数字信号转换成模拟信号，由于要实现压控的方式来输出方波，就要将8位二进制数字信号转换成模拟信号，得到电压从而控制方波发生电路。

该电路由D/A转换器DAC0832和运算放大器LM741组成（如图2.1）。

D/A数模转换器就使二进制代码转换成对应成大小关小的电流，在DAC0832的两个输出端11,输出端12接运算放大器LM741由运算放大器进行电流→电压转换，这样二进制代码转换成与其大小成比例的控制电压。

输出电压值V和输入数字量二进制代码的关系：

先将二进制数转换成十进制数值DV=－VREF×D/256

VREF为输入的参考电压；

当D=0～255，VOUT=0～－VREF×255/256

图2.1数模转换电路

2.2反相器部分

反相器的作用是将输入信号反相，由于数模转换部分的到的是一个负电压，该电压是用来控制后续部分的，不能是一个负电压，因而要用反相器反相，本设计中用LM741来实现电压反相电路如图2.2所示。

图2.2反相器电路

由于要构成反相器，则R1要等于R2。

通过该反相器将数模转换部分得到的负电压变成正电压，同时R1=R2=10K电压增益为-1所以不改变电压幅值。

2.3压控方波发生电路

压控方波发生电路是可编程函数发生器的输出部分，它是频率受控制电压控制的电路，此种电路有许多种形式，本系统采用的是由4046锁相环芯片所构成的压控振荡器。

本次设计电路如图2.3所示由于是电压控制，从9脚输入控制电压V从4脚输出一个方波，电容1uf,R1=10K,R2=10K.电位器可以适当调节输出方波频率。

图2.3

2.4电路总图

图2.4电路总图

此电路由上述三部分组成：

D/A转换部分、反相器和压控方波发生电路。

经过拨动开关可以输入一个八位二进制数字，将8个拨动开关拨动到不同的状态可以得到不同的二进制数字。

该数字组成的数字信号输入到DAC0832及运算组成的D/A转换电路中，将数字信号转化成模拟信号输出一个电压信号，不同的数字信号的可以得到不同的电压信号。

该电压信号通过反相器反相进入压控震荡电路中输出一个方波。

经过拨动开关改变输入的二进制数字，从而改变数模转换部分的输出电压，进一步改变最终得到的方波的频率。

第三章调试及结果分析

3.1数模转换电路调试

每焊接完成一部分就开始对该部分进行调试，首先检查所焊接的电路是否与设计的一致，看看是否有漏焊的元器件，再检查布线是否合理。

检查无误后通电调试，通电后不急于测量电气指标，而是观察电路有无异常现象，例如有无冒烟现象，有无异常气味，手摸集成电路外封装，是否发烫等。

如果出现异常现象，应立即关断电源，待排除短接和其他故障后再通电。

对于数模转换部分检查过程中发现了虚焊的情况，解决此问题后用万用表测试输出电压，改变S1~S7开关状态，调试过程中经过分析得到输出电压与理论值基本一致。

3.2反相器电路调试

接下来焊接调试反相器部分，此电路较简单，焊接没有问题，通电后改变S1~S7开关状态，测试数模转换输出电压与反相器输出电压经过对比得到的的确是等幅的一对正负电压。

3.3压控方波发生电路调试

最后焊接调试压控方波发生电路，调试时要通过示波器观察得到的波形，但是没有得到波形，调节示波器仍然没有波形，检查电路没有发现错误，没有虚焊，也没有短路之类的其他问题，最终换了一片芯片，继续调试终于有了波形，改变S1~S7开关状态，可以看到输出方波频率发生改变。

3.4结果分析

改变S1~S7开关状态，可以看到输出方波频率发生改变如下图。

说明实现了用8位二进制数字来控制输出一个频率可变的方波，由于情况较多只取了其中几种频率。

本设计通过D/A转换将8位二进制信号转换成模拟信号最终控制输出可变频率的方波，此次设计合理。

图3.1

图3.2

图3.3

第四章总结

本次设计结合脉冲与数字电路知识和仿真软件设计出了一种可编程函数发生器。

首先用开关输入一个8位二进制数字，然后经过数模转换部分将数字信号转换成模拟信号，再经过反相器从而得到一个控制电压，最后在该控制电压下由压控方波发生器输出一个方波。

本设计实现了可编程函数发生器的输出目的，基本达到了设计要求。

通过反复的调试过程，不断的改变输入的二进制数字信号，在示波器上能够得到不同频率的方波。

本次设计的电路系统的主要特点在于数字信号到模拟信号的转换，从而间接控制方波输出频率的变化。

但是本次设计也存在缺陷，本次设计没有实现其他波形的产生，只能够产生方波，要产生其他波形就需要在此设计的基础上添加一些波形转换电路才能够实现。

参考文献

[1].华成英主编.模拟电子技术基础教程.北京：

清华大学出版社，2007

[2].阎石主编.数字电子技术基础.北京：

高等教育出版社，2006.5

[3].尹建华主编.数字电子技术基础微型计算机原理与接口技术.北京：

高等教育出版社，2008.1

[4].梁宗善.电子技术基础与课程设计.上海：

华东理工大学出版社，1994.

[5].陈光梦.可编程逻辑器件的原理及应用.上海：

复旦大学出版社，1998

附录1

元器件清单

元件种类

元器件名称及数量

芯片

DAC0832一个

LM741两个

4046一个

电阻

10K三个

电位器

100K两个

电容

非极性1uf一个

开关

拨动开关八个

二极管

1N4148两个

附录2

实物图

附图1正面

附图2反面

附录3

PCB电路图