课程设计说明书《多种波形发生器》DOC.docx
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课程设计说明书《多种波形发生器》DOC
课程设计说明书
设计题目：
多种波形发生器
系别：
应用电子与通信技术系
班级：
0792121
学生姓名：
魏同庆
指导教师：
孙会楠
成绩：
_________________
2010年3月19日
课程设计任务书
课程设计题目
多种波形发生器
功能
技术指标
功能：
用小规模集成芯片设计制作产生方波、三角波和正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。
技术指标：
1、输出波形工作频率范围为100HZ～1KHZ且连续可调。
2、方波幅值±3V。
3、三角波幅值±0.3V。
4、正弦波幅值±0.1V。
工作量
适中
工作计划
1、分析题目的功能要求，查找和分析参考资料（1天）2、画出电路原理图，分析电路原理图和列出器件表（2天）3、购买元器件（1天）4、安装电路（2天）5、电路调试（5天）6、写课程设计说明书（3天）7、准备答辨（1天）8、答辨（1天）
指导教师评语
指导教师：
2010年3月19日
第1章绪论1
1.1课题背景1
1.2设计要求1
1.2.1设计题目和设计指标1
1.2.2设计功能1
第2章整机电路的组成2
2.1电路图2
2.2电路图的比较3
2.3电路图的选定3
第3章整机电路框图4
3.1整机电路框图4
3.1.1电路的方框图的原理4
第4章单元电路设计、器件的选择5
4.1555定时器及其应用5
4.1.1工作原理5
4.1.2内部电路框图及引脚功能5
4.2发光二极管7
4.2.1工作原理7
4.2.2结构图7
4.3电容器8
4.3.1电容的作用8
4.3.2电容的工作原理9
4.4电阻器9
4.4.1电阻器的介绍9
4.4.2电阻器的作用9
第5章电路的组装与调试11
5.1电路的工作原理11
5.2元器件的检测11
5.3电路的组装12
5.4电路的调试12
结论13
收获与体会14
致谢15
参考文献16
附录1元件清单17
第1章绪论
1.1课题背景
波形发生器广泛用于各大院校和科研场所。
随着科技的进步和社会的发展，单一的波形发生器已经不能满足人们的需求，而我们设计的正是多种波形发生器。
利用脉冲数字电路原理设计了多种波形发生器，该发生器通过555数字芯片构成多谢振荡器，组成RC积分电路来分别实现方波、三角波和正弦波的输出。
它的制作成本不高，电路简单，使用方便，有效的节省了人力，物力资源，具有实际的应用价值。
1.2设计要求
用小规模集成芯片设计一个多种波形发生器，要求能实现方波、三角波和正弦波等多种波形的输出。
并且电路现象应清晰。
1.2.1设计题目和设计指标
题目：
多种波形发生器
技术指标：
1、输出波形工作频率范围为100HZ～1KHZ且连续可调
2、方波幅值±3V
3、三角波幅值±0.3V
4、正弦波幅值±0.1V
1.2.2设计功能
主要功能：
用中小规模集成芯片设计制作产生方波、三角波和正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。
基本知识：
数子电子技术、模拟电子技术、555定时电路的原理及功能。
第2章整机电路的组成
2.1电路图
拿到课题后，我们分成两组，经过一天的查找，搜集资料我们找到了两套方案：
图2-1电路图
图2-2电路图
2.2电路图的比较
如图2-1电路可同时产生方波、三角波、正弦波并输出，该信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便。
555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是R2→R3→RP→C2；C2的放电回路是C2→RP→R3→IC的7脚（放电管）。
由于R3+RP》R2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。
按图所示元件参数，其频率为1KHZ左右，调节电位器RP可改变振荡器的频率。
方波信号经R4、C5积分网络后，输出三角波。
三角波再经R5、C6积分网络，输出近似的正弦波。
C1是电源滤波电容。
发光二极管VD用作电源。
如图2-2所示该电路由积分器、施密特触发器、四模拟开关和反相放大器等组成。
四模拟开关CD4066由IC3的输出控制，使K1～K4通断。
IC1输出三角波，当其值超过2／3UDD时，555的3脚输出低电平，使K1、K3、K4断开，而K3接通；当三角波降至1／3UDD时，K2断开，K1、K3、K4接通。
此电路可有四种波形输出，即三角波、方波、负向锯齿波、间歇正想锯齿波。
改变C1可改变输出信号的频率，外加电压Um的大小决定输出波形的频率，转换系数约为2KHZ/V.
2.3电路图的选定
小组人员在对两套方案的优缺点进行认真比对以及指导老师孙会楠老师的建议下，考虑到现在的工作环境以及实现几率小组人员决定选电路简单、成本低廉、调试方便无环境需求的第一套方案。
第3章整机电路框图
3.1整机电路框图
根据课题设计技术指标的要求，本电路主要由电源指示灯、多谐振荡器、方波输出电路、三角波输出电路、正弦波输出电路等几部分组成。
整机电路框图如2-1所示
图3-1多种波形发生器方框图
3.1.1电路的方框图的原理
其工作原理为：
通过6V电源给电路供电，多谐振荡器输出脉冲给方波输出电路，方波信号经RC积分电路后输出三角波，输出三角波再经RC积分电路输出正弦波。
第4章单元电路设计、器件的选择
4.1555定时器及其应用
4.1.1工作原理
555电路的内部电路方框图如图3-1所示。
它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只5K的电阻构成的分压器提供。
它们分别使高电平比较器C1的同相输入端和低电平比较器C2的反相输入端的参考电平为2／3Vcc和1／3Vcc.C1与C2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。
当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平2／3Vcc时，触发器复位；当输入信号自2脚输入并低于1／3Vcc时，触发器置位。
图4-1555定时器内部结构
4.1.2内部电路框图及引脚功能
图4—1555定时器逻辑符号和引脚
555定时器的内部电路框图及逻辑符号和管脚排列分别如图
引脚功能：
Vi1（TH）：
高电平触发端，简称高触发端，又称阈值端，标志为TH。
Vi2（
）：
低电平触发端，简称低触发端，标志为
。
VCO：
控制电压端。
VO：
输出端。
Dis：
放电端。
：
复位端。
是复位端，低电平有效。
复位后,基本RS触发器的
端为1（高电平），经反相缓冲器后，输出为0（低电平）。
4.2发光二极管
4.2.1工作原理
发光二极管简称为LED。
由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管，在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。
磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。
发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。
当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。
不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。
当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。
常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
4.2.2结构图
图4-2发光二极管结构图
4.3电容器
4.3.1电容的作用
所谓电容，就是容纳和释放电荷的电子元器件。
电容的基本工作原理就是充电放电，当然还有整流、振荡以及其它的作用。
另外电容的结构非常简单，主要由两块正负电极和夹在中间的绝缘介质组成，所以电容类型主要是由电极和绝缘介质决定的。
在计算机系统的主板、插卡、电源的电路中，应用了电解电容、纸介电容和瓷介电容等几类电容，并以电解电容为主。
纸介电容是由两层正负锡箔电极和一层夹在锡箔中间的绝缘蜡纸组成，并拆叠成扁体长方形。
额定电压一般在63V～250V之间，容量较小，基本上是pF（皮法）数量级。
现代纸介电容由于采用了硬塑外壳和树脂密封包装，不易老化，又因为它们基本工作在低压区，且耐压值相对较高，所以损坏的可能性较小。
万一遭到电损坏，一般症状为电容外表发热。
瓷介电容是在一块瓷片的两边涂上金属电极而成，普遍为扁圆形。
其电容量较小，都在pμF（皮微法）数量级。
又因为绝缘介质是较厚瓷片，所以额定电压一般在1～3kV左右，
很难会被电损坏，一般只会出现机械破损。
在计算机系统中应用极少，每个电路板中分别只有2～4枚左右。
电解电容的结构与纸介电容相似，不同的是作为电极的两种金属箔不同（所以在电解电容上有正负极之分，且一般只标明负极），两电极金属箔与纸介质卷成圆柱形后，装在盛有电解液的圆形铝桶中封闭起来。
因此，如若电容器漏电，就容易引起电解液发热，从而出现外壳鼓起或爆裂现象。
电解电容都是圆柱形（图1），体积大而容量大，在电容器上所标明的参数一般有电容量（单位:
微法）、额定电压（单位:
伏特），以及最高工作温度（单
位:
℃）。
其中，耐压值一般在几伏特～几百伏特之间，容量一般在几微法～几千微法之间，最高工作温度一般为85℃～105℃。
指明电解电容的最高工作温度，就是针对其电解液受热后易膨胀这一特点的。
所以，电解电容出现外壳鼓起或爆裂，并非只有漏电才出现，工作环境温度过高同样也会出现。
4.3.2电容的工作原理
从某种意义上说，电容器有点像电池。
尽管两者的工作方式截然不同，但它们都能存储电能。
像电池一样，电容器也具有两个电极。
在电容器内部，这两个电极分别连接到被电介质隔开的两块金属板上。
电介质可以是空气、纸张、塑料或其他任何不导电并能防止这两个金属极相互接触的物质。
利用两片铝箔和一张纸，您就可以轻松地制作一个电容器。
充电完成后，电容器与电池具有相同的电压（如果电池电压是1.5伏特，则电容器电压也是1.5伏特）。
小电容器容量较低，但大电容器可以容纳大量电荷。
4.4电阻器
4.4.1电阻器的介绍
导体对电流的阻碍作用就叫导体的电阻。
电阻（Resistor）是所有电子电路中使用最多的元件。
电阻的主要物理特征是变电能为热能，也可说它是一个耗能元件，电流经过它就产生内能。
电阻在电路中通常起分压分流的作用，对信号来说，交流与直流信号都可以通过电阻。
电阻都有一定的阻值，它代表这个电阻对电流流动阻挡力的大小。
电阻的单位是欧姆，用符号“Ω”表示。
欧姆是这样定义的：
当在一个电阻器的两端加上1伏特的电压时，如果在这个电阻器中有1安培的电流通过，则这个电阻器的阻值为1欧姆。
出了欧姆外，电阻的单位还有千欧（KΩ，兆欧（MΩ）等。
4.4.2电阻器的作用
小功率电阻器通常为封装在塑料外壳中的碳膜构成，而大功率的电阻器通常为绕线电阻器，通过将大电阻率的金属丝绕在瓷心上而制成。
如果一个电阻器的电阻值接近零欧姆（例如，两个点之间的大截面导线），则该电阻器对电流没有阻碍作用，串接这种电阻器的回路被短路，电流无限大。
如果一个电阻器具有无限大的或很大的电阻，则串接该电阻器的回路可看作开路，电流为零。
工业中常用的电阻器介于两种极端情况之间，它具有一定的电阻，可通过一定的电流，但电流不像短路时那样大。
电阻器的限流作用类似于接在两根大直径管子之间的小直径管子限制水流量的作用。
4.5电位器
4.5.1电位器的介绍
电阻器是一个限流元件，将电阻接在电路中后，它可限制通过它所连支路的电流大小。
如果一个电阻器的电阻值接近零欧姆（例如，两个点之间的大截面导线），则该电阻器对电流没有阻碍作用，串接这种电阻器的回路被短路，电流无限大。
如果一个电阻器具有无限大的或很大的电阻，则串接该电阻器的回路可看作开路，电流为零。
工业中常用的电阻器介于两种极端情况之间，它具有一定的电阻，可通过一定的电流，但电流不像短路时那样大。
电阻器的限流作用类似于接在两根大直径管子之间的小直径管子限制水流量的作用。
4.5.2电位器结构图
图4—3电位器结构图
第5章电路的组装与调试
5.1电路的工作原理
工作原理：
电路可同时产生方波、三角波、正弦波并输出，该信号发生器电路简单、成本低廉、调整方便。
555定时器接成多谐振荡器工作形式，C2为定时电容，C2的充电回路是R2→R3→RP→C2；C2的放电回路是C2→RP→R3→IC的7脚（放电管）。
由于R3+RP》R2，所以充电时间常数与放电时间常数近似相等，由IC的3脚输出的是近似对称方波。
按图所示元件参数，其频率为1KHZ左右，调节电位器RP可改变振荡器的频率。
方波信号经R4、C5积分网络后，输出三角波。
三角波再经R5、C6积分网络，输出近似的正弦波。
C1是电源滤波电容。
发光二极管VD用作电源。
5.2元器件的检测
电路组装调试之前首先要对所用元器件进行检测，判断元器件的好坏和确定元器件的引脚及极性。
下面将分别介绍电路中所用到的元器件的检测方法。
1．二极管引脚极性的检测
检测内容：
判别正、负电极。
将万用表置于R×100档或R×1k档，两表笔分别接二极管的两个电极，测出一个结果后，对调两表笔，再测出一个结果。
两次测量的结果中，有一次测量出的阻值较大（为反向电阻），一次测量出的阻值较小（为正向电阻）。
在阻值较小的一次测量中，黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的是二极管的负极。
2．极性电容引脚极性的检测
检测内容：
判断正、负极。
测量时,先假定某极为“+”极,让其与万用表的黑表笔相接,另一电极与万用表的红表笔相接,记下表针停止的刻度（表针靠左阻值大）,然后将电容器放电（既两根引线碰一下）,两只表笔对调,重新进行测量。
两次测量中,表针最后停留的位置靠左（阻值大）的那次,黑表笔接的就是电解电容的正极。
5.3电路的组装与调试
第一步：
把电路图中所需的元器件的参数算出来；
第二部：
选购元器件；
第三步：
把所选的元器件进行检测看是否有无短路现象；
第四步：
准备好所需工具；
第五步：
摆放元器件，调整局部元器件位置，使之达到美观有利于焊接；
第六步：
把摆放好的元器件焊接到电路板上；
第七步：
按电路图将电源线、接地线、波形输出线接好；
5.4电路的调试
（1）把焊接好的电路板通电，看电源指示灯是否亮。
（2）把方波输出线接在示波器上看是否有波形输出。
（3）把三角波和正弦波输出线分别接在示波器上看是否有波形的输出，按照电路图所示检查输出波形的积分网络是否短路。
（4）如果电源指示灯亮，但没有波形的输出，调节RP改变频率看是否有波形输出。
结论
课程设计题目：
多种波形发生器
功能：
用中小规模集成芯片设计制作产生方波、三角波和正弦波等多种波形信号输出的波形发生器。
技术指标：
1、输出波形工作频率范围为100HZ～1KHZ且连续可调。
2、方波幅值±3V。
经过三周的努力，我们完成了本次课程设计，并且基本达到了预期的效果，实现了其要求的功能和各项指标。
在课程设计进行的过程中，总会遇到这样那样的问题。
首先在连接电路时电线的搭接错误，然后我们就对电路一部分一部分进行检查，因此在这方面耗费的时间很多。
在检查过程中还出现了个别元件没有接地的现象。
其次是对电路各部分参数的计算。
在电路调试过程中555定时器实现了其功能，输出波形，电路正常工作。
收获与体会
这次课程设计历时三个星期，通过课程设计，发现自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。
这次的课程设计也让我看到了团队的力量，我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。
。
刚开始的时候，大家就分配好了各自的任务，大家有的绘制原理图，进行仿真实验，有的积极查询相关资料，并且经常聚在一起讨论各个方案的可行性。
在课程设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。
而这次设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。
在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经仿真成功而热情高涨。
生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。
劳动是人类生存生活永恒不变的话题。
虽然这只是一次的极简单的课程制作，可是平心而论，也耗费了我们不少的心血！
通过这次课程设计，我深刻的体会到：
为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐，和团队人员这二十几天的一起工作的日子，让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里三年的相处还赶不上这二十来天的实习，我感觉我和同学之间的距离更加近了。
这个工程确实很难调试，但当我们仿真实验成功的时候，当我们连好示波器，按下按钮，各种波形显现出来，各种指标参数达到要求的时候，我们的心中就不免兴奋，不免激动。
以前种种艰辛这时就变成了最甜美的回忆！
对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。
让我知道了学无止境的道理。
我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。
挫折是一份财富，经历是一份拥有。
这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！
致谢
在这次课程设计过程中，我得到了许多人的帮助。
首先我要感谢我的指导老师孙会楠老师在课程设计上给予我耐心的指导。
在这里向老师深深的对老师问候一句“老师您辛苦了”！
其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计方面的难题，还有我要感谢与我朝夕相处的搭档，在这些日子里，他们和我一块努力奋斗，一起努力，相互鼓励相互扶持。
才能使我们很顺利的完成这次课程设计。
最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。
参考文献
1.数字电子技术.高等教育出版社.主编：
余孟尝
2.模拟电子技术.高等教育出版社.主编：
杨素行
3.电子元器件的选用与检测.化学工业出版社.2006
4.电子电路设计与制作.福建科学技术出版社.主编：
刘征宇
5.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社.2004.主编：
彭铭泉
6.电子设计从零开始.清华大学出版社.2005.主编：
杨欣、王玉凤
7.常用电子电路365例.电子工业出版社
8.全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编.北京理工大学出版社
附录1元件清单
元件名称
型号参数
数量
集成块
NE555
1
发光二极管
LED（红）
1
滑动变阻器
100K
1
电阻
0.51K
1
电阻
1K
1
电阻
10K
3
电阻
62K
1
电容
0.01u
2
电容
0.47u
1
电容
0.1u
2
极性电容
10u
1
极性电容
100u
1
万能板
S—1
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