多路信号显示转换器.docx

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多路信号显示转换器

课程设计任务书

1．设计目的：

1）综合运用所学线路原理图；

4）学会说明书的和书写。

的理论知识，掌握一般电子线路分析和设计的基本方法和步骤；

2）培养一定的独立分析问题、解决问题的能力；

3）实规范整理践利用EDA软件绘制电子图

2．设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：

设计一个多路信号显示转换器,与单踪示波器配合使用,同时显示多路被测信号,其技术指标如下:

1）　同时显示八路数字信号波形且清晰稳定。

2）　被测信号上限频率不小于2000Hz。

3．设计工作任务及工作量的要求

1）分析设计任务，查阅相关资料；

2）确定系统方案，设计各模块电路，计算参数，分析其特性，使其满足题目要求；

3）利用PROTEL或其他软件绘制所设计系统的原理图；

4）按格式要求撰写课程设计说明书。

4．设计成果形式及要求：

1）课程设计说明书一份；

2）电子文档一份。

课程设计任务书

4．主要参考文献：

1毕满清主编．电子技术实验与课程设计.第3版.北京：

机械工业出版社，2005

2陈晓文主编．电子线路课程设计.第1版.北京：

电子工业出版社，2004

5．设计成果形式及要求：

1）用计算机仿真软件制图或仿真；

2）课程说明书用计算机打印，并装订；

6．工作计划及进度：

2007年1月15日~1月16日分析设计任务书，查阅相关资料及设计手册；

2007年1月17日~1月20日确定系统方案，组成模块框图，设计各模块电路；

2007年1月21日~1月23日分析电路各参数及其特性并绘制电子线路原理图；

2007年1月24日~1月25日按格式要求撰写课程设计说明书；

2007年1月26日成绩考核；

系主任审查意见：

签字：

年月日

..

2典型电路设计与分析1

2.1电路调试2

3心得体会6

4结语　6

参考文献7

致谢8

1引言

 　　在实际应用中,常常需要用示波器同时观测多个信号,或需要比较同一电路中不同点之间信号的频率、幅值和相位,以及观测电信号通过网络后的相移和失真等情况。

为了对侮号进行测量和比较研究,需要把不同信号或同一信号的不同部分同时显示在荧光屏上。

这些都需要在荧光屏上能同时显示几个波形。

为了实现这一目的,通常采用双扫描示波显示、多线显示或多踪显示。

本文介绍的将单踪示波器改为多踪显示的一种装置,制作简单,与原有的示波器一起使用,既节约了开支,又提高了实验技术水平。

2　典型电路设计与分析

　　转换电路由NE555时基振荡器、74LS169组成的计数器和MAX309多路开关等芯片构成,通过1个Y通道能同时显示多踪信号,电路简单、稳定、可靠,波形显示效果好,便于对信号进行分析和研究,其电路如图1所示。

　　本电路采用555芯片作为振荡器,其3脚输出的方波作为切换电路的控制信号,控制信号直接接在16进制的计数器上作为多路开关的选通信号。

　MAX309为双回路开关芯片,一路为直流通道,另一路为信号通道,两路信号通过力日战器后在示波器水平位置上同时显示四路不同的信号。

由于输入信号为交流信号,故使用双电源供电,除保证交流信号正常传输外,同时也扩大了引号输出的动态范围。

　　图１　单／多踪示波转换电路

　　外部电源仅需要+5V的电源电压、+5V电压输入至IC1（ICL7660）的8脚，在其5脚输出-5V的电压，对多路开关芯片与运放进行供电。

IC2（NE555）接成多谐振荡器的形式，产生35kHz的方波作为16进制计数器IC3（74LS169）的时基信号。

取74LS169的低两位Qa、Qb，连接到IC4（MAX309）的A0、A1端作为多路开关的选通信号。

MAX309为双回路的模拟开关芯片。

其中一路是由2K、1K、1K、1K组成的电阻分压网络，分别取出3V、2V、1V、0V的直流电压作为信号所要显示波形的直流分量，使其在示波器的不同位置上显示出来。

另一路则为信号源的四个输入端，通过Qa、Qb对四路开关的控制，分别对回路信号进行选通（两路选通信号同步进行）。

信号由多路开关输出后再由运放电路IC5（LF353）进行放大或衰减处理。

信号通过改变反馈电阻10K、10K、40K、60K、60K对其进行放大或衰减。

用四路波段开关分别选择不同反馈电阻，实现不同增益的控制，最终完成与直流分量重叠相加后输出的目的。

主要元器件：

555震荡器TCL766074LS1691/2MAX309　

2.1　电路调试

　　用万用表测ICL7660的5脚是否为-5V,如果输出正确,进行下一步的测量,用示波器观察555输出的波形是否正确,其频率值是否与计算值相同,其次再用示波器观到计数器的Qa、Qb端的波形是否为555时基信号的二分频、四分频,最后观察第一路开关的输出是否为阶梯波信号,台阶数值分别为0V、lV、2V、3V。

然后分别接人4路不同的信号,用示波器观察其最终输入波形是否在示波器水平位置显示出来,改变波段开关即可改变其幅值的大小。

 2.2　振荡电路与模拟开关电路的分析

图2555震荡器电路图

　　NE555时基振荡器输出频率的精度对由74LS169所组成计数器的可靠性影响较大，因此，必须给予重视。

如图1所示，NE555组成的时基振荡器产生的振荡周期T=0.693（R1+2R2）·C，振荡频率f=1/T，即f=1.443/（R1+2R2）·C，输出振荡频率波形的占空比D=t1/T=（R1+R2）/（R1+2R2）

图2555时基振荡器

图3   

注：

t1为输出脉冲的持续时间

　　t1=0.693（R1+R2）·C

　　当R2>>R1时，则D约等于50%，即输出振荡波形为方波。

由上述有关公式的推导，得出以下结论。

   ●振荡周期与电源电压VDD无关，主要取决于充电放电的总时间常数，即仅与R1、R2和C的数值有关。

   ●振荡信号的占空比与电容C的大小无关，而仅与R1、R2的大小比值有关。

   模拟开关和多路转换器的作用主要用于信号的切换，目前集成模拟电子开关在小信号领域已成为主导产品，与以往的机械触点式电子开关相比，集成电子开关有许多优点，例如，切换速率快、无抖动、耗电省、体积小、工作可靠且容易控制等。

但它也有若干缺点，如导通电阻较大，输入电流容量有限，动态范围小等。

因而集成模拟开关主要使用在高速切换，要求系统体积小的场合。

在较低的频段上（f<10Hz），则广泛采用双极晶体管工艺。

2.3　选择开关时需要重点注意以下指标：

   ●通道数量。

集成模拟开关通常包括多个通道，通道数量对传输信号的精度和开关切换速率有直接的影响，通道数量越多，寄生电容和泄漏电流就越大。

   ●泄漏电流。

一个理想的开关要求导通时电阻为零，断开时电阻趋于无限大，漏电流为零，常规的CMOS漏电流约1nA。

如果信号源内阻很高，传输信号是电流量时，就特别需要考虑模拟开关的泄漏电流，一般希望泄漏电流越小越好。

   ●导通电阻。

导通电阻会损失信号，使精度降低，尤其是当开关串联的负载为低阻抗时损失会更大。

因此，导通电阻的一致性越好，系统在采集各路信号时由开关引起的误差也就越小。

   ●开关速度。

指开关接通或断开的速度。

对于需要传输快变化信号的场合，要求模拟开关的切换速度快，同时还应考虑与后级采样保持电路A/D转换器的速度相适应，从而以最优的性能价格比来选择器件。

除上述指标外，芯片的电源电压范围也是一个重要参数，它与开关的导通电阻和切换速度等有直接关系，电源电压越高，切换速度越快，导通电阻越小，反之，导通电阻越大。

图5选通开关

3心得体会

　回顾历时两个礼拜左右的从理论准备，到实践准备，到系统设计，到最后撰写论文、定稿，此时，我思绪万千，收益颇丰，既有对已有知识和技能的巩固，又有对新知识的理解和掌握，同时也提高了我的动脑和动手能力，使我了解了设计的步骤，获得了设计过程中的一些经验。

，主要有以下几点：

　１．在这次课程设计中，我采用理论与实际相结合的方法，将过去所学的电工知识、电子知识与PC机知识应用到设计当中，很好地解决了课程设计中遇到的各种问题。

这对我来说不仅是对所学知识的理解、巩固和加深，而且增强了运用所学知识解决实际问题的能力。

２．此次课程设计，我掌握了开发研究的基本方法和过程并培养了对新事物的认识，学习，掌握和运用的能力。

３．在这次课程设计中，我学习并且掌握了有关标定应用系统和程序控制的知识，了解了许多以前从未接触过的知识，开阔了视野，增长了见识，为以后的工作打下了坚实的基础。

4．这次课程设计，端正了我的学习态度.使我更深刻的认识到团结协作和虚心求教的重要性，这是完成一份工作所必需的，也是作好一份工作的前提。

4结语　

在电路设计和调试过程中发现，对波形显示效果影响最大的因素是NE555振荡器的振荡频率和幅度的稳定性，要想在示波器上得到完整而稳定的波形，频率不能偏低，幅度不宜过小。

参考文献

1．侯建军主编.数字电路实验一体化教程,清华大学出版社

2．阎石主编.数字电子技术基础,高等教育出版社

３．陈汝全主编.电子技术常用器件应用手册第二版,机械工业出版社

４．沙占友主编.数字化测量技术及应用,机械工业出版社

５．郑君里杨为理主编.信号与系统,高等教育出版社

６．谈文心邓建国张相臣主编.高频电子线路,西安交通大学出版社，

7．孙淑艳主编.电子技术实践教学指导书,中国电力出版社

8．延明主编.数字逻辑设计实验与EDA技术,北京邮电大学出版社

致谢：

本人在课程设计期间得到了丁永红和鲁旭涛老师的悉心指导和关怀。

从论文的撰写到定稿，每一环节都倾注着导师大量的心血，凝聚着导师的睿智。

他们为我提供了大量的建议和资料，并且帮助我解决了许多疑点和难题，使我的设计得以如期顺利进行。

老师们严谨的治学精神，强烈的事业心和高度的责任感，还有对科学执着的追求和大胆创新的精神都使我在各个方面受益非浅。

在此，特向丁永红和鲁旭涛老师表示诚挚的感谢。

在论文的撰写过程中，作者还得到了其他同学的大力支持和热心帮助，他们提出了许多宝贵的意见，使得论文顺利完成，在此表示衷心的感谢。

向本文所引用文献的作者们致敬。