课程设计波形变换器.docx
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课程设计波形变换器
2013课程设计—波形变换器之巴公井开创作
学号201140600116
班级2011级自动化02班
姓名朱玉菲
同组者成鑫鑫
内容摘要：
本设计主要分为波形变换部分和频率丈量部分，波形变换部分由LM324运放与分立元件共同搭建，由三角波发生器发生三角波，与给定的信号通过加法器进行信号叠加，再经过滤波器滤掉高频信号，最后与三角波一同送入比较器得到一个占空比变更的方波。
LM324是四运放集成电路，内部包含四组完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器。
555定时器外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲发生与变换电路。
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。
Multisim的仿真分析方法结合波形变换电路的实例，理论结果与仿真结果一致，在电路基础实验教学中具有非常重要的意义。
关键词：
LM324Multisim波形变换频率丈量
一、设计内容及要求
使用给定器件实现图1框图所示电路功能。
二、具体要求
的正弦波信号，
；
2.
-2
t
0
2
uo1/V
T1
图2
设计一个信号发生电路，发生如图2所示波形uo1。
其中T1=2ms，允许有±10%的误差；
3.uo1，ui1相加，使uo2=10ui1+uo1；
4.uo2经滤波器滤除uo1频率分量，选出频率为f0的正弦波信号为uo3。
uo3峰-峰值为9V，用示波器观察无明显失真；
5.将uo3与uo1比较，得到峰值为6V的输出电压uo4；
6.丈量uo4的频率并用数码管显示（注：
该部分可以用中小规模数字电路实现，亦可用VHDL或Verilog语言编程，下载到EPM7128芯片实现。
）；
7.要求预留ui1，uo1，uo2，uo3，uo4的测试端子。
三、设计思路：
分段设计，首先设计三角波变换电路，然后设计加法器、滤波器、波形比较器、频率丈量部分。
分块电路和总体电路的设计
（1）三角波转换器
XFG1是函数型号发生器，发生
的正弦波信号，
，经过U1A转化成方波信号，R₁=100Ω具有限流的作用，BZX79-C6V2为6.2V的稳压管，具有稳压的作用；U3B为积分电路，方波信号经过U3B转化成三角波，题目要求三角波峰峰值为4V，根据公式计算R₃=3.2KΩ，C₁=1μF，仿真电路R3=1.7KΩ，R₂=10KΩ作用是防止低频信号增益过大。
但实际实验时测的R₃=2.189KΩ，C₁=1μF，R2=10.02KΩ，R4=1.005KΩ。
（2）加法器
题目要求正弦波信号与方波信号相加满足uo2=10ui1+uo1
所以采取同相比例求和电路满足R4//R6=R8//R7。
理论上R6=R8=1KΩ，R4=R7=10KΩ，但实际实验时电阻R4=10.03KΩ，R6=1.001KΩ，R8=1.002KΩ，R7=9.83KΩ。
（3）滤波电路
题目要求uo2经滤波器滤除uo1频率分量，选出频率为f0的正弦波信号为uo3。
uo3峰-峰值为9V，用示波器观察无明显失真；所以经过试验，我们采取压控电压源二阶带通滤波电路；Up为同相比例运算电路的输入，比例系数Auf=Uo/Up=1+R10/R11，当C3=C2=C,R11=R9,R12=2R9时电路的传递函数
，令中心频率
，电压放大倍数
，当f=f0时，得出通带放大倍数
，令上式分母的模为
，即分母的虚部的绝对值为1，即
，解方程，取正根，就可得到下限截止频率fp1和上限频率fp2分别是
，
，因此通频带
，所以通过计算电阻、电容所选参数大小分别如图所示。
但实际实验时测的电阻R11=302.4KΩ，R9=405.6KΩ，R5=9.93KΩ,R12=9.99KΩ,R10=1.008KΩ。
（4）比较器
题目要求将uo3与uo1比较，得到峰值为6V的输出电压uo4，所以选用过零比较器，其中R13=100Ω作用是限流；因为经过滤波电路输出的正弦波在经过过零比较器所得的方波信号电压幅值很大，所以要用稳压管将电压降到6v。
实际测的R13=104.2Ω，具有限流的作用。
（5）频率丈量电路
计数器是数字电路中使用广泛的功能器件；双时钟加/减计数器74LS192具有异步清零、预置数的功能，可以方便的构成三位十进制计数器，对波形变换电路发生的方波信号进行计数。
（6）单脉冲触发器
555定时器可构成单脉冲触发器，发生1s的单脉冲，与方波信号相与，实现1s内计数。
（7）电路仿真实现
工作原理：
函数信号发生器发生正弦波经过过零比较器U1A、积分电路U3B发生峰峰值为4v的三角波，然后三角波与正弦波经过加法器U2A，滤波电路U2D发生频率为500HZ、峰峰值为9v的正弦波，经过比较器发生幅值为6v的方波信号。
数电计数部分是在数电实验箱上进行的，计数结果为500。
三、组装调试的内容。
①使用的主要仪器和仪表；
1）直流稳压电源1台2）示波器1台
3）万用表1台4）模拟实验装置1台
5）数字实验箱1台6）函数信号发生器1台
②调试电路的方法和技巧；
用示波器观察电路波形，然后调节电位器得到所需要的波形和幅值。
③测试的数据和波形并与计算结果比较分析；
仿真波形图
实际波形图：
三角波
三角波
加法器输出波
峰峰值
频率
峰峰值
频率
理论
500HZ
实际
3V-4V
误差
0
0
5.08%
方波和正弦波
正弦波
方波
峰峰值
频率
幅值
频率
理论
0V-6V
500HZ
实际
误差
0.2%
2%
6%
实际电路板图
数据分析：
在实验误差允许范围内，输出波形幅值与频率符合实验预期要求。
误差分析：
实际所用元器件数值与理论不相符合，而且示波器和函数信号发生器有信号干扰，导致波形输出幅值和频率有一定的动摇。
④调试中出现的故障、原因及排除方法。
①方波的峰峰值过低或者过大，稳压管没有起到相应的作用。
通过不竭改变Ro的值（由于Rw改变不方便，还调过它）最终得到满足要求的波形。
②实验过程中滤波电路波形失真，原因是参数选用分歧理，调节电位器以得到所需波形；
③三角波的上升沿比较粗，下降沿比较细。
通过改变R2和C1的值不竭改变波形频率，最后得到相对对称的三角波上升下降沿。
④正弦波输出端输出的是三角波电压，解决方式是调整滤波电容的值，使之达到滤波的效果，最后输出比较圆滑的正弦波。
⑤计数时，直接用函数信号发生器发生方波信号在和单脉冲输出信号相与，可得到正确的计数结果，但如果波形转换发生的方波信号和脉冲输出信号相与，不克不及得到稳定的计数结果，原因是方波信号幅值影响，所以用稳压管调节方波信号的幅值，以达到预期结果。
四、总结设计电路和方案的优缺点，指出课题的核心及实用价值，提出改进意见和展望。
优缺点：
用单脉冲定时器定时1s，可直接用，而采取多谐振荡器定时1s，还需要用锁存器进行锁存，所以本方案比较简单。
但波形转换器输出的方波信号与计数器的输入信号存在不匹配问题，在计数过程中计数结果不稳定，要考虑设计合适的电平转换电路。
核心：
本实验的核心是设计一个波形转换器，并对最后输出的方波信号进行1s计数，在单元电路设计的基础上，设计出具有各种分歧用途和一定工程意义的电子装置。
改进意见和展望：
本实验只能实现正弦波、三角波、方波之间的转换，而对于其他类型的波形则不克不及实现，希望将来可以优化改进电路，设计各种波形转换器
C（F）
个数
1u
3
1
五、列出系统需要的元器件
R（Ω）
个数
1K
4
10K
5
100Ω
1
Rw（Ω）
个数
10K
4
四运放LM324两个、双时钟加/减计数74LS192三个、555芯片一个、6.2V稳压管三个、四2输入与门74LS08一块、导线若干
六、收获、体会。
通过这次综合实验，复习了上学期比较重要的模电知识，知道了部分自己设计电路的难点，各个原件的数值需要事先确定。
加强了对电路的整体掌控能力，从一开始简单地搭建一块面包板到后来相对比较有条理、比较美观的面包板，这是一个质的改变，绝对会对将来的电路实验影响很大。
总之，这次实验的好处现在看来可能不太明显，但一定会在将来慢慢体现出来。
七、参考文献。
[1]阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社
[2]童诗白《模拟电子技术基础》高等教育出版社
[3]《电子技术基础》康华光主编
[4]《现代电子线路和技术实验简明教程》孙肖子主编
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