正弦波低频信号发生器.docx

1、正弦波低频信号发生器电子技术课程设计报告题 目： 正弦波低频信号发生器 专 业： 自动化 班 级： 一班学 号： 02号 姓 名： 王冉指导教师：赵宇驰 设计日期：2012年9月22日星期六摘要：正弦信号发生器是信号发生器中最常见的一种，由于数字电路构成的低频信号发生器，多是由一些芯片组成，其低频性能比模拟信号发生器号得多，而且体积较小，输出的错误信号谐波比较少，频率和振幅相对比较稳定，本文协助555定时器产生方波，再借助滤波电路，产生频率可调且输出稳定的正弦波。 在产生了稳定可调的正弦波之后，再借助A/D转换，用一些芯片，讲正弦波信号的幅值通过数码管显示出来，完成幅显的功能。并且用一种数字电

2、路中常用的十进制计数器芯片74LS160讲正弦波的频率通过数码管显示出来，完成频显的功能。关键词：低频 555定时器 正弦信号 滤波 频显 幅显一、设计目的作用（1）利用所学单片机理论知识，进行软硬件整体设计。锻炼学生理论联系实际，提高我们我们的综合应用能力。（2）本次设计，我们将以单片机为基础，设计并开发出能输出正弦波，且频率幅度可变的函数发生器。掌握各接口芯片功能特性及接口方法，并运用其实习简单的微机应用系统功能器件。（3）通过这几个波形进行组合形成一个函数发生器，使得学生对系统的整个框架的设计有一个很好的锻炼。这不仅有助于学生找到自己感兴趣的领域，更可以锻炼大家各方面知识的融贯性，更有助

3、于知识的巩固和提高。二、设计要求（1）输出为正弦信号，且输出正弦信号频率为20HZ20KHZ可调（2）数码管显示正弦信号频率，且正弦信号幅值-5V-+5V可调（3）设计接口电路，将这些外设构成一个简单的单片机应用系统，画出接口的连接图。根据开关对输出波形的频率，幅度进行控制调节三、设计的具体实现1、系统概述 利用555定时器产生方波的原理，基于熟悉的知识，我们可以利用555定时器先产生频率可调的方波，再利用模拟电子技术中所学的滤波电路搭建一个多阶的滤波电路，即采用三阶可调滤波电路，利用方波产生频率可调的正弦波。再利用数字电子技术中所学的十进制计数器74LS160和数码显示DCD-HEX来完成频

4、率的显示。由滤波电路产生的正弦波信号，经过一个放大器放大后。形成幅值在-5和+5V可调的正弦波信号，最后，再利用A/D转换装置，经过数码显示装置，完成幅值显示功能。其原理方框图如下： 图一方框原理图2、单元电路设计与分析1. 正弦波的产生模块本组正弦波的产生模块又可以分成方波产生部分两个小模块。先由方波产生部分产生频率可调的方波，再通过正弦波部分，即滤波网络产生正弦波。方波产生部分A 本组正弦波的产生采用的是以芯片555定时器为核心的电路。采用555定时器构成的多谐振荡器，经过一定方式的电路连接，产生方波。B .方波产生信号的连接电路图及原理 图二 方波产生信号的接线原理图计算可得 T10.7

5、R6C1； T20.7R5C1；当设定R5=R6的时候，即可使得T1=T2；由于要求输出频率为20HZ20KHZ；F=1/T=1(T1+T2)1/1.4R6C1当设定C1=1uF时，可以算出 R5=R6=35.735.7K。由于要求产生的信号是频率可调的，而且电路的特点又要求R5=R6，输出端3脚就可以得到一个占空比为50%的矩形波。 但是经滤波产生的矩形不符合要求。故给输出端加反电动势，输出矩形波向下平移，使0坐标轴正好位于矩形波的中间位置，这样通过改变R5、R6的阻值就可以形成输出频率在20HZ20KHZ的方波。C 电路的仿真效果: 图三 电路的仿真结果1.2 正弦波产生模块A滤波网络图及

6、原理 图四 滤波网络图本次采用的是三阶有源低通滤波电路。为了避免滑动变阻器的阻值过大，引起调节不便，我们采用两个小滑动变阻器相串联，为了更好的达到滤波效果，我们设定三组相串联滑动变阻器的阻值相等，即C1=C2=C3=1Uf。对于滤波电路适于通过的频率：f=1/(2*3.14RC).由于电容C 值确定，故只需通过选取滤波网络中的R值，就可得到合适的频率，使得通过波形满足课设要求。B.滤波仿真结果 图五 滤波仿真结果C.隔离装置图及原理 图七 隔离装置图 为了防止波形发生严重变形，故加一个放大倍数为4倍的反向比例器为隔离装置，使得输出幅值为5V。又由于反向比例放大器输入阻值之大，基本可认为是无穷大

7、，故可得如下方波： 图八 方波波形图2.正弦波幅值的调节模块。2、1 正弦波幅值调节及原理。 图九 正弦信号调节电路图2.2最终幅值为最大时的仿真结果以输出幅值为5V的方波发生器产生的方波信号代替前边电路所产生的方波，并把信号送入滤波电路中，其电路原理图和仿真结果如下图所示： 图十 滤波放大电路 图11 最终最大幅值的正弦波仿真结果图3 正弦波信号频率数字显示模块 正弦波信号频率数字显示模块是将正弦波信号发生器的输出信号的频率或与之相等的频率来通过我们设计的电路图在数码管上显示出来。本设计通过计数和正弦波同频率的方波数达到计数正弦波频率的目的。把正弦波输入一个由555构成的施密特触发器中来产生

8、和正弦波同频率的方法，其电路图如图所示图12 同频方波电路本设计中是用一个高电平为1秒，低电平为0.33秒的矩形波来控制频率计数部分。因此这部分包括时钟分频和频率计数显示部分。3.1时钟分频部分A.时钟分频电路图及原理 图13 时钟分频电路原理图时钟分频电路由一个555定时器构成的多谐振荡器和四片74LS160组成，最终能够产生周期1.33秒的脉冲。产生信号的高电平为100ms,低电平为33us。由于555定时器产生的是周期为1.33us的脉冲，而74LS160为十进制计数器，每经过一片74LS160脉冲周期就扩10倍，经过四片该芯片后，就能产生周期为1.33s的脉冲信号，再通过一非门就能得到

9、一个高电平1s低电0.33s是我矩形波，即得到所需的信号，信号如图所示： 图14 控制信号波形3.2正弦波信号发生器频率数字显示的电路图及其原理 图15 正弦波信号发生器频率数字显示的电路图上图中，方波脉冲发生器A代表时钟分频电路，它产生一个周期2s的方波，此电路中数码管每2s变化一次，方波发生器B代表施密特触发器产生的方波信号，且此方波信号和正弦波信号同频率。由10片74LS160组成的电路可分为两部分。第一部分U1和右边的四个芯片为计数部分，主要作用控制信号为高电平时接受方波频率脉冲并计数，当为低电平时将各自的数异步清零。第二部分为存储部分，作用是在下降沿到来时，接受第一部分传来的数据并将其传给数码管显示。3.3正弦波信号发生器频率数字显示的电路仿真结果 图16 正弦波信号发生器频率数字显示仿真结果3.4.正弦波信号幅值数字显示模块：图17 7107的管脚图图 图18 数字电压表的电路图四、总结 此电路基本可以达到实验的各项要求，最大限度的避免了因系统不稳定造成的输出信号不稳定等后果。此次试验，锻炼了我的耐心与细心，使我的单片机及电子线路和模拟线路方面的知识有了很大提高，使知识的连贯性更好。五、附录图19 完整电路图。六、参考文献1.林涛，数字电子技术基础，清华大学出版社，20022.林涛，模拟电子技术基础，清华大学出版社，20063.夏德矜，翁贻方，自动控制理论