課程設計說明書《多種波形發(fā)生器》

1、<p><b>　　課程設計說明書</b></p><p>　　設計題目： 多種波形發(fā)生器 </p><p>　　系 別： 應用電子與通信技術系 </p><p>　　班 級： </p><p>　　學生姓名：

2、 </p><p>　　指導教師： </p><p>　　成 績：_______________ __ </p><p>　　2010年 3 月 19 日</p><p>　　課 程 設 計 任 務 書</p><p>　　2010年3 月 19

3、日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒 論1</b></p><p>　　1.1 課題背景1</p><p>　　1.2 設計要求1</p><p>　　1.2.1 設計題目和設計指標1</p><p

4、>　　1.2.2 設計功能1</p><p>　　第2章整機電路的組成2</p><p><b>　　2.1電路圖2</b></p><p>　　2.2 電路圖的比較3</p><p>　　2.3 電路圖的選定3</p><p>　　第3章 整機電路框圖4</p>

5、<p>　　3.1整機電路框圖4</p><p>　　3.1.1 電路的方框圖的原理4</p><p>　　第4章 單元電路設計、器件的選擇5</p><p>　　4.1 555定時器及其應用5</p><p>　　4.1.1 工作原理5</p><p>　　4.1.2 內部電路框圖及引腳功能5

6、</p><p>　　4.2發(fā)光二極管7</p><p>　　4.2.1工作原理7</p><p>　　4.2.2 結構圖7</p><p><b>　　4.3 電容器8</b></p><p>　　4.3.1 電容的作用8</p><p>　　4.3.2電容的工

7、作原理9</p><p><b>　　4.4 電阻器9</b></p><p>　　4.4.1 電阻器的介紹9</p><p>　　4.4.2 電阻器的作用9</p><p>　　第5章 電路的組裝與調試11</p><p>　　5.1電路的工作原理11</p><

8、p>　　5.2 元器件的檢測11</p><p>　　5.3 電路的組裝12</p><p>　　5.4 電路的調試12</p><p><b>　　結論13</b></p><p><b>　　收獲與體會14</b></p><p><b>　　致

9、 謝15</b></p><p><b>　　參考文獻16</b></p><p>　　附錄1 元件清單17</p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p><b>　　1.1 課題背景</b></p><p>　

10、　波形發(fā)生器廣泛用于各大院校和科研場所。隨著科技的進步和社會的發(fā)展，單一的波形發(fā)生器已經不能滿足人們的需求，而我們設計的正是多種波形發(fā)生器。</p><p>　　利用脈沖數字電路原理設計了多種波形發(fā)生器，該發(fā)生器通過555數字芯片構成多謝振蕩器，組成RC積分電路來分別實現(xiàn)方波、三角波和正弦波的輸出。它的制作成本不高，電路簡單，使用方便，有效的節(jié)省了人力，物力資源，具有實際的應用價值。</p><

11、;p><b>　　1.2 設計要求</b></p><p>　　用小規(guī)模集成芯片設計一個多種波形發(fā)生器，要求能實現(xiàn)方波、三角波和正弦波等多種波形的輸出。并且電路現(xiàn)象應清晰。</p><p>　　1.2.1 設計題目和設計指標</p><p>　　題 目：多種波形發(fā)生器</p><p>　　技術指標：1、輸出波

12、形工作頻率范圍為100HZ～1KHZ且連續(xù)可調</p><p><b>　　2、方波幅值±3V</b></p><p>　　3、三角波幅值±0.3V</p><p>　　4、正弦波幅值±0.1V</p><p>　　1.2.2 設計功能</p><p>　　主要功能：

13、用中小規(guī)模集成芯片設計制作產生方波、三角波和正弦波等多種波形信號輸出的波形發(fā)生器。</p><p>　　基本知識：數子電子技術、模擬電子技術、555定時電路的原理及功能。</p><p>　　第2章整機電路的組成</p><p><b>　　2.1電路圖</b></p><p>　　拿到課題后，我們分成兩組，經過一天的查

14、找，搜集資料我們找到了兩套方案：</p><p>　　圖2-1電路圖圖2-2電路圖</p><p>　　2.2 電路圖的比較</p><p>　　如圖2-1電路可同時產生方波、三角波、正弦波并輸出，該信號發(fā)生器電路簡單、成本低廉、調整方便。555定時器接成多諧振蕩器工作形式，C2為定時電容，C2的充電回路是R2→R3→RP→C2；C2的放電回路是C2→RP→R3→I

15、C的7腳(放電管)。由于R3+RP》R2，所以充電時間常數與放電時間常數近似相等，由IC的3腳輸出的是近似對稱方波。按圖所示元件參數，其頻率為1KHZ左右，調節(jié)電位器RP可改變振蕩器的頻率。方波信號經R4、C5積分網絡后，輸出三角波。三角波再經R5、C6積分網絡，輸出近似的正弦波。C1是電源濾波電容。發(fā)光二極管VD用作電源。</p><p>　　如圖2-2所示該電路由積分器、施密特觸發(fā)器、四模擬開關和反相放大器等

16、組成。四模擬開關CD4066由IC3的輸出控制，使K1～K4通斷。IC1輸出三角波，當其值超過2／3UDD時，555的3腳輸出低電平，使K1、K3、K4斷開，而K3接通；當三角波降至1／3UDD時，K2斷開，K1、K3、K4接通。此電路可有四種波形輸出，即三角波、方波、負向鋸齒波、間歇正想鋸齒波。改變C1可改變輸出信號的頻率，外加電壓Um的大小決定輸出波形的頻率，轉換系數約為2KHZ/V.</p><p>　　2

17、.3 電路圖的選定</p><p>　　小組人員在對兩套方案的優(yōu)缺點進行認真比對以及指導老師孫會楠老師的建議下，考慮到現(xiàn)在的工作環(huán)境以及實現(xiàn)幾率小組人員決定選電路簡單、成本低廉、調試方便無環(huán)境需求的第一套方案。</p><p>　　第3章 整機電路框圖</p><p><b>　　3.1整機電路框圖</b></p><p&

18、gt;　　根據課題設計技術指標的要求，本電路主要由電源指示燈、多諧振蕩器、方波輸出電路、三角波輸出電路、正弦波輸出電路等幾部分組成。整機電路框圖如2-1所示</p><p>　　圖3-1 多種波形發(fā)生器方框圖</p><p>　　3.1.1 電路的方框圖的原理</p><p>　　其工作原理為：通過6V電源給電路供電，多諧振蕩器輸出脈沖給方波輸出電路，方波信號經RC

19、積分電路后輸出三角波，輸出三角波再經RC積分電路輸出正弦波。</p><p>　　第4章 單元電路設計、器件的選擇</p><p>　　4.1 555定時器及其應用</p><p>　　4.1.1 工作原理</p><p>　　555電路的內部電路方框圖如圖3-1所示。它含有兩個電壓比較器，一個基本RS觸發(fā)器，一個放電開關管T，比較器的參考電

20、壓由三只5K的電阻構成的分壓器提供。它們分別使高電平比較器C1的同相輸入端和低電平比較器C2的反相輸入端的參考電平為2／3Vcc和1／3Vcc.C1與C2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開關狀態(tài)。當輸入信號自6腳，即高電平觸發(fā)輸入并超過參考電平2／3Vcc時，觸發(fā)器復位；當輸入信號自2腳輸入并低于1／3Vcc時，觸發(fā)器置位。</p><p>　　4.1.2 內部電路框圖及引腳功能</p><

21、p>　　圖4—1 555定時器邏輯符號和引腳</p><p>　　555定時器的內部電路框圖及邏輯符號和管腳排列分別如圖</p><p><b>　　引腳功能：</b></p><p>　　Vi1（TH）：高電平觸發(fā)端，簡稱高觸發(fā)端，又稱閾值端，標志為TH。</p><p>　　Vi2（）：低電平觸發(fā)端，簡稱低觸發(fā)

22、端，標志為。</p><p>　　VCO：控制電壓端。</p><p><b>　　VO：輸出端。</b></p><p><b>　　Dis：放電端。</b></p><p>　?。簭臀欢?。是復位端，低電平有效。復位后, 基本RS觸發(fā)器的端為1（高電平），經反相緩沖器后，輸出為0（低電平）。<

23、;/p><p><b>　　4.2發(fā)光二極管</b></p><p><b>　　4.2.1工作原理</b></p><p>　　發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二極管，當電子與空穴復合時能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管，在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。磷砷化

24、鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光。</p><p>　　它是半導體二極管的一種，可以把電能轉化成光能；常簡寫為LED。發(fā)光二極管與普通二極管一樣是由一個PN結組成，也具有單向導電性。當給發(fā)光二極管加上正向電壓后，從P區(qū)注入到N區(qū)的空穴和由N區(qū)注入到P區(qū)的電子，在PN結附近數微米內分別與N區(qū)的電子和P區(qū)的空穴復合，產生自發(fā)輻射的熒光。不同的半導體材料中電子和空穴所處的能量狀態(tài)不同。當電子和空穴

25、復合時釋放出的能量多少不同，釋放出的能量越多，則發(fā)出的光的波長越短。常用的是發(fā)紅光、綠光或黃光的二極管。</p><p><b>　　4.2.2 結構圖</b></p><p>　　圖4-2發(fā)光二極管結構圖</p><p><b>　　4.3 電容器</b></p><p>　　4.3.1 電容的作

26、用</p><p>　　所謂電容，就是容納和釋放電荷的電子元器件。電容的基本工作原理就是充電放電，當然還有整流、振蕩以及其它的作用。另外電容的結構非常簡單，主要由兩塊正負電極和夾在中間的絕緣介質組成，所以電容類型主要是由電極和絕緣介質決定的。在計算機系統(tǒng)的主板、插卡、電源的電路中，應用了電解電容、紙介電容和瓷介電容等幾類電容，并以電解電容為主。</p><p>　　紙介電容是由兩層正負錫箔

27、電極和一層夾在錫箔中間的絕緣蠟紙組成，并拆疊成扁體長方形。額定電壓一般在63V～250V之間，容量較小，基本上是pF(皮法)數量級。現(xiàn)代紙介電容由于采用了硬塑外殼和樹脂密封包裝，不易老化，又因為它們基本工作在低壓區(qū)，且耐壓值相對較高，所以損壞的可能性較小。萬一遭到電損壞，一般癥狀為電容外表發(fā)熱。</p><p>　　瓷介電容是在一塊瓷片的兩邊涂上金屬電極而成，普遍為扁圓形。其電容量較小，都在pμF(皮微法)數量級

28、。又因為絕緣介質是較厚瓷片，所以額定電壓一般在1～3kV左右， </p><p>　　很難會被電損壞，一般只會出現(xiàn)機械破損。在計算機系統(tǒng)中應用極少，每個電路板中分別只有2～4枚左右。</p><p>　　電解電容的結構與紙介電容相似，不同的是作為電極的兩種金屬箔不同(所以在電解電容上有正負極之分，且一般只標明負極)，兩電極金屬箔與紙介質卷成圓柱形后，裝在盛有電解液的圓形鋁桶中封閉起來。因此

29、，如若電容器漏電，就容易引起電解液發(fā)熱，從而出現(xiàn)外殼鼓起或爆裂現(xiàn)象。電解電容都是圓柱形(圖1)，體積大而容量大，在電容器上所標明的參數一般有電容量(單位:微法)、額定電壓(單位:伏特)，以及最高工作溫度(單 </p><p>　　位:℃)。其中，耐壓值一般在幾伏特～幾百伏特之間，容量一般在幾微法～幾千微法之間，最高工作溫度一般為85℃～105℃。指明電解電容的最高工作溫度，就是針對其電解液受熱后易膨脹這一特點的。

30、所以，電解電容出現(xiàn)外殼鼓起或爆裂，并非只有漏電才出現(xiàn)，工作環(huán)境溫度過高同樣也會出現(xiàn)。 </p><p>　　4.3.2電容的工作原理</p><p>　　從某種意義上說，電容器有點像電池。盡管兩者的工作方式截然不同，但它們都能存儲電能。像電池一樣，電容器也具有兩個電極。在電容器內部，這兩個電極分別連接到被電介質隔開的兩塊金屬板上。電介質可以是空氣、紙張、塑料或其他任何不導電并能防止這兩個金

31、屬極相互接觸的物質。利用兩片鋁箔和一張紙，您就可以輕松地制作一個電容器。充電完成后，電容器與電池具有相同的電壓（如果電池電壓是1.5伏特，則電容器電壓也是1.5伏特）。小電容器容量較低，但大電容器可以容納大量電荷。</p><p><b>　　4.4 電阻器</b></p><p>　　4.4.1 電阻器的介紹</p><p>　　導體對電流的

32、阻礙作用就叫導體的電阻。電阻（Resistor）是所有電子電路中使用最多的元件。電阻的主要物理特征是變電能為熱能，也可說它是一個耗能元件，電流經過它就產生內能。電阻在電路中通常起分壓分流的作用，對信號來說，交流與直流信號都可以通過電阻。 電阻都有一定的阻值，它代表這個電阻對電流流動阻擋力的大小。電阻的單位是歐姆，用符號“Ω”表示。歐姆是這樣定義的：當在一個電阻器的兩端加上1伏特的電壓時，如果在這個電阻器中有1安培的電流通過，則這個電阻器

33、的阻值為1歐姆。出了歐姆外，電阻的單位還有千歐（KΩ，兆歐（MΩ）等。</p><p>　　4.4.2 電阻器的作用</p><p>　　小功率電阻器通常為封裝在塑料外殼中的碳膜構成，而大功率的電阻器通常為繞線電阻器，通過將大電阻率的金屬絲繞在瓷心上而制成。</p><p>　　如果一個電阻器的電阻值接近零歐姆（例如，兩個點之間的大截面導線），則該電阻器對電流沒有阻

34、礙作用，串接這種電阻器的回路被短路，電流無限大。如果一個電阻器具有無限大的或很大的電阻，則串接該電阻器的回路可看作開路，電流為零。工業(yè)中常用的電阻器介于兩種極端情況之間，它具有一定的電阻，可通過一定的電流，但電流不像短路時那樣大。電阻器的限流作用類似于接在兩根大直徑管子之間的小直徑管子限制水流量的作用。</p><p><b>　　4.5 電位器</b></p><p&g

35、t;　　4.5.1 電位器的介紹</p><p>　　電阻器是一個限流元件，將電阻接在電路中后，它可限制通過它所連支路的電流大小。如果一個電阻器的電阻值接近零歐姆（例如，兩個點之間的大截面導線），則該電阻器對電流沒有阻礙作用，串接這種電阻器的回路被短路，電流無限大。如果一個電阻器具有無限大的或很大的電阻，則串接該電阻器的回路可看作開路，電流為零。工業(yè)中常用的電阻器介于兩種極端情況之間，它具有一定的電阻，可通過一定

36、的電流，但電流不像短路時那樣大。電阻器的限流作用類似于接在兩根大直徑管子之間的小直徑管子限制水流量的作用。</p><p>　　4.5.2 電位器結構圖</p><p>　　圖4—3 電位器結構圖</p><p>　　第5章 電路的組裝與調試</p><p>　　5.1電路的工作原理</p><p>　　工作原理：電路

37、可同時產生方波、三角波、正弦波并輸出，該信號發(fā)生器電路簡單、成本低廉、調整方便。555定時器接成多諧振蕩器工作形式，C2為定時電容，C2的充電回路是R2→R3→RP→C2；C2的放電回路是C2→RP→R3→IC的7腳(放電管)。由于R3+RP》R2，所以充電時間常數與放電時間常數近似相等，由IC的3腳輸出的是近似對稱方波。按圖所示元件參數，其頻率為1KHZ左右，調節(jié)電位器RP可改變振蕩器的頻率。方波信號經R4、C5積分網絡后，輸出三角波

38、。三角波再經R5、C6積分網絡，輸出近似的正弦波。C1是電源濾波電容。發(fā)光二極管VD用作電源。</p><p>　　5.2 元器件的檢測</p><p>　　電路組裝調試之前首先要對所用元器件進行檢測，判斷元器件的好壞和確定元器件的引腳及極性。下面將分別介紹電路中所用到的元器件的檢測方法。</p><p>　　1．二極管引腳極性的檢測</p><

39、p>　　檢測內容：判別正、負電極。</p><p>　　將萬用表置于R×100檔或R×1k檔，兩表筆分別接二極管的兩個電極，測出一個結果后，對調兩表筆，再測出一個結果。兩次測量的結果中，有一次測量出的阻值較大（為反向電阻），一次測量出的阻值較?。檎螂娮瑁?。在阻值較小的一次測量中，黑表筆接的是二極管的正極，紅表筆接的是二極管的負極。</p><p>　　2．極性

40、電容引腳極性的檢測</p><p>　　檢測內容：判斷正、負極。</p><p>　　測量時,先假定某極為“+”極,讓其與萬用表的黑表筆相接,另一電極與萬用表的紅表筆相接,記下表針停止的刻度(表針靠左阻值大),然后將電容器放電(既兩根引線碰一下),兩只表筆對調,重新進行測量。兩次測量中,表針最后停留的位置靠左(阻值大)的那次,黑表筆接的就是電解電容的正極。</p><p

41、>　　5.3 電路的組裝與調試</p><p>　　第一步：把電路圖中所需的元器件的參數算出來；</p><p>　　第二部：選購元器件；</p><p>　　第三步：把所選的元器件進行檢測看是否有無短路現(xiàn)象；</p><p>　　第四步：準備好所需工具；</p><p>　　第五步：擺放元器件，調整局部元器件位

42、置，使之達到美觀有利于焊接；</p><p>　　第六步：把擺放好的元器件焊接到電路板上；</p><p>　　第七步：按電路圖將電源線、接地線、波形輸出線接好；</p><p><b>　　5.4 電路的調試</b></p><p>　?。?）把焊接好的電路板通電，看電源指示燈是否亮。</p><p

43、>　?。?）把方波輸出線接在示波器上看是否有波形輸出。</p><p>　　（3）把三角波和正弦波輸出線分別接在示波器上看是否有波形的輸出，按照電路圖所示檢查輸出波形的積分網絡是否短路。</p><p>　?。?）如果電源指示燈亮，但沒有波形的輸出，調節(jié)RP改變頻率看是否有波形輸出。</p><p><b>　　結論</b></p&

44、gt;<p>　　課程設計題目：多種波形發(fā)生器</p><p>　　功 能：用中小規(guī)模集成芯片設計制作產生方波、三角波和正弦波等多種波形信號輸出的波形發(fā)生器。</p><p>　　技 術 指 標 ：1、輸出波形工作頻率范圍為100HZ～1KHZ且連續(xù)可調。2、方波幅值±3V。</p><p>　　經過三周的努力，我們完成了本次課

45、程設計，并且基本達到了預期的效果，實現(xiàn)了其要求的功能和各項指標。</p><p>　　在課程設計進行的過程中，總會遇到這樣那樣的問題。首先在連接電路時電線的搭接錯誤，然后我們就對電路一部分一部分進行檢查，因此在這方面耗費的時間很多。在檢查過程中還出現(xiàn)了個別元件沒有接地的現(xiàn)象。其次是對電路各部分參數的計算。在電路調試過程中555定時器實現(xiàn)了其功能，輸出波形，電路正常工作。</p><p>&

46、lt;b>　　收獲與體會</b></p><p>　　這次課程設計歷時三個星期，通過課程設計，發(fā)現(xiàn)自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經驗還是比較缺乏，理論聯(lián)系實際的能力還急需提高。</p><p>　　這次的課程設計也讓我看到了團隊的力量，我認為我們的工作是一個團隊的工作，團隊需要個人，個人也離不開團隊，必須發(fā)揚團結協(xié)作的精神。。剛開始的時候，大家就分配

47、好了各自的任務，大家有的繪制原理圖，進行仿真實驗，有的積極查詢相關資料，并且經常聚在一起討論各個方案的可行性。在課程設計中只有一個人知道原理是遠遠不夠的，必須讓每個人都知道，否則一個人的錯誤，就有可能導致整個工作失敗。團結協(xié)作是我們成功的一項非常重要的保證。而這次設計也正好鍛煉我們這一點，這也是非常寶貴的。</p><p>　　在這個過程中，我也曾經因為實踐經驗的缺乏失落過，也曾經仿真成功而熱情高漲。生活就是這樣

48、，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不變的話題。雖然這只是一次的極簡單的課程制作，可是平心而論，也耗費了我們不少的心血！</p><p>　　通過這次課程設計，我深刻的體會到：為完成這次課程設計我們確實很辛苦，但苦中仍有樂，和團隊人員這二十幾天的一起工作的日子，讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學里三年的相處還趕不上這二十來天的實習，我感覺我和同學之間的距離更加近了。這

49、個工程確實很難調試，但當我們仿真實驗成功的時候，當我們連好示波器，按下按鈕，各種波形顯現(xiàn)出來，各種指標參數達到要求的時候，我們的心中就不免興奮，不免激動。以前種種艱辛這時就變成了最甜美的回憶！</p><p>　　對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學無止境的道理。我們每一個人永遠不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財富，經歷是一份擁有。這

50、次課程設計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在這次課程設計過程中，我得到了許多人的幫助。首先我要感謝我的指導老師**老師在課程設計上給予我耐心的指導。在這里向老師深深的對老師問候一句“老師您辛苦了”！</p><p>　　其次，我要感謝幫助過我的同學，他們也為我解決了不少

51、我不太明白的設計方面的難題，還有我要感謝與我朝夕相處的搭檔，在這些日子里，他們和我一塊努力奮斗，一起努力，相互鼓勵相互扶持。才能使我們很順利的完成這次課程設計。</p><p>　　最后再一次感謝所有在設計中曾經幫助過我的良師益友和同學。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　數字電子技術.高等教育出版社.主編：余孟

52、嘗</p><p>　　模擬電子技術.高等教育出版社.主編：楊素行</p><p>　　電子元器件的選用與檢測.化學工業(yè)出版社.2006</p><p>　　電子電路設計與制作.福建科學技術出版社.主編：劉征宇</p><p>　　通用集成電路速查手冊.山東科學技術出版社.2004.主編：彭銘泉</p><p>　　電