電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告--低頻正弦信號(hào)發(fā)生器

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課題名稱 : 低頻正弦信號(hào)發(fā)生器</p><p>　　班 級(jí) : </p><p>　　姓 名 : </p><p><b>　　指導(dǎo)教師 : </b></p><p>　　日

2、 期 : 2012年12月27號(hào)</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)，我們組所選的題目是低頻正弦信號(hào)發(fā)生器，它的要求如下：1.信號(hào)頻率范圍20HZ～20kHZ；2.輸出信號(hào)電壓幅度5；3.輸出信號(hào)頻率數(shù)字顯示；4.輸出電壓幅度數(shù)字顯示。根據(jù)題目的要求，我們根據(jù)所學(xué)的知識(shí)初步判斷，這是一個(gè)數(shù)字電子技術(shù)與模擬電子技術(shù)相結(jié)合的題目，

3、中間必然會(huì)用到數(shù)模之間的轉(zhuǎn)換，很明顯，我們要用的是A/D轉(zhuǎn)換。于是我們組就先將題目大致分成四個(gè)模塊：正弦波的產(chǎn)生、正弦波幅值的調(diào)節(jié)、頻率數(shù)字顯示和幅度數(shù)字顯示。并根據(jù)手中已有的數(shù)字電子技術(shù)和模擬電子技術(shù)教材，在網(wǎng)上和圖書(shū)館中尋找我們需要的資料。當(dāng)資料收集的差不多的時(shí)候，就著手進(jìn)行開(kāi)始電路圖的設(shè)計(jì)與仿真。在工作的過(guò)程中，我們又發(fā)現(xiàn)所收集的資料與具體的操作中有出入，中途又幾次在網(wǎng)上和圖書(shū)館中收集我們所欠缺的資料，最終經(jīng)過(guò)一周多的時(shí)間完成了此

4、次任務(wù)，也從中學(xué)到了很多。由于時(shí)間倉(cāng)促和我們水平的有限，其中不免會(huì)有不太合理的地方，請(qǐng)諒解。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言………………………………………………………………………2</p><p>　　摘要………………………………………………………………………4</p><p>　　系

5、統(tǒng)概述……………………………………………………………5</p><p>　　單元電路設(shè)計(jì)………………………………………………………8</p><p>　　正弦波的產(chǎn)生模塊 ……………………………………………8</p><p>　　正弦波的幅值調(diào)節(jié)模塊 ………………………………………13</p><p>　　正弦波的的頻率數(shù)字顯示模塊……………

6、……………………14</p><p>　　正弦波的幅值數(shù)字顯示模塊 ………………………………… 18</p><p>　　參考文獻(xiàn)……………………………………………………………22</p><p>　　鳴謝…………………………………………………………………22</p><p>　　元器件明細(xì)表………………………………………………………22&l

7、t;/p><p>　　收獲體會(huì)與存在問(wèn)題………………………………………………23</p><p>　　評(píng)語(yǔ)…………………………………………………………………25</p><p><b>　　低頻正弦信號(hào)發(fā)生器</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　

8、正弦信號(hào)發(fā)生器是信號(hào)中最常見(jiàn)的一種，它能輸出一個(gè)幅度可調(diào)、頻率可調(diào)的正弦信號(hào)在這些信號(hào)發(fā)生器中，又以低頻正弦信號(hào)發(fā)生器最為常用，在科學(xué)研究及生產(chǎn)實(shí)踐中均有著廣泛應(yīng)用。 </p><p>　　由數(shù)字電路構(gòu)成的低頻信號(hào)發(fā)生器，多是由一些芯片組成，其低頻性能比模擬信號(hào)發(fā)生器好得多，并且體積較小，輸出的信號(hào)諧波較少，頻率和振幅相對(duì)比較穩(wěn)定。本文借助555定時(shí)器產(chǎn)生方波，再借助濾波電路，產(chǎn)生頻率可調(diào)且輸出穩(wěn)定的正弦波。&l

9、t;/p><p>　　在產(chǎn)生了穩(wěn)定可調(diào)的正弦波之后，本組借助A/D轉(zhuǎn)換，用一些芯片，將正弦波信號(hào)的幅值通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)，完成幅顯的功能。并且用一種數(shù)字電路中常用的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器芯片74LS160將正弦波的頻率通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)，完成頻顯的功能。</p><p>　　關(guān)鍵詞 低頻 555定時(shí)器 正弦信號(hào) 濾波 頻顯 幅顯</p><p><b>

10、　　技術(shù)要求</b></p><p><b>　　1、輸出為正弦信號(hào)</b></p><p>　　2、輸出正弦信號(hào)頻率為20HZ—20kHZ可調(diào)</p><p>　　3、數(shù)碼管顯示正弦信號(hào)幅值-5v--+5v可調(diào)</p><p>　　4、數(shù)碼管顯示正弦信號(hào)頻率</p><p><

11、b>　　一、系統(tǒng)概述</b></p><p>　　正弦信號(hào)發(fā)生器又稱正弦波振蕩器，產(chǎn)生其信號(hào)的振蕩器種類繁多，下面介紹三種切實(shí)可行的方案。</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　直接數(shù)字合成頻率合成器（又稱DDS）使用集成芯片AT89C52作為產(chǎn)生20HZ～器等部分實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)幅，ASK、PSK等功

12、能，系統(tǒng)采用自動(dòng)增益控制電路，通過(guò)啟動(dòng)DDS電路，把內(nèi)存緩存區(qū)的數(shù)據(jù)送到DDS后輸出相應(yīng)的頻率，使輸出信號(hào)峰．峰值穩(wěn)定在5 V左右，并送到20kHZ正弦信號(hào)的核心部件，并且運(yùn)用DDS電路、8位數(shù)碼管顯示、功率放大LED(發(fā)光二極管)顯示器進(jìn)行顯示。該系統(tǒng)輸出穩(wěn)定度和精度極高，適用于通信系統(tǒng)和高精度儀器。DDS以穩(wěn)定度高的參考時(shí)鐘為參考源，通過(guò)精密的相位累加器和DSP(數(shù)字信號(hào)處理器，DDS系統(tǒng)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是在DSP控制下能精確快速地處

13、理頻率和相位)、高速D／A變換器產(chǎn)生所需的數(shù)字波形(通常是正弦波形)，經(jīng)過(guò)模擬濾波器后，得到最終的頻譜純凈、頻率和相位都可以編程控制且穩(wěn)定性很好的模擬正弦波形，此正弦波能夠直接作為基準(zhǔn)信號(hào)源。下圖是整個(gè)系統(tǒng)的流程圖：</p><p>　　圖1 方案一原理方框</p><p>　　但是直接數(shù)字頻率合成式(DDS)信號(hào)發(fā)生器，其電路實(shí)現(xiàn)起來(lái)不是很容易，需用的集成芯片較復(fù)雜，且需要其他外圍器件

14、，因而其成本較高．它所使用硬件描述語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)脈寬輸出簡(jiǎn)化編程復(fù)雜度，其輸出顯示需要LED數(shù)碼管與單片機(jī)合作使用，對(duì)于我們剛學(xué)完匯編語(yǔ)言的大學(xué)生來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)甚是困難。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　基于正弦脈寬凋制(SPWM)理論．提出適合于數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的，抗干擾性強(qiáng)，可靠性較高的一種正弦信號(hào)發(fā)生器構(gòu)想，它的總體構(gòu)思是利用可編程邏輯器

15、件(PLD)產(chǎn)生正弦調(diào)制的脈寬信號(hào)，然后通過(guò)三相PWM 逆變電路實(shí)現(xiàn)濾波從而產(chǎn)生精確的正弦信號(hào)．其優(yōu)點(diǎn)在于使用可編程邏輯器件，使得整個(gè)電路控制靈活(可以在線編程)，而且可實(shí)現(xiàn)的輸出頻率范圍廣；采用脈寬調(diào)制形式使得能夠?qū)敵鲭妷悍群皖l率連續(xù)調(diào)節(jié)；濾波方法簡(jiǎn)單有效．與常規(guī)的用模擬電路方式實(shí)現(xiàn)的信號(hào)發(fā)生器和查表式的信號(hào)發(fā)生器相比，它的輸出頻率穩(wěn)定、精度高、范圍廣。</p><p>　　脈沖寬度調(diào)制(Pulse Wid

16、th Modulation，PWM)是用載波信號(hào)調(diào)制相當(dāng)于基波的正弦信號(hào)，從而達(dá)到能夠調(diào)節(jié)輸出脈寬的方式．正弦信號(hào)脈寬調(diào)制，它是采用三角載波信號(hào)調(diào)制正弦信號(hào)．其傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，是讓三角波發(fā)生電路與正弦波發(fā)生電路通過(guò)一個(gè)比較器產(chǎn)生脈寬調(diào)制波．</p><p>　　但是，采用這種方式實(shí)現(xiàn)的脈寬信號(hào)大多采用模擬電路控制，由于采用大量的模擬元件組成電路，容易受溫度漂移影響，造成頻率和相位不穩(wěn)定．它的控制電路復(fù)雜，給安裝和

17、調(diào)試帶來(lái)不便。</p><p><b>　　方案三：</b></p><p>　　基于555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器能夠產(chǎn)生正弦信號(hào)，可以采用數(shù)字電路作為正弦信號(hào)發(fā)生器。這種方法是由555首先產(chǎn)生正弦信號(hào)波，然后使其通過(guò)兩個(gè)雙BCD加法計(jì)數(shù)器4518，進(jìn)行4級(jí)級(jí)聯(lián)分頻，選出滿足要求的某一特定頻率，再通過(guò)后面的濾波電路和放大電路輸出信號(hào)。對(duì)于頻率和電壓的顯示，再分別設(shè)計(jì)電

18、路圖，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片使其變成能夠在數(shù)碼管上顯示的數(shù)字信號(hào)。這種設(shè)計(jì)電路的核心部件是555定時(shí)器，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來(lái)改變信號(hào)的頻率，使其滿足要求，在20HZ～20kHZ變化，當(dāng)然也可以用另一個(gè)變阻器來(lái)使電壓達(dá)到5V。</p><p>　　圖2 方案三原理方框</p><p>　　對(duì)上述電路的實(shí)現(xiàn)以及調(diào)節(jié)方法都比較簡(jiǎn)便可靠，并且產(chǎn)生的正弦信號(hào)誤差較小，與理論值相差不大，只是在顯示頻率和電壓

19、方面，由于其電路中用到的元件主要是模數(shù)轉(zhuǎn)換器，還附加另外的一些元件，使其連接變得很復(fù)雜，需認(rèn)真看圖，并且MF10在我們經(jīng)常使用的仿真軟件Multisim中沒(méi)有，故有很多部分是不能進(jìn)行仿真的，這不利于我們發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，就連連接的對(duì)錯(cuò)我們都不是很清楚另。外還有一點(diǎn)，我們所學(xué)的芯片不多，A/D轉(zhuǎn)換我們學(xué)的就更少了，對(duì)于在短時(shí)間內(nèi)要對(duì)這么多的芯片進(jìn)行重新學(xué)習(xí)是有一定難度的，況且我們沒(méi)辦法仿真的話，對(duì)錯(cuò)就更不清楚了。雖然這種方法可行，但不是我們的首選

20、。我們選擇了方案四。</p><p>　　方案四：在數(shù)字電子技術(shù)書(shū)中，我們學(xué)習(xí)了利用555定時(shí)器產(chǎn)生方波的原理，基于熟悉的知識(shí)，我們決定用555定時(shí)器先產(chǎn)生頻率可調(diào)的方波，再利用模擬電子技術(shù)中所學(xué)的濾波電路搭建一個(gè)多階的濾波電路（我們采用的是三階可調(diào)濾波電路），利用方波產(chǎn)生頻率可調(diào)的正弦波。再利用數(shù)字電子技術(shù)所學(xué)的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160和數(shù)碼顯示DCD-HEX來(lái)完成頻率的顯示。由濾波電路產(chǎn)生的正弦波信號(hào)，經(jīng)過(guò)

21、一個(gè)放大器放大后，形成幅值在-5v--+5v可調(diào)的正弦波信號(hào)，最后在利用我們所沒(méi)有學(xué)過(guò)的A/D轉(zhuǎn)換裝置，經(jīng)過(guò)數(shù)碼顯示裝置，完成幅值顯示功能。其原理方框圖如下：</p><p>　　圖3 方案四原理方框</p><p>　　對(duì)我們來(lái)說(shuō)，這些方法在我們的知識(shí)范圍內(nèi)，其原理和一些注意要點(diǎn)都為我們所熟悉，用到的一些芯片可以通過(guò)查閱參考書(shū)了解其作用和其原理以及管腳圖的連接，其中比較難的也許是模擬電路

22、那塊，原理和調(diào)試仿真雖然難了點(diǎn)，但仍在我們的能力范圍，這種方法是一種比較適合我們?cè)O(shè)計(jì)產(chǎn)生正弦信號(hào)的方法。當(dāng)然，方案一、方案二和方案三在產(chǎn)生的信號(hào)也許比方案四更加精確，誤差更小，但是，其中用到的許多元件以及電路連接相當(dāng)復(fù)雜，特別是對(duì)于單片機(jī)的使用，對(duì)我們要求太高了。</p><p>　　綜合以上考慮，采用方案四比較適合。</p><p><b>　　二、單元電路設(shè)計(jì) </b&

23、gt;</p><p>　　1、正弦波的產(chǎn)生模塊</p><p>　　本組正弦波的產(chǎn)生模塊又可以分成方波產(chǎn)生部分和正弦波產(chǎn)生部分兩個(gè)小模塊。先由方波產(chǎn)生部分產(chǎn)生頻率可調(diào)的方波，再通過(guò)正弦波產(chǎn)生部分（濾波網(wǎng)絡(luò)）產(chǎn)生正弦波。</p><p>　　1．1、方波產(chǎn)生部分</p><p>　　A、本組正弦波的產(chǎn)生采用的是以芯片555定時(shí)器為核心的電路。

24、有數(shù)字電子技術(shù)的基本知識(shí)可以知道，用555定時(shí)器可以構(gòu)成多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等具有加上電源后，能夠產(chǎn)生一定的波形的電路。本組采用的就是用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，經(jīng)過(guò)一定方式的電路連接，產(chǎn)生方波。</p><p>　　B、方波產(chǎn)生信號(hào)的接線電路圖及原理</p><p>　　圖6 方波產(chǎn)生信號(hào)的接線電路圖</p><p>　　為了讓占空比等于5

25、0%，則充電回路的時(shí)間T1和放電回路的時(shí)間T2必須相等，因此我們?cè)O(shè)計(jì)了圖6所示的電路。</p><p><b>　　計(jì)算可得</b></p><p>　　T1≈0.7R6C1</p><p>　　T2≈0.7R5C1</p><p>　　當(dāng)設(shè)定R5=R6時(shí)，就可以使T1=T2</p><p>　　

26、由于要求的輸出頻率為20HZ—20KHZ</p><p>　　F=1/T=1/(T1+T2)≈1/1.4R6C1</p><p>　　當(dāng)設(shè)定C1=1uF時(shí)</p><p><b>　　可以算出</b></p><p>　　R5=R6=35.7Ω～35.7ΚΩ </p><p>　　由于要求產(chǎn)生的信

27、號(hào)是頻率可調(diào)的，而且電路的特點(diǎn)又要求R5=R6，所以R5、R6在調(diào)節(jié)上就要求同步變化。</p><p>　　這樣輸出端3腳就可以得到一個(gè)占空比為50%的矩形波。</p><p>　　但是最后要得到正弦波，用這種矩形波是不行的，因?yàn)檫@種矩形波只有正值，沒(méi)有負(fù)值，經(jīng)濾波產(chǎn)生的波形不符合要求。于是，我們可以用圖6所示的那樣給輸出端加反電動(dòng)勢(shì)，輸出矩形波向下平移，使0坐標(biāo)軸正好位于矩形波的中間位置

28、，這樣通過(guò)改變R5、R6的阻值就可以形成輸出頻率在20HZ—20KHZ的方波。</p><p><b>　　C、電路的仿真結(jié)果</b></p><p>　　搭接好電路以后，經(jīng)過(guò)仿真，仿真結(jié)果正如我們?cè)O(shè)計(jì)的那樣，仿真結(jié)果如下圖</p><p>　　圖7 電路的仿真結(jié)果</p><p>　　1．2、正弦波產(chǎn)生模塊</p

29、><p>　　A、濾波網(wǎng)絡(luò)圖及原理</p><p><b>　　圖8 濾波網(wǎng)絡(luò)圖</b></p><p>　　本組采用的是三階有源低通濾波電路。為了簡(jiǎn)單期間我們?cè)谶@部分用方波信號(hào)發(fā)生器代替前面的方波發(fā)生電路。對(duì)于濾波電路，我們根據(jù)它的特性可以知道，低通濾波電路只允許頻率低于截止頻率的低頻信號(hào)通過(guò)，一般有源低通濾波電路的截止頻率是1MHZ，完全可以

30、滿足我們的設(shè)計(jì)要求。為了避免劃線變阻器的阻值過(guò)大，引起調(diào)節(jié)不方便我們采用了兩個(gè)小劃線變阻器相串聯(lián)，為了能夠更好的達(dá)到濾波效果，我們?cè)O(shè)定三組相串聯(lián)劃線變阻器的阻值相等且</p><p>　　C1=C2=C3=1uF</p><p>　　對(duì)于濾波電路適于通過(guò)的頻率</p><p>　　f=1/(2*3.14RC)</p><p>　　由于電容C的

31、值已經(jīng)選取為確定值，只需要通過(guò)選取濾波網(wǎng)絡(luò)中R的值，就可以達(dá)到選取所需要的頻率，并且使通過(guò)的頻率滿足課設(shè)的要求。</p><p>　　又由于一階低通有源濾波和二階低通有源濾波電路對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)的電路濾波效果不是很好，三階低通有源濾波電路效果非常好，調(diào)節(jié)起來(lái)也不是很麻煩。所以我們選擇三階低通有源濾波網(wǎng)絡(luò)。</p><p><b>　　B、濾波仿真結(jié)果</b></p&

32、gt;<p>　　圖9 濾波仿真結(jié)果</p><p>　　C、隔離裝置圖及原理</p><p>　　圖10 隔離裝置圖</p><p>　　由于前面所得到的方波幅值很小，并且加上后面的濾波電路以后波形會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的變形，故我們?cè)谶@里加了一個(gè)放大倍數(shù)為4的反向比例器作為隔離裝置，使輸出的方波幅值為5V，因?yàn)榉聪虮壤鞯妮斎腚娮璺浅４?，理想情況下可以認(rèn)為

33、是無(wú)窮大的。這時(shí)就可以得到如下方波：</p><p>　　圖11 5V方波波形圖</p><p>　　2、正弦波幅值的調(diào)節(jié)模塊</p><p>　　2．1、正弦波幅值調(diào)節(jié)電路圖及原理</p><p>　　圖13 正弦信號(hào)幅值調(diào)節(jié)電路圖</p><p>　　對(duì)于此正弦信號(hào)幅值調(diào)節(jié)電路，采用的是反相放大器，由于在前面的

34、濾波電路中數(shù)據(jù)設(shè)置的特殊性，使產(chǎn)生的正弦波信號(hào)的幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于5V，故我們才用了兩級(jí)放大裝置，當(dāng)頻率很小時(shí)調(diào)節(jié)第一級(jí)放大器，當(dāng)頻率很大時(shí)調(diào)節(jié)第二級(jí)放大器，這樣就可以實(shí)現(xiàn)正弦波信號(hào)在 -5V---+5V之間變化。</p><p>　　2．2、最終幅值為最大時(shí)的仿真結(jié)果</p><p>　　以輸出幅值為5V的方波發(fā)生器產(chǎn)生的方波信號(hào)代替前面電路所產(chǎn)生的方波，</p><p&g

35、t;　　并把信號(hào)送入濾波電路中其電路原理圖和仿真結(jié)果如下所示：</p><p>　　圖14 濾波放大電路</p><p>　　圖15 最終最大幅值的正弦波仿真結(jié)果圖</p><p>　　3、正弦波信號(hào)頻率數(shù)字顯示模塊</p><p>　　正弦波信號(hào)發(fā)生器的頻率數(shù)字顯示模塊是將正弦波信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)的頻率或與之相等的頻率通過(guò)我們?cè)O(shè)計(jì)的電

36、路，最終在數(shù)碼管上面顯示出來(lái)。</p><p>　　頻率計(jì)數(shù)，也就是計(jì)數(shù)1秒內(nèi)輸出多少個(gè)信號(hào)。本設(shè)計(jì)是通過(guò)計(jì)數(shù)和正弦波同頻率的方波數(shù)來(lái)達(dá)到計(jì)數(shù)正弦波頻率的目的。其中方波可由前面的方波來(lái)代替，因?yàn)樗驼也ㄊ峭l率的，但是考慮到精確性我們把正弦波輸入一個(gè)由555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器中來(lái)產(chǎn)生和正弦波同頻率的方波，其電路圖如下所示：</p><p>　　圖16 同頻方波電路</p>

37、<p>　　本設(shè)計(jì)中是用一個(gè)高電平為1秒，低電平為0.33秒的矩形波來(lái)控制頻率計(jì)數(shù)部分：當(dāng)為高電平時(shí)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)頻率數(shù)，當(dāng)高電平結(jié)束下降沿到來(lái)時(shí)計(jì)數(shù)器的值被送入存儲(chǔ)器中并通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)，當(dāng)為低電平時(shí)對(duì)計(jì)數(shù)器清零，當(dāng)下一個(gè)高電平到來(lái)時(shí)又開(kāi)始新一輪的計(jì)數(shù)，在計(jì)數(shù)階段存儲(chǔ)器中的值保持不變，也就是1.33秒數(shù)碼管的值改變一次。因此這部分包括時(shí)鐘分頻和頻率計(jì)數(shù)顯示部分。</p><p>　　3．1、時(shí)鐘分頻部

38、分</p><p>　　A、時(shí)鐘分頻電路圖及其原理</p><p>　　圖15 時(shí)鐘分頻電路圖</p><p>　　時(shí)鐘分頻電路是由一個(gè)555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器和四片74LS160組成，最終能夠產(chǎn)生周期為1.33s的脈沖。</p><p>　　555計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)的周期不是太大，如果太大的話，對(duì)R1、R2和C1的要求比較高，比較難

39、以實(shí)現(xiàn)。為了產(chǎn)生比較精確的信號(hào)，我們?cè)O(shè)計(jì)的555計(jì)時(shí)器產(chǎn)生的信號(hào)的高電平為100us，低電平部分為33us.</p><p>　　由于555計(jì)時(shí)器產(chǎn)生的是周期為133us的脈沖，而74LS160為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，每經(jīng)過(guò)一片74LS160，脈沖的周期就能夠擴(kuò)大10倍，經(jīng)過(guò)四片該芯片之后，就能產(chǎn)生周期為1.33s的脈沖信號(hào)（其中低電平為1秒，高電平為0.33秒）。然后再通過(guò)一個(gè)非門就可以得到一個(gè)高電平為1秒低電平為0.

40、33秒的矩形波，這樣就得到了我們想要的信號(hào)了。其信號(hào)如下圖所示：</p><p>　　圖16 控制信號(hào)波形</p><p>　?。?）、正弦波信號(hào)發(fā)生器頻率數(shù)字顯示的電路圖及其原理</p><p>　　圖16 正弦波信號(hào)發(fā)生器頻率數(shù)字顯示的電路圖</p><p>　　在正弦波信號(hào)發(fā)生器頻率數(shù)字顯示的電路圖中，方波脈沖發(fā)生器A代表時(shí)鐘分頻電

41、路，它產(chǎn)生一個(gè)周期為2秒的方波，此電路中數(shù)碼管2秒變化一次。方波發(fā)生器B代表施密特觸發(fā)器產(chǎn)生的方波信號(hào)。此方波信號(hào)和正弦波同頻率。</p><p>　　而對(duì)于由10片74LS160組成的電路則可以分為兩個(gè)部分，第一個(gè)部分為U1及其右面的四個(gè)芯片為計(jì)數(shù)部分，它們的作用主要是在控制信號(hào)為高電平時(shí)接收方波信號(hào)的頻率脈沖并計(jì)數(shù)，當(dāng)控制信號(hào)的下降沿到來(lái)時(shí)，把U1的輸出置數(shù)給U2，并由數(shù)碼管顯示。當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)將各自的

42、數(shù)異步清零。第二部分為存儲(chǔ)部分，其作用主要是在下降沿到來(lái)時(shí)，接收第一部分傳來(lái)的數(shù)據(jù)并將其傳輸給數(shù)碼管進(jìn)行顯示，它使用的是置數(shù)端有暫時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的作用，這樣可以在及時(shí)記錄數(shù)據(jù)并可以使數(shù)碼管進(jìn)行顯示。</p><p>　?。?）正弦波信號(hào)發(fā)生器頻率數(shù)字顯示的電路仿真結(jié)果</p><p>　　圖17 正弦波信號(hào)發(fā)生器頻率數(shù)字顯示仿真結(jié)果</p><p>　　注：為了使數(shù)碼

43、管和74LS160芯片連接方便，右邊的數(shù)碼管為最高位，左邊為最低位，上面所顯示的頻率為19999HZ.</p><p>　　4、正弦波信號(hào)幅值數(shù)字顯示模塊</p><p>　　在設(shè)計(jì)任務(wù)中，要求輸出電壓幅值，由于正弦波輸出電路產(chǎn)生的信號(hào)為模擬信號(hào)，不能直接進(jìn)行數(shù)字顯示，需要通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示電壓幅值。本電路用到的數(shù)字電壓顯示電路是以3 1/2位數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器

44、7107為核心進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換的。具體的功能介紹如下：</p><p>　　7107是一塊應(yīng)用非常廣泛的集成電路，它的工作原理采用雙積分原理：采擇階段——正向積分，測(cè)量階段——反向積分。它包含3 1/2位數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換器，可直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管，內(nèi)部有時(shí)鐘發(fā)生器、分頻器、記數(shù)器、鎖存器，二---十進(jìn)制計(jì)數(shù)器、譯碼器、驅(qū)動(dòng)器等電路。內(nèi)部設(shè)有參考電壓、具有獨(dú)立模擬開(kāi)關(guān)、邏輯控制、顯示驅(qū)動(dòng)、自動(dòng)調(diào)零功能等。

45、數(shù)字電壓表的構(gòu)成是它的一種典型應(yīng)用，在制作表時(shí)，數(shù)字顯示用的數(shù)碼管為共陽(yáng)型，2K可調(diào)電阻最好選用多圈電阻，分壓電阻選用誤差較小的金屬膜電阻，為防止芯片輸出電流過(guò)大，超過(guò)功耗發(fā)熱，在每個(gè)字段上串電阻進(jìn)行限流，以便防止功耗過(guò)大，起保護(hù)芯片的功能。整個(gè)數(shù)字電壓電路連接圖如圖13所示。</p><p>　　7107包含有40個(gè)管腳，具體的管腳圖和各引腳的功能如圖18所示。</p><p>　　圖1

46、8 7107的管腳圖 </p><p><b>　　重點(diǎn)注意的引腳：</b></p><p>　?、傩酒?腳是供電，正確電壓是 DC5V 。第 36 腳是基準(zhǔn)電壓，正確數(shù)值是 100mV，第 26 引腳是負(fù)電源引腳，正確電壓數(shù)值是負(fù)的，在 －3V 至 －5V 都認(rèn)為正常，本電路中的電壓為-5V，但是不能是正電壓，也不能是零電壓。芯片第 31 引腳是信號(hào)輸入引腳。在

47、一開(kāi)始，可以把它接地，造成“0”信號(hào)輸入，以方便測(cè)試。</p><p>　　②注意芯片 27,28,29 引腳的元件數(shù)值，在本電路中用的是 0.22uF,47K,0.47uF 阻容網(wǎng)絡(luò)，這三個(gè)元件屬于芯片工作的積分網(wǎng)絡(luò)，不能使用磁片電容。芯片的 33 和 34 腳接的 104 電容也不能使用磁片電容。</p><p>　?、圩⒁饨拥匾_：芯片的電源地是 21 腳，模擬地是 32 腳，信號(hào)地

48、是 30 腳，基準(zhǔn)地是 35 腳，通常使用情況下，這 4 個(gè)引腳都接地，在一些有特殊要求的應(yīng)用中（例如測(cè)量電阻或者比例測(cè)量），30 腳或 35 腳就可能不接地而是按照需要接到其他電壓上。</p><p>　　圖19 數(shù)字電壓表的電路圖 </p><p><b>　　5、結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)能夠很好的完成題目的要求，其最大

49、的特點(diǎn)是能夠在一定程度上避免溫漂等一些由模擬器件引起的輸出不穩(wěn)定。但是在改變頻率時(shí)過(guò)于復(fù)雜，并且要求較高，希望能在此基礎(chǔ)使用一些新型芯片來(lái)加以簡(jiǎn)化和改進(jìn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1. 林濤，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).重慶：重慶大學(xué)出版社，20022. 林濤，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：清華大學(xué)出版社，20063. 高吉祥，全國(guó)大學(xué)生

50、電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系列教程，北京：電子工業(yè)出版社4. 黃智偉，全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽電路設(shè)計(jì)，北京：北京航空航天大學(xué)出版社5、夏德鈐、翁貽方，自動(dòng)控制理論6、黃培根、任清褒，Multisim 10計(jì)算機(jī)虛擬實(shí)驗(yàn)室鳴謝</p><p>　　首先感謝鄧秋霞老師林薇老師的理論教學(xué)指導(dǎo)，感謝楚巖老師的答疑，才使得我們能大膽的去嘗試；其次感謝魯庭勇同學(xué)對(duì)我們一些細(xì)節(jié)問(wèn)題的提醒和幫助；最后感謝我的隊(duì)友們的細(xì)心指導(dǎo)和幫助

51、。</p><p><b>　　元器件明細(xì)表，附圖</b></p><p>　　收獲與體會(huì)，存在的問(wèn)題等</p><p>　　在這兩周的時(shí)間里我們終于順利完成了這次的課程設(shè)計(jì)任務(wù)，期間我學(xué)會(huì)了很多東西，也使我認(rèn)識(shí)到了自己平時(shí)學(xué)習(xí)中存在的一些問(wèn)題。</p><p>　　首先，這次課設(shè)使我認(rèn)識(shí)到自己學(xué)習(xí)中存在的一些問(wèn)題；1、

52、平時(shí)學(xué)習(xí)只是就課本而學(xué)習(xí)，雖然對(duì)一些原理略能看懂，但是也只是局限于解題，并沒(méi)有舉一反三的真正掌握所學(xué)的知識(shí)，不會(huì)靈活的運(yùn)用。2、自己的知識(shí)面僅僅局限于課本，沒(méi)有去拓展，與實(shí)際嚴(yán)重脫節(jié)，例如：對(duì)一些典型的電路雖然可以從課本上找出來(lái)，可是在選擇元器件的值時(shí)我們遇到了很大的問(wèn)題。</p><p>　　其次，在這次設(shè)計(jì)中，用到的很多芯片都是以前沒(méi)有學(xué)過(guò)的，理解和掌握其工作原理和作用顯得尤為重要。在理論課本中，書(shū)上會(huì)列出每

53、一個(gè)芯片的各個(gè)管腳的功能，當(dāng)用此芯片舉例說(shuō)明其功能時(shí)，只是單純?yōu)橄蜃x者介紹其主要功能，或多或少的會(huì)忽略一些次要問(wèn)題，求主而舍其次。在實(shí)際電路中，總是要求輸出非常精確的信號(hào)，但在電路運(yùn)行過(guò)程中，總是存在這樣那樣的人為因素和系統(tǒng)誤差等一些干擾，如果按照課本連接那樣，誤差可定會(huì)很大。實(shí)際電路的連接并不像理論連接的那樣。在實(shí)際中，為減小誤差，總是在電路中串接或者并聯(lián)電容或者電感以及一些其他元件，使得電路的穩(wěn)態(tài)特性更好一些，輸出的信號(hào)更加接近要求

54、，所以實(shí)踐顯得尤為重要，通過(guò)多次的試驗(yàn)，可以懂得一些次要元件的作用以及為什么要接在此，在無(wú)意識(shí)中，電路的經(jīng)驗(yàn)積累就慢慢此形成。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我掌握了一些技巧，我想，這對(duì)我以后會(huì)有很大的幫助的。</p><p>　　再次，使我懂得了團(tuán)隊(duì)合作和討論的重要性。一個(gè)人的能力畢竟是有限的，對(duì)一個(gè)問(wèn)題不同的人有不同的看法，也許每個(gè)人的想法都不成熟，但是如果大家都說(shuō)出自己的想法和看法，一起去討論，一起去分析，那么就會(huì)有一些新的

55、解決問(wèn)題的點(diǎn)子。這一點(diǎn)我在本次課設(shè)中深有體會(huì)。</p><p>　　最后，這次也使我能對(duì)其他課程的一些知識(shí)能更好的理解，例如在設(shè)計(jì)濾波環(huán)節(jié)時(shí)，我們以《自動(dòng)控制理論》上的方法來(lái)分析，也是自己對(duì)自控的知識(shí)有了進(jìn)一步的理解。</p><p>　　雖然我們完成了本次課設(shè)任務(wù)，但是設(shè)計(jì)中仍然存在很大的問(wèn)題：1、電路中用了不少的模擬器件，這在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)有很大的溫漂現(xiàn)象，使工作不穩(wěn)定。2、在改變輸出頻

56、率時(shí)我們是采用同時(shí)改變5個(gè)劃線變阻器的值并且有兩個(gè)的值必須嚴(yán)格保證同步改變，這個(gè)在實(shí)際中很難做到，同時(shí)由于輸出頻率的變化范圍很廣，劃線變阻器的值變化范圍也很大從幾十歐姆到幾千歐姆，這使得電路中消耗的功率很大。3、在頻率顯示模塊中，由于要得到很精確的一秒的信號(hào)，這個(gè)用555定時(shí)器做有一定的難度，它的精確度很難達(dá)到要求；另外當(dāng)輸出頻率很大時(shí)，對(duì)用于檢測(cè)信號(hào)的74LS160芯片的靈敏度要求也將會(huì)很高。4、在電路開(kāi)始運(yùn)行時(shí)輸出的正弦信號(hào)很不穩(wěn)定