电子技术课程设计-基于EEPROM的可编程波形发生器课程设计.doc

Harbin Institute of Technology课程设计说明书（论文）课程名称： 电子技术课程设计I 设计题目：基于EEPROM的可编程波形发生器院 系： 电气工程及自动化学院 班 级： 1206161 设 计 者： 林航东 学 号： 1122610212 指导教师： 康磊 设计时间： 2014.12.15 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名：林航东 院 （系）：电气学院 专 业：电气工程及其自动化 班 号：1206161 任务起至日期： 2 0 1 4 年1 2 月 1 日 至 2 0 1 4 年 1 2 月 1 3 日 课程设计题目：基于EEPROM的可编程波形发生器 已知技术参数和设计要求：（1） 波形发生器能够产生方波、三角波、锯齿波和正弦波4种波形；（2） 输出波形周期T=1s；（3） 4种波形可选择输出。 工作量：（1） 完成电路设计、器件选取、电路搭建、电路联调、实验测试等工作；（2） 两周内完成电路验收，并提交课程设计报告纸质版、电子版各1份。 工作计划安排：12月1日早上设计系统的整体结构图； 12月1日下午设计并确认各模块功能电路图，并进行multisim仿真测试是否可行； 12月2日早上在面包板上搭电路并在导师实验室测试电路； 12月2日晚上在实验室调试好电路完成验收和答辩。 同组设计者及分工： 指导教师签字_ 年 月 日 教研室主任意见： 教研室主任签字_ 年 月 日*注：此任务书由课程设计指导教师填写。哈尔滨工业大学课程设计说明书（论文） 基于EEPROM的可编程波形发生器摘要：在计算机控制、电子测量、通讯与电视等系统中，常常要用到各种模拟连续波形，如锯齿波、三角波、正弦波等。本系统设计以EEPROM芯片EEPROM构成可编程多种连续波形发生器，产生方波、三角波、锯齿波和正弦波四种波形；输出波形周期T在1s范围内可调，输出波形的偏移量在-2.3V至+1.7V范围内可调；四种波形可选择输出，数码管显示0、1、2、3时分别对应输出锯齿波、三角波、方波和正弦波。本系统多处采用电容去抖、电容去耦，因此数码管调节与显示电路稳定，输出波形稳定； LM324运放电路采用电位器调节，可消除波形失真，并实现波形偏移量可调。关键词：波形发生器，EEPROM正文：一系统整体结构的设计 本系统由 555 时钟电路，256 进制计数器，地址译码器，存储器，DA 转换器，放大电路，单稳态 触发电路，十进制计数器，显示译码器，数码显示管构成。 本设计中充分利用 EEPROM 的地址译码器是全译码的特点，再配置一个 8 位二进制加法计数器作 为选址计数器来产生 EEPROM 所需要的 8 位全译码选址信号。随着计数脉冲 CP 的顺序输入，选址计数 器进行加法计数，计数器的状态按 8421 码的态序转换，得到一组全译码信号正好作为 EEPROM 的选址 信号，只要在 EEPROM 的存储矩阵存储了所需要的波形的编程信号，EEPROM 输出线端就可得到所需的 波形数据了，数据位数可达到 8 位，再将此波形数据送入 D/A 转换器，经过 D/A 转换，将波形数字量 转换成模拟量，再配以运放进行电流电压转换，最后在运放的输出端即可得到所需的电压波形。如下图为整体的设计思路： 2 各部分电路图及其功能分析1. 555时钟电路 555定时器是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、压控振荡器等多种应用电路。 555定时器工作原理为当电容器充电达到2Vcc/3时，即输入达到高电平时，电路的状态发生翻转，输出为低电平，电容器开始放电。当电容器放电达到Vcc/3时，电路的状态又开始翻转, 如此不断循环。 如下图分别为555定时器结构原理图以及555定时器构成的多谐振荡器tuctuoOO 如图多谐振荡器充电时间为 放电时间为 因此多谐振荡器的周期频率和占空比分别为： 由此原理可构成频率周期可调的CP脉冲。2. 256 进制计时器 中规模集成电路计数器，在一个单片上将整个计数器全部集成在上面，比小规模集成电路构成的计数器有更多的功能，有的还能方便地改变计数进制。计数器的种类很多。74LS161为同步十六进制加法计数器，具有计数，保持，异步清零和同步置数的功能，可以运用其清零和置数功能实现任意进制加法计数器。161的功能及其管脚排列如下图表所示： 当计数容量不够时，需要几片计数器级联组成计数链。对于多位计数链的规则是，只有所有的低位片计数器计入最大数时，高位片才计数，否则该片处于保持状态。本次课程设计我们采用异步串行进位方式。3. EEPROM ROM的工作原理 如下图ROM的电路结构主要包括三部分：地址译码器，存储矩阵，输出缓冲器。 图中地址译码器有n个输入，它的输出W0、W1、Wn-1共有N=2n个，称为字线(或称选择线)。字线是ROM矩阵的输入，ROM矩阵有M条输出线，称为位线。字线与位线的交点，即是ROM矩阵的存储单元，存储单元代表了ROM矩阵的容量，所以ROM矩阵的容量等于WD。输出缓冲器的作用有两个，一是能提高存储器的带负载能力，二是实现对输出状态的三态控制，以便与系统的总线联接。 地址译码器相当于最小项译码器，其输入A1、A0称为地址线。二位地址代码A1A0能给出4个不同的地址。每输入一个地址，地址译码器的字线输出W0-W3中将有一根线为高电平，其余为低电平。即每一个输出对应一个最小项。当字线W0-W3某根线上给出高电平信号时，都会在位线D3-D0四根线上输出一个4位二进制代码。例如，当输入一个地址码A1A0=00时，字线W0被选中（高电平），其他为低电平，则该字线上信息就从相应的位线上读出。 地址译码器相当于最小项译码器，如下图所示,其输入A1、A0称为地址线。二位地址代码A1A0能给出4个不 同的地址。每输入一个地址，地址译码器的字线输出W0-W3中将有一根线为高电平，其余为低电平。即每一个输出对应一个最小项。当字线W0-W3某根线上给出高电平信号时，都会在位线D3-D0四根线上输出一个4位二进制代码。例如，当输入一个地址码A1A0=00时，字线W0被选中（高电平），其他为低电平，则该字线上信息就从相应的位线上读出，D3D2D1D0=0101 本次课程设计采用的是EEPROM为电写入，电擦除。其管脚排布如下图： 其中I/O0I/O7为数据输入端，A0A10是地址端，可循地址为2048个存储单元。CE为片选信号，CE=0时，EEPROM被选通，OE为输出允许控制端，OE=0时才有输出数据； 4. 集成D/A转换器DAC0832DAC0832芯片管脚介绍： ILE：数据锁存允许，高电平有效。 CS：输入锁存器选择信号，低电平有效。 WR1：输入锁存器写选通信号，低电平有效。 XFER：数据传输允许信号，低电平有效。 WR2：DAC寄存器写选通信号，低电平有效。 VREF：基准电源输入 Rfb：反馈信号输入，与IOUT1之间有内部反馈电阻。 OUT1、OUT2：转换电流输出引脚。 DI0DI7：数据输入DAC0832的典型应用电路如下图： D/A转换双极性电压输出电路图及其计算公式: 采用的运放LM324及其管脚排列： 5. 集成单稳态触发器74LS122 该电路产生一脉冲触发，选取R15=10k，C3=10nF，根据公式得： tw=KRextCext=0.38*10*103*10*10-9=38s 计算得出暂稳态时间符合要求，参数选择正确。6. 数码管与显示译码器本系统采用74LS47驱动共阳性数码管，为了保护发光器件，须在数码管的七个输入端串联保护电阻。其原理管脚图如下： 显示译码器就是它的输出信号可以和相应的显示器件配合，将译码器的状态直接显示出来的译码电路。74LS47输出低电平有效，适用于共阳极LED数码管。其管脚图及其连线图如下： 3 实验整体电路图（注：本次课程设计EEPROM采用2816，管脚连线按照实际连线图为主）4 实验结果1. 搭接完成的波形发生器电路2. 测试使用的仪器（如表1所示） 3. 系统测试过程和分析当数码管显示0时，输出锯齿波。当数码管显示1时，输出三角波。当数码管显示2时，输出方波。当数码管显示3时，输出正弦波。实验波形数据 示波器测量measure快捷键测得的四个波形的周期大致为1s, 上下偏移量大致对称为4.9V，占空比为50%，满足设计要求。通过调节555定时器和改变周期，调节LM324模块的电