电子技术课程设计报告模板.doc

目 录1 选题背景311 指导思想312 方案论证313 基本设计任务414 发挥设计任务415电路特点416 电路特点42 电路设计42.1 总体方框图52.2 工作原理53 各主要电路及部件工作原理63.1 555多谐振荡器63.2 74ls74 分频电路63.3 积分电路73.4 低通滤波器73.4 带通滤波器84 原理总图95 元器件清单96 调试过程及测试数据（或者仿真结果）106.1 通电前检查106.2 通电检查106.2.1线路的测试检查106.2.2 555多谐振荡器和74ls74 分频电路的调试106.2.3 积分电路模块的调试116.2.3 低通滤波器模块的调试126.2.4 带通滤波器模块的调试136.3 结果分析147 小结148 设计体会及今后的改进意见158.1 体会158.2 本方案特点及存在的问题158.3 改进意见15参考文献17附录一 实物照片18 正 文1 选题背景信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。各种波形曲线均可以用三角函数方程式来表示。能够产生多种波形，如方波、锯齿波、三角波、正弦波的电路被称为函数信号发生器。在通信、广播、电视系统，在工业、农业、生物医学领域内，函数信号发生器在实验室和设备检测中具有十分广泛的用途11 指导思想通过使用555和外围电路构成多谐振荡器，产生20kHz-50kHz的方波作为信号源，利用此方波作为基本信号。12 方案论证方案一：使用555和外围电路构成多谐振荡器，产生20kHz-50kHz的方波作为信号源，利用此方波作为基本信号。将基本信号通过电阻分压可得到电压幅度 1V、20kHz-50kHz连续可调的方波I；将基本信号通过74ls74双D触发器进行四分频，然后电阻分压得到5kHz-10kHz连续可调电压幅度为1V的方波II；将方波II通过由LM324四通道运放构成的积分电路，得到5kHz-10kHz连续可调电压幅度峰峰值为3V的三角波；将方波I通过由LM324四通道运放构成的低通滤波器，得到20kHz-50kHz连续可调电压幅度峰峰值为3V的正弦波I；将基本信号固定频率，然后通过由LM324四通道运放构成的带通滤波器，得到250 kHz左右的正弦波，再通过由LM324四通道运放构成的低通滤波器，得到250k峰峰值8V的正弦波II。方案二：使用555和外围电路构成多谐振荡器，产生20kHz-50kHz的方波作为信号源，利用此方波作为基本信号。将基本信号通过电阻分压可得到电压幅度 1V、20kHz-50kHz连续可调的方波I；将基本信号通过74ls74双D触发器进行四分频，然后电阻分压得到5kHz-10kHz连续可调电压幅度为1V的方波II；将方波II通过由LM324四通道运放构成的积分电路，得到5kHz-10kHz连续可调电压幅度峰峰值为3V的三角波；将方波I通过由LM324四通道运放构成的低通滤波器，得到20kHz-50kHz连续可调电压幅度峰峰值为3V的正弦波I；将基本信号固定频率，然后通过由LM324四通道运放构成的带通滤波器，得到250 kHz左右的正弦波，再通过由LM318运放构成的低通滤波器，得到250k峰峰值8V的正弦波II。综合考虑，采用后者(老师建议)。13 基本设计任务用555定时器、双D触发器74LS74和四运放LM324设计并制作一个频率可变的、可输出方波I、方波II、三角波、正弦波I和正弦波II的多种波形产生电路。以方波I为信号源，四通道分别输出方波II、三角波、正弦波I和正弦波II，每通道负载电阻均为600驱姆。14 发挥设计任务（1）使用555定时器，产生频率为20kHz50kHz连续可调的方波I；（2）使用74LS74，产生频率为5kHz10kHz连续可调的方波II；（3）使用74LS74，产生频率为5kHz10kHz连续可调的三角波；（4）产生频率为20kHz30kHz连续可调的正弦波I；（5）产生输出频率为250kHz的正弦波II；（6）波形无明显失真。15电路特点占空比可调电路：波形呈矩形且调节滑动变阻器，矩形波可改变形状比例大小即改变占空比大小但仍为矩形波。16 电路特点矩形波发生电路：波形呈三角形，调节滑动变阻器也可改变波形形状的比列大小；信号发生器中的参数均独立可调互不影响。2 电路设计2.1 总体方框图图2-1 多波形产生器设计方框图如图2-1展示了此多波形产生电路的基本工作流程，经过仿真验证证明此电路的可行性。2.2 工作原理555多谐振荡器：电源接通时，555的3脚输出高电平，同时电源通过R1R2 向电容c充电，当c上的电压到达555集成电路6脚的阀值电压（2/3电源电压）时，555的7脚把电容里的电放掉，3脚由高电平变成低电平。当电容的电压降到1/3电源电压时，3脚又变为高电平，同时电源再次经R1R2向电容充电。这样周而复始，形成振荡。 74ls74四分频：74LS74是个双D触发器，把其中的一个D触发器的Q非输出端接到D输入端，时钟信号输入端CLOCK接时钟输入信号，这样每来一次CLOCK 脉冲，D触发器的状态就会翻转一次，每两次CLOCK脉冲就会使D触发器输出一个完整的方波，这就实现了二分频。把同一片74LS74上的两路D触发器串联起来，其中一个D触发器的输出作为另一个D触发器的时钟信号，这就实现了四分频。 LM324:四通道运算放大器，与一定数目的电阻电容可以构成积分电路、低通滤波器、带通滤波器，从而实现信号的运算处理。3 各主要电路及部件工作原理3.1 555多谐振荡器 由555定时器和外接元件R1、R2和C构成的多谐振荡器，2脚与6脚直接相连，电路没有稳态，只有两个暂稳态，电路也不需要外加触发信号，利用电源通过R1、R2向电容C充电，使电路产生震荡，电容在1/3VCC和2/3VCC 之间充电和放电。图 3-1 555 多谐振荡器如图3-1所示 图 3-1 555 多谐振荡器 调节电位器R2的阻值就可以调整所产生方波的频率。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，该电路用少量的元件就可以获得高精度震荡频率和较强的功率输出能力，输出的方波经过电阻分压就得到了稳定的20kHz-50kHz连续可调的方波I。所以该电路符合设计要求。 3.2 74ls74 分频电路 一个74ls74 集成芯片有两个D触发器，一个D触发器可以组成一个二分频电路，把其中的一个D触发器的Q非输出端接到D输入端，时钟信号输入端CLOCK 接时钟输入信号，这样每来一次CLOCK脉冲，D触发器的状态就会翻转一次，每两次CLOCK脉冲就会使D触发器输出一个完整的正方波，这就实现了信号二分频。二分频电路输入信号过零上升沿每到来一次二分频器状态翻转一次便可得到二分频，把两个D触发器串联起来，就是四分频电路。于是基本方波信号就被分频成了5kHz-10 kHz的方波，然后经过分压电路，就得到5kHz-10 kHz的方波幅值为1V的方波II。 74ls74四分频电路原理如图3-2所示 图3-2 分频电路原理 3.3 积分电路 积分电路可以用来进行波形变换，由于交流信号需要和偏置电压复合，以偏置电压为参考点，交流信号分别位于正负半周，为了使积分输出的波形更稳定，也为了使电路输出振幅符合题意要求，需要设置参考电压。这里设置的参考电压为 2.5V，由于只有 10V 单电源供电，选用 5V 稳压管，将电压稳到 5V，然后进行分压，从而得到 2.5V 参考电压，其电路如图 3-7 所示。积分电路是使输出信号与输入信号的时间积分值成比例的电路，积分电路可将矩形脉冲波转换为三角波，积分电路原理如图3-3所示。 图3-3 积分电路 电路将5kHz-10kHz连续可调的方波进行积分，得到5kHz-10kHz峰峰值3V 的三角波。 3.4 低通滤波器 低通滤波器由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其中同相比例放大电路具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点。低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过， 但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。低通滤波器的作用是抑制高频信号，通过低频信号。简单理解，可认为是通低频、阻高频。低通滤波器包括有源低通滤波器和无源低通滤波器，无源低通滤波器通常由电阻、电容组成，也有采用电阻、电感和电容组成的。有源低通滤波器一般由电阻、电容及运算放大器构成，这里所用的是有缘低通滤波器。低通滤波器电路图如图3-4。 图 3-4 低通滤波器任何周期信号，都可以看作是不同振幅，不同相位正弦波的叠加。而贯穿时域与频域的方法之一，就是传中说的傅里叶分解。此处20kHz-30kHz的方波信号就可以用低通滤波器将其中的正弦波分离出来然后得到电压峰峰值为3V、连续可调的20kHz-30kHz正弦波信号I。 3.4 带通滤波器 带通滤波器是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备，也就是通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器。任何一个周期信号都可以展开成傅里叶级数，也就是若干次正弦波之和，根据这一原理，可以用带通滤波器，将频带设置在250kHz左右就可以。本电路将通频带设置在250kHz+20Hz之间，得到谐波分量，然后再用低通滤波器将高于 250kHz的谐波分量滤除，即得到250kHz的正弦波分量。此处带通滤波器和低通滤波器共同工作对50kHz的方波进行选择分离，得到固定频率250kHz峰峰值8V 的正弦波。电路如图3-5所示。 图3-5 正弦波选频电路 4 原理总图图4-1 多种波形产生电路原理图5 元器件清单集成运算放大器LM324、LM318各1个（带底座）数字芯片NE555、74LS74各1个（带底座）电阻2个820、8个510、10个1k、10个10k、2个100k电位器2个1k、2个2k、2个5k、2个10k、2个20k同轴双联电位器3个1k电容18个103、6个102、4个10uf、4个4.7uf稳压二极管8个1N4148表格5-1元器件清单6 调试过程及测试数据（或者仿真结果）为使电路便于调试，我们采用了分块调试的方法。6.1 通电前检查电路安装完毕后，经检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。6.2 通电检查6.2.1线路的测试检查首先，给555 多谐振荡器的引脚接上+5V的电源，同时另一个引脚接地。若电源未出现急剧降低，说明电路连接正确；接着，给74ls74运放的引脚4接上+15，引脚11接上-15的电源进行测试（电压开始设置为10V左右，并逐渐提高到15V），确认无误，进行下一步的测试。6.2.2 555多谐振荡器和74ls74 分频电路的调试首先将信号发生器的黑线接在线路板上的地线，下来将红线接在555的信号输出端口(OUT端口)，在信号发生器上观测波形，并进行调试，产生频率为20kHz50kHz连续可调的方波I；在将红线接在74LS74D的信号输出端口，调试后得到频率为5kHz10kHz连续可调的方波II。6.2.3 积分电路模块的调试在将信号发生器的红线接在LM324的信号输出端口，调节同步电位器得到产生频率为5kHz10kHz连续可调的三角波。6.2.3 低通滤波器模块的调试在将信号发生器的红线接在LM318的信号输出端口，调节同步电位器得到频率为20kHz30kHz连续可调的正弦波I。6.2.4 带通滤波器模块的调试在将信号发生器的红线接在LM324的信号输出端口，调节同步电位器得到输出频率为250kHz的正弦波II。6.3 结果分析经过依次测试后，方波I、方波II、三角波和正弦波I均出现了，但是正弦波II未能出现。经过调节同步电位器出现较弱的波形，最后和同伴商量之后采用文氏电桥将波形振荡出来。7 小结1.学生电源提供的电压对波形的影响： 实物测试时由于电压有毛刺对波形稳定产生影响，为了上波形测试时稳定，电阻采用同步电位器使输出波形较稳定，并且工作在电源提供的电压范围之内，否则会出现失真。并且仿真电路测试效果与实物测试相差甚大，所以电阻采用电位器测试，以便于调试。 2.单电源和双电源的区别及其对电路的影响： 运放采用单电源供电时，积分电路不能工作，所以采用参考电压，以保证波形稳定，且振幅最大。 3.模块与模块之间的链接存在相互影响： 虽然总体电路运行仿真成功，但是做成实物时，各功能模块的波形会受到其他模块的影响，失真交严重。处理办法是在各模块之间加入耦合电容。由于最后 250kHz 正弦波，由于波形有毛刺，为了使波形稳定，需要不断去改善电路，输出波形较为符合预期标准。所以整体电路设计符合设计目标。 4.仿真与实物效果相差甚远，需要耐心进行调试，有可能实物参数与仿真参数不符合，需要进行更换元件参数，然后再进行调试。8 设计体会及今后的改进意见在课程设计过程中，我不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。也锻炼了我独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我了解课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。设计本身并不是有很重要的意义，而是对待问题时的态度和处理事情的能力。8.1 体会回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合