数电课设——基于EPROM的波形发生电路.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 设计题目：基于EPROM的可编程波形发生器院 系：班 级：设 计 者：学 号：指导教师：设计时间：2010.12.20 哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学课程设计任务书 姓 名： 院 （系）： 专 业： 班 号： 任务起至日期： 年 月 日至 年 月 日 课程设计题目： 已知技术参数和设计要求： 工作量： 工作计划安排： 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。1.1 题目背景及要求：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、正弦波等等。1.1.1设计要求(1)以EPROM2764芯片构成可编程多重连续波形发生器，产生方波、三角波、锯齿波和正弦波四种波形。(2)输出波形周期T=1S；(3)四种波形可以选择输出；1.2 电路设计思路及流程图： 1.2.1电路设计思路1.2.1.1基本部分(1)首先对波形进行量化，并进行数字编码，最后将编码烧写到EPROM里面。（本次设计中这项工作由老师完成）。(2)利用两片十六进制同步加法计数器74LS161通过级联组成256位加法计数器，作为EPROM的地址端。(3)用555为两片十六进制加法计数器提供时钟，可通过调整其电路的电容电阻获得合适的周期。(4)最后波形的显示由DAC0832来完成。1.2.1.2扩展部分为了能选择想要看到的波形，我们设计了拓展的电路来实现这些功能。(1) 可通过按键来选择想要选择的波形，通过使用了一个按键，和用于消抖的单稳态触发器以及一个同步加法计数器74LS161来作为波形选择端，代替了通过直接改变改变EPROM上的数据选择端来改变波形地方法。(2)波形类型可通过数码管显示，为了使设计更具人性化，设计了一个数码管，用于显示正在产生波形的种类(0代表正弦波，1代表三角波，2代表方波，3代表锯齿波。）为了正确显示，使用了一片显示译码器74LS47，控制数码管的显示。1.2.2设计流程图总结上述设计思路得到如下设计流程图： 1.3 电路各部分参数的设计及调试根据设计流程图，设计并验证每一部分的电路是否正确。1.3.1时钟电路部分555定时器构成多谐振荡器1.3.1.1占空比不可调的多谐振荡器占空比不可调的555定时器构成的多谐振荡器如图1.3.1.1.1所示，它是将两个触发端合并在一起，放电端接与两电阻之间。图1.3.1.1.1 555多谐振荡电路图根据555定时器的原理可推得第三管脚所产生波形的周T 因为设计要求中提到需要的波形周期为1秒，由此可知555产生的波形周期应为T=1/256秒，设计C=01uf。 有周期公式可推得 ，为了获得比较 准确的周期选取 ， 为一个最大阻值为1K的变阻器，可通过调节获得准确的周期。可取10nf，起到滤波的作用。具体仿真电路图和仿真结果如下图：图1.3.1.1.2 555多谐振荡器仿真电路图及仿真结果1.3.1.2占空比可调的多谐振荡器图1.3.1.2.1 占空比可调的多谐振荡器电路图占空比可调的多谐振荡器的电路图如图所示，该电路因加入了二极管，使电容器的充电和放电回路不同，可以调节电位器使充、放电时间常数相同。如果RA=RB，调节电位器可以获得占空比为50%的波形。仿真电路图及仿真结果见图1.3.1.2.2图1.3.1.2.2 占空比可调的多谐振荡仿真电路及仿真结果1.3.2 256进制计数器74LS161是十六进制同步加法计数器，为了获得256进制计数器，采用级联的方法，规则是只有地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。为此设计了如下电路图： 图1.3.2.1 74LS161组成的256进制计数器其中：两片74LS161连着相同的时钟信号，低位片的进位端(RCO)与高位端的使能端(ET)相连，只有当低位片计数最大时，高位片才允许计数，从而构成了256位计数器。1.3.3 EPROM2764简介及编程1.3.3.1 EPROM2764简介EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory)，为可擦除只读存储器。虽然EPROM的内容可擦除与改写，但在使用过程中，EPROM的内容是不能够更改的，要想改写EPROM中的内容，必须将芯片从电路板上拔下，将存储器上的一块石英玻璃窗口对准紫外灯照射数分钟，是存储的数据消失。数据的写入可用软件编程，由专门的编程器生成电脉冲来实现。即EPROM仍属于只读存储器。1.3.3.2 EPROM编程首先对波形进行量化处理，将波形按时间256等分后，分别按电压幅值进行量化，量化后的波形幅值按8421码进行数字编码，此过程可通过编写C语言，并将编译后的数据通过winhex形成二进制文件， 并将此下载到EPROM2764中。其中二进制文件如图1.3.3.2.1 ，EPROM2764管脚图如图1.3.3.2.1所示。图1.3.3.2.1 二进制文件图 图1.3.3.2.2 EPROM2764管脚图1.3.4 数模转换器 DAC0832 D/A转换器是利用电阻网络和模拟开关，将二进制数D转换为与之成比例的模拟量，n位二进制D对应的输出地模拟量为A=KD=K。本设计采用了DAC0832，分辨率为8位。采用直通工作方式(WR1、WR2、XFER及CS接低电平ILE接高电平)即不用写信号控制，外部输入数据直通内部8位D/A转换器的数据输入端。另外采用了双极性输出电路，设计电路图如图1.3.4.1所示 图1.3.4.1 DAC0832的设计电路图第一级运放的输出电压为： 第二级运放的输出电压为： 由此得到幅值可调的输出波形。仿真电路如图1.3.4.2所示图 1.3.4.2 D/A转换双极性电压输出电路图1.3.5单稳态触发器 集成单稳态有有如下的显著特性： (1)它有稳态和暂态两个不同的工作状态； (2)在外界触发脉冲的作用下，能从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态维持一段时间以后在自动返回稳态； (3)暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数。与触发脉冲的宽度和幅度无关。 本设计采用74LS121，用来对减弱或消除按钮的机械抖动。其管脚图和原理分别如图1.3.5.1和图1.3.5.2所示： 图1.3.5.1 74LS121管脚图 图1.3.5.2 74LS121电路连接图单稳态出发时间为：twln2 RextCext=0.7 RextCext= 单稳态电路可以有效消除机械抖动。1.3.6数码管显示部分数码管显示部分包括74LS161，74LS47，以及共阳极数码管，74LS161对按键次数进行计数，由于只有四种波形，所以只需利用低两位 即可， 74LS47作为数码管显示的译码器，将8421码转换成对应的十进制数并显示在数码管上，74LS47和数码管的管脚图分别如图1.3.6.1和图1.3.6.2所示： 图1.3.6.1 74LS47管脚图 图1.3.6.2数码管的管脚图其中设计原理图如图1.3.6.3所示： 图1.3.6.3 74LS47与数码管的电路连接图1.4 电路仿真及实际运行结果1.4.1结果显示当按下按钮次数为4n+1时仿真结果为如图：示波器显示波形如图：当按下按钮次数为4n+2次时，仿真结果如图：示波器显示波形如图：当按下次数为4n+3时，仿真结果如下显示：示波器显示波形如图：当按下次数为4n+3时，结果如下图所示： 实际数码管和示波器显示如下： 1.5 程序调试中遇到过的问题及解决办法考虑到系统较为复杂，采取分步进行分块调试的方法。总体将设计部分分为基本功能部分和扩展部分，其中各部分中分别对其功能进行调试。其中，基本功能部分分为555时钟脉冲发生电路（多谐振荡电路），256进制计数器（由2片74LS161级联实现），EPROM2764电路，D/A转换电路，以及信号转换和放大电路。扩展部分由单脉冲触发电路实现波形的选择，由译码显示电路指示但其前波形。在调试之前，确定可能出现的问题以及检测方法。可能产生电路故障如下，1) 电源连接问题。2) 导线接触不良或导线中间断路，以及导线裸漏部分相互接触造成逻辑混乱。3) 芯片损坏。4) 连线连接错误。5) 原理错误其中，原理错误已经在连线之前仿真预先排除。在调试过程中不予考虑。解决问题方法，（针对不同问题采用对应解决方法）1) 电源连接以前，用万用表测量其电压值。（第一部分，将面包板电源部分接入双路直流稳压电源固定5V端口并用万用表检测面包板各处电压值，注意共分12个监测点，每个监测点都有+5V和GND检测。仅以一块面包板接线为例，上部电源左右5排插空相互独立，须分别接入并检查，上线采用+GND和GND+接线方法，共四处电源连接点，每处包括+5V和GND。第二部分，将稳压电源两路接口串联跟随适用，用万用表量得电源差值为24V，并将两部分电源共地）2) 将接线处两端用万用表分别测量电压值或用测量通断档检测导线完好。在检测电平高低时，检测芯片管脚而不是导线端部。3) 用示波器检测各部分芯片波形输出。（用555时钟电路方波信号近于50%占空比方波。检测两片161 输出端口方波型号是否为二分频关系的方波。检测数模转换0832输入端口处输出是否符合二分频方波）4) 更换芯片，检测输出结果是否正确，芯片是否发热。（是否有烧焦气味）5) 扩展功能同理分步检测。实际检测过程中出现的问题及调试方法：1) 555定时器无方波波形，仅显示高电平。管脚接线错误产生，4未接到电源，2、6管脚接到一起未接到电容一端。通过检查连线管脚发现并排除。之后，3管脚连接示波器出现方波信号。（自动测量键按下后默认为AC测量模式，按下示波器按键，转入直流扫描模式，由原来不规整波形变为方波。）2) 检测161输出波形，高位芯片输出方波且符合逻辑关系，但地位芯片输出波形仅有一位QD为方波波形，其他管脚输出高电平。逐次检测管脚连线确认无误后，排除接线错误原因。一段时间过后发现地位芯片发热现象，并检测进位输出波形始终为高电平。更换低位161芯片后，输出结果正常。3) 连接ROM0832和AD2764后检测输出符合二分频方波前部分接线正确。连接运放后输出结果未出现预想的三角波信号通过核对各管脚接线未发生错误，检测电源连接发现电平之差为24V，面包板为+5和但，两电源共地。共地后更换芯片出现三角波信号。4) 连接扩展部分电路运行后示波器输出方波信号，接触一次后出现正弦波，并未按预先设计原理一次出现正弦波、方波、三角波、锯齿波。分析原因后发现，由于每次触点接触都有几次波一同输出。因此信号变换多次，不一定按照预先规律变换。但输出结果应与数码管显示对应。5) 数码管连接后未被点亮状态。（预想原因限流电阻过大导致电流过小。实验室电阻用完，用代替，后来更换电阻后认为被点亮，排除之一原因。电源连接问题以及数码管损坏问题，更换数码管后仍未被点亮，检查线路无管脚接错。重新通电后可以运行，猜想原因可能是某处接触不良，管脚扶正后故障排除）1.6 心得体会在本次