组合函数发生器及数控选通电路设计及制作

中国地质大学北京本科实习报告题目组合函数发生器及数控选通电路设计及制作学生姓名专业学号指导教师目录1实习任务及要求11实习任务12技术指标13实习流程2设计方案21设计框图22各模块电路功能简介3电路设计、仿真及系统硬件电路制作31正弦波发生器311电路原理图312电路工作原理及参数计算313电路仿真结果32方波三角波发生器321电路原理图322电路工作原理及参数计算323电路仿真结果33多谐振荡器331电路原理图332电路工作原理及参数计算333电路仿真结果34时序数控选通波形电路311电路原理图312电路工作原理及参数计算313电路仿真结果35DCDC转换电路36整体电路4实习心得体会1、实习任务及要求11实习任务完成自动循环变频函数信号发生器的硬件制作。波形包括正弦波、方波、三角波、锯齿波。频点1000HZ、幅值2VPP。对上述四种波形进行巡回切换输出，在示波器上进行观测。12技术指标（1）频率误差1。（2）输出信号幅度的峰峰值为2V，幅度误差1。（3）每种波形的巡回切换时间间隔为2S。13实习流程（1）调研、查找并收集资料；（2）画出原理框图；（3）单元电路设计与计算；（4）绘制电路图；（5）列元器件明细表；（6）电路焊接与调试；（7）撰写设计报告。2、设计方案21设计框图22各模块电路功能简介（1）DCDC电路实验室设备所提供的供电电压为12V，而数字电路工作电压为5V。因而，可用7805实现5V的工作电压。模拟部分使用的12V。（2）信号产生电路主要分为正弦波产生电路、方波产生电路、三角波产生电路。可以由积分器和比较器同时产生三角波和方波，其中比较器起电子开关的作用，将恒定的正、负极性的电位交替地反馈至积分器而得到三角波。三角波经低通后可产生正弦波。（3）基准时序产生电路循环的时间基准由此电路实现。（4）波形自动循环控制电路要求方波、正弦波、三角波均能够自动循环输出，且每种波形显示时间为10S。3、电路设计、仿真及系统硬件电路制作31正弦波发生器311电路原理图图1正弦波发生电路312电路工作原理及参数计算基本文氏电桥反馈型振荡电路如图1所示，它由放大器即运算放大器与具有频率选择性的反馈网络构成，施加正反馈就产生振荡。运算放大器施加负反馈就为放大电路的工作方式，施加正反馈就为振荡电路的工作方式。图中电路既应用了经由R3和R4的负反馈，也应用了经由串并联RC网络的正反馈。电路的特性行为取决于是正反馈还是负反馈占优势。将这个电路看作一个同相放大器，它对VP进行放大，其放大倍数为O3P4VRA1在这里为了简化我们假设运算放大器是理想的。令，R1R3R,C1C2C。反过来，VP是由运算放大器本身通过两个RC网络产生的，其值为VPZP/ZPZ1VO。式中ZPR1/J2FC，Z1/2SRJFC。展开后可以得到OP0V3/BJFJFF上式中01/2FFC。信号经过整个环路的总增益是TJAB或者表示为3401/RTJFJFF这是一个带通函数，因为它在高频和低频处均趋于零。它的峰值出现在0F处，其值为341/RTJF为实数表明了一个频率为0的信号经过环回路一周后，其净相移为零。TJF根据的大小，可有三种不同的可能性（1）1，也就是A3VV。从直观上即可看出，这一扰动每次环绕回JF路后均会被减小，直至其降到零为止。这时可以认为回路的负反馈（通过）胜过了正反馈（通过），使其成为一个稳定的系统。34R和SZP和（2）1，也即A3VV。这时正反馈超过了负反馈，说明频率为0F的TJF扰动会被再生的放大，导致整个电路进入一个幅度不断增长的震荡过程中。此时电路时不稳定的。（3）1，或A3VV。这种情况称为中性的稳定状态，因为此时正负反JF馈量相等。任何频率为0F的扰动首先被放大3VV倍，然后再缩小1/3VV，这就说明一旦电路工作它就会无限的持续下去。313电路仿真结果图6正弦波仿真波形及其频率32方波三角波发生器321电路原理图方波三角波发生器电路322电路工作原理及参数计算利用过零电压比较器，引入正反馈和储能元件，如电容器等，就能构成各种波形的信号发生器电路，图就是利用运算放大器A1作为同相滞回比较器，A2作为反相积分器构成的矩形波、三角波发生器。当滞回比较器A1的输出经限流电阻R3被双向稳压管箝位在UZ时，积分器A2反向积分，当其输出降到滞回比较器的下门限电压UT2时，A1的输出电压UO1翻转到UZ，这时积分器A2又正向积分，当其输出UO2上升到滞回比较器A1的上门限电压UT1时，A1的输出电压UO1又翻转到UZ，完成一个周期。如此周而复始，可以得到矩形波UO1以及三角波UO2图3在接通电源的瞬间，图3电路的输出电压究偏于正向饱和还是负向饱和，纯属偶然。设输出电压偏于负饱和值，即时，则集成运放同相端的电压为（1）而时电容反向充电，VC由零变负。在VC高于VP之前，不变。当VC下降到略低于VP时，VO从VZ跳变到VZ。与此同时，VP由变为（2）而是电容充电，在VC低于VP以前，不变。当VC上升到略高于VP时，VO从VZ跳到VZ。如此循环不已，产生振荡，输出矩形波。（3）振荡周期在时的一个方波的典型周期内输出端及电容C上的电压波形。当时，则在的时间内电容C上的电压VC将以指数规律由向VZ方向变化，根据一阶RC电路的三要素法时间常数1方波震荡周期分析图在T1时刻VC的初始值2若，VC的终了值是VZ3则得（3）其中，且T1TT2。当时，将这些条件代入式（3），得出（4）323电路仿真结果三角波仿真波形方波仿真波形图33多谐振荡器331电路原理图332电路工作原理及参数计算多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压UC为低电平，小于（1/3）VCC，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出UO为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压UC按指数规律上升，当UC上升到（2/3）VCC时，输出UO为低电平，放电管VT导通，把UC从（1/3）VCC上升到（2/3）VCC这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数T充（R1R2）C。由于放电管VT导通，电容C通过电阻R2和放电管放电，电路进人第二暂稳态其维持时间TPL的长短与电容的放电时间有关，放电时间常数T放R2C0随着C的放电，UC下降，当UC下降到（1/3）VCC时，输出UO。为高电平，放电管VT截止，VCC再次对电容C充电，电路又翻转到第一暂稳态。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，UC电压总是在（1/32/3）VCC之间变化。X图1（B）所示为工作波形。555333电路仿真结果34时序数控选通波形电路341电路原理图342电路工作原理及参数计算3421计数器原理我们分别用同步十进制加法计数器74LS160构成一个六进制计数器和一个一百进制计数器。因为六进制计数器的有效状态有六个，而十进制计数器的有效状态有十个，所以用十进制计数器构成六进制计数器时，我们只需保留十进制计数器的六个状态即可。74LS160的十个有效状态是BCD编码的，即0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001图51。图51我们保留哪六个状态呢理论上，我们保留哪六个状态都行。然而，为了使电路最简单，保留哪六个状态还是有一点讲究的。一般情况下，我们总是保留0000和1001两个状态。因为74LS160从1001变化到0000时，将在进位输出端产生一个进位脉冲，所以我们保留了0000和1001这两个状态后，我们就可以利用74LS160的进位输出端作为六进制计数器的进位输出端了。于是，六进制计数器的状态循环可以是0000、0001、0010、0011、0100和1001，也可以是0000、0101、0110、0111、1000和1001。我们不妨采用0000、0001、0010、0011、0100和1001这六个状态。如何让74LS160从0100状态跳到1001状态呢我们用一个混合逻辑与非门构成一个译码器图5337B，当74LS160的状态为0100时，与非门输出低电平，这个低电平使74LS160工作在预置数状态，当下一个时钟脉冲到来时，由于等于1001，74LS160就会预置成1001，从而我们实现了状态跳跃。图5337B用置数法将74160接成六进制计数器（置入1001）一百进制计数器（并行进位方式）图5339例533电路的并行进位方式这种方案的特点是两个74LS160的CP端都接到时钟脉冲上。不过，第一个74LS160始终工作在计数方式，每一个时钟脉冲都使其状态发生变化；第一个74LS160只有在第一个74LS160进位输出为高电平是才工作在计数方式，每十个时钟脉冲才使其状态发生变化。若计数器从0010状态开始计数，则第九个时钟脉冲到达后，第一个74LS160的状态变为910且进位输出变为高电平，使第二个74LS160进入计数方式。因为第二个74LS160进入计数方式的时间比第九个时钟脉冲到达的时间晚，就是说，第九个时钟脉冲到达时第二个74LS160尚未进入计数方式，所以，第九个时钟脉冲并不能使第二个74LS160的状态发生变化，其状态仍为010。于是，计数器的状态为0910。第十个时钟脉冲到达后，第一个74LS160的状态变为010且进位输出变为低电平，使第二个74LS160退出计数方式。因为第二个74LS160退出计数方式的时间比第十个时钟脉冲到达的时间晚，就是说，第十个时钟脉冲到达时第二个74LS160尚未退出计数方式，所以，第十个时钟脉冲使第二个74LS160的状态发生变化，其状态变为110。于是，计数器的状态为1010。第二种方案称为串行进位方式，这种方案的特点是，两个74LS160都始终工作在计数方式。不过，第一个74LS160的CP端接到时钟脉冲上，每一个时钟脉冲都使其状态发生变化；第一个74LS160的CP端接到第一个74LS160进位输出上，每十个时钟脉冲才使其状态发生变化。经常有学生问“为什么在第一个74LS160的进位输出端和第二个74LS160的时钟脉冲输入端之间要加上一个非门呢”这里面有点儿奥妙。若计数器从0010状态开始计数，则第九个时钟脉冲到达后，第一个74LS160的状态变为910且进位输出变为高电平。如果没有这个非门，第一个74LS160的进位输出端的电平变化将使第二个74LS160的状态发生变化，其状态变为110。于是计数器的状态就从0810变成1910，而不是我们所希望的0910。有了这个非门，情况就不一样了，因为第一个74LS160的进位输出端的脉冲上升沿被非门转换成下降沿，所以第一个74LS160的进位输出端的电平变化并不能使第二个74LS160的状态发生变化，其状态仍为010。于是计数器的状态就从0810变成我们所希望的0910。第十个时钟脉冲到达后，第一个74LS160的状态变为010且进位输出变为低电平。因为第一个74LS160的进位输出端的脉冲下降沿被非门转换成上升沿，所以第一个74LS160的进位输出端的电平变化使第二个74LS160的状态发生变化，其状态变为110。于是计数器的状态又从0910变成1010。3422数控选通原理CMOS模拟开关是一种可控开关，它不象继电器那样可以用在大电流、高电压场合，只适于处理幅度不超过其工作电压、电流较小的模拟或数字信号。CD4052相当于一个双刀四掷开关，具体接通哪一通道，由输入地址码AB来决定343电路仿真结果35DCDC转换电路W78MXX系列、W78XX系列和W78LXX系列是三端固定正压集成稳压器。3个系列的区别是输出电流不同，W78MXX为05，78XX为15，78LXX为01。W79MXX系列、W79XX系列和79LXX系列是三端固定负压集成稳压器，与W78MXX系列、W78XX系列和W78LXX系列相对应。XX表示输出电压的大小，例如XX为05，则表示输出电压为5V，如果XX为12，则表示输出电压为12V。输出电压主要有5V、6V、9V、12V、15V及24V等。各种三端固定电压集成稳压器无论采用何种电路，应用方法都是相同的，图A和B分别是W78M05和W79M15集成稳压器的实际应用电路。输入端电容C1用来减小输入电压中的波纹。输出端电容C2用来改善瞬态负载响应特性。应该按要求的输出电压和输出电流选用适当的型号。36整体电路4实习心得体会吴杰生在为期12周的实习当中感触最深的便是实践联系理论的重要性，当遇到实际问题时，只要认真思考，用所学的知识，再一步步探索，是完全可以解决遇到的问题的。这次的内容包括电路的设计，电路的焊接。本次实习的目的主要是使我们对电子元件及电路板焊接工艺有一定的感性和理性认识；培养和锻炼我们的实际动手能力，使我们的理论知识与实践充分地结合，做到不仅具有专业知识，而且还具有较强的实践动手能力，能分析问题和解决问题，为以后的顺利就业作好准备。在大一和大二我们学的都是一些理论知识，而这一次的实习正如老师所讲，没有多少东西要我们去想，更多的是要我们去做，好多东西看起来AW78M05132UOU210VC1033FC201FBW79M15321UI23VC1033FC201FUO15V十分简单，一看电路图都懂，但没有亲自去做它，你就不会懂理论与实践是有很大区别的，看一个东西简单，但它在实际操作中就是有许多要注意的地方，有些东西也与你的想象不一样，我们这次的实验就是要我们跨过这道实际和理论之间的鸿沟。不过，通过这个实验我懂得了在过去的学习中，我们学到的都是专业理论知识，而现在课程设计就是专业知识综合运用的实践训练。通过这次的课程设计，我深深地体会到，做任何事情都必须耐心细致，高度负责，认真对待。但是这次课程设计也让我