数字电路课程设计

1、电子技术课程设计信号产生与变换电路的设计摘要：在工程技术研究中，经常需要对各种各样的电子信号进行变换和测量，因而如何根据被测量电子信号的不同特征和测量要求，灵活、快速的选用不同特征的信号源是值得深入研究的课题。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和实验测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。信号产生与变换电路，能够给被测电路提供所需要的波形。本设计采用以555定时器为主的数字电路作为信号的产生源。由分立元件和模拟集成电路构成积分、滤波电路。

2、在选用电阻的过程中，使用可调电阻，可改变信号产生于变换电路的系统参数，实现对电路波形的调节，具有灵活的功能，提高了设计的应用价值。关键字 信号产生 信号变换1、设计思路与整体框图 在本信号产生与变换电路中，要求使用555定时器和LM324产生四种波形，其中，方波、三角波、正弦基波，如图1所示。并要求能输出正弦三次谐波。且幅值大于等于500mv。图1 设计电路中的波形根据题目要求，本次设计的基本完成思路是，首先由555定时器组成多谐振荡器产生方波，然后由LM324组成有源积分电路将方波转化为三角波，最后用二阶有源带通滤波电路将方波转化为正弦波，最后，将方波引入另一个由LM324组成的二阶有源带通

3、滤波电路中，得到三次谐波。如图2，为整体设计思路。图2 信号产生与变换电路的整体设计思路在电路的搭建与其间的选择上，将遵循以上设计思路，进行设计。2、 硬件电路设计2.1 方波发生电路的设计与计算方波产生电路的核心部分是，由555定时器组成的多谐振荡电路如图3所示。由于电路中的二极管、的单向导电性，使电容的充放电回路分开，调节电位器的值，就可调节多谐振荡器的占空比。通过和的一部分记为、向电容充电，充电时间为 （2.1.1）电容器通过、和的一部分记为以及555中的三极管放电，放电时间为 （2.1.2）因而，振荡频率为 （2.1.3）电路输出波形的占空比为 （2.1.4）图3 555定时器组成的多

4、谐振荡电路 为满足方波输出需求，需将占空比调至50%，取振荡频率为2KHz，带入式（2.1.12.1.4）中，可以得出，=S，取=35k，。为使占空比可调，选用两个10k的电阻与一个50k的可调电阻串联。即可实现占空比可调，振荡频率为2KHz。2.2 三角波发生电路的设计与计算对方波进行有源积分即可实现输出三角波。有源积分电路的电路图如图4所示，积分电路的工作原理如下：由于集成运放的反相输入端“虚地”与“虚断”，运放反相输入端的电流为零，则，故,可得积分电路输入电压和输出电压的关系。该积分电路符合惯性环节的特征，令与滑动变阻器串联的等效电阻为。故可以得出传递函数为： （2.2.1）其中， （2

5、.2.2） （2.2.3）图4 三角波发生电路 由于可调，故可以改变放大倍数，实现对三角波的幅值可调。其中，时间常数T由积分电路输入信号的周期决定。由于在积分的过程中，电压上升段与电压下降段的斜率是一样的，故可以输出三角波，而且幅值可调。2.3 基波正弦波产生电路的设计与计算三角波作为正弦波产生电路的输入信号。将输入的三角波信号进行带通滤波，通过一个二阶有源带通滤波电路，如图5所示，将三角波转化为基波正弦波。其中与组成低通网络，与组成高通网络，两者串联就组成了带通滤波电路，另一部分为同相比例放大电路。图5 基波正弦波产生电路为了计算的简便，设，则由KCL方程可以算出带通滤波的传递函数为 （2.

6、3.1）式中为同向比例放大电路的电压增益，同样要求,电路才能稳定工作。令 （2.3.2）则 （2.3.3）其中，既是特征角频率，也是带通滤波电路的中心角频率。令带入式（2.3.3），则有 （2.3.4）表明当时，图5所示的电路具有最大的电压增益。则由三角波周期、频率可以计算出所选电路各元器件的值。2.4 三次正弦波产生电路的设计与计算将方波作为输入信号。利用二阶有源带通滤波电路产生三次正弦谐波。电路图如图6所示。图6 三次正弦谐波产生电路其工作原理与图5基波正弦波产生电路相识，只需要更改中心角频率与截止频率即可计算出三次正弦谐波产生电路的各元器件的大小。3、 电路仿真结果分析1、 方波发生电路

7、的multisim仿真结果： 当图3中555定时器组成的多谐振荡电路的滑动变阻器调至中间位置时，所得仿真波形如图7所示，图7 方波发生电路的multisim仿真结果1 当图3中555定时器组成的多谐振荡电路的滑动变阻器调至其他位置时，所得仿真波形如图8所示，图7 方波发生电路的multisim仿真结果22、 三角波发生电路的multisim仿真结果：图8 三角波发生电路的multisim仿真结果1图9 三角波发生电路的multisim仿真结果23、 基波正弦波产生电路的multisim仿真结果：图10 基波正弦波产生电路的multisim仿真结果4、 三次正弦谐波产生电路的multisim仿真结果：图11 三次正弦谐波产生电路的multisim仿真结果以上实验结果均达到预期要求。其中，方波发生电路可以输出不同占空比的方波，三角波发生电路实现了对幅值的调节，基波正弦波产生电路与三次正弦谐波产生电路均符合要求的幅值与频率。仿真结果正