电工电子实验报告-南邮课程设计

1、目录第一章 技术指标21.1 系统功能要求21.2 系统结构要求21.3 电气指标21.4 设计条件2第二章 整体方案设计22.1 整体方案22.2 整体原理及方框图2第三章 单元电路设计43.1 频率控制电路设计43.2 计数器设计（256）53.3 存储器及正弦函数表63.4 D/A（II）正弦波产生电路73.5幅度控制83.6 阻抗控制93.7整体电路图93.7 整体元件清单（理论值）9第四章 测设与调整（数据）114.1 频率控制电路调测114.2 地址计数器电路调测如下：114.3 存贮器电路调测（R=1千欧）114.4 数字幅度电路调测114.5 波形扩展114.6 整体指标测试1

2、2第五章 设计小结135.1电子电路课程设计的意义135.2 设计任务完成情况135.3 问题及改进135.4 心得体会14附录15参考文献15主要芯片介绍：15第一章 技术指标 1.1 系统功能要求数控正弦函数信号发生器的功能是，用数字电路技术产生正弦波信号。正弦波输出信号的频率和电压幅度均由数字式开关控制。 1.2 系统结构要求数控正弦波信号发生器的结构要求如图（1）所示，其中正弦波发生器采用数字电路产生正弦信号，频率选择开关用于选择输出信号的频率，幅度选择开关用于选择输出信号电压幅度。频率选择开关和幅度选择开关均应采用数字电路。 1.3 电气指标输出信号波形：正弦波输出信号频率范围：1k

3、Hz5kHz输出信号最大电压：2.8V (峰峰值)输出阻抗：50幅度选择档位：5档波形可选择：方形，正弦波，三角波，斜波输出频率最小步长：20Hz 1.4 设计条件 电源条件：+5V,-5V 可供选择器件如下： 型号名称及功能 数量 DAC08328位D/C转换电路 2 MC4046 锁相电路 1 28C64B EEPROM存储器 1 T4LS393 双16进制计数器 1 MC4051 四模拟开关 1 TL084 运算放大器 1 8路开关 双制直插式微型开关 2 MC4060 与晶振为频率器 1 CD7474 双D型触发器 3 CD7404 六反向器 1 74139 译码器 2 LED 二极管

4、 12 单开关 开关 3 晶振 32768k 1 其他若干电阻，电容第二章 整体方案设计 2.1 整体方案事先对正弦波进行取样，把各个取样点的取样值存入存储器构成正弦函数表（可以存入一个周期完整信号，也可以存入半个周期或1/4周期）。通过数字频率控制电路对正弦函数表的读取，再把读出的取样值取出还原成原始的正弦信号。2.2 整体原理及方框图通过频率控制开关改变频率控制电路的输出频率，由此改变计数器（地址发生器）的循环计数速度，进而改变从存储器取出样值的速度，经D/A变换后输出正弦波信号。再由幅度控制开关控制输出信号的电压幅度。数字式频率选择开关控制D/A变换的数据。D/A（I）,其转换输出一直流

5、电压控制锁相环中的压控振荡器输出频率，压控振荡器输出频率作为地址代数器输入。地址代数器产生256个地址依次从贮存器中取出正弦信号的样值。该样值经D/A（II）变换，输出一正弦波。幅度开关控制衰减电路使幅度变化。放大电路可满足输出信号的幅度及输出阻抗的要求。图（2）第三章 单元电路设计 3.1 频率控制电路设计频率控制电路含频率开关D/A（I）和压控振荡器，如图（3）所示。输出的正弦信号频率要求为15，则模2计数器输入时钟信号的频率范围为2561280，即第一部分电路产生的方波频率范围的下限应小于256，上限应为1280。据此可得理论值：图（3） 压控振荡器的压控特性与VDD、R1、R2、C1取

6、值大小有关。VDD一定时，只与R1、R2、C1有关，如果不接R2，振荡器的频率为0Hzfmax,这时fMAX由下式计算： fMAX=1/R1(C1+32PF) ，频率与电压VDD的关系如图： 如使用R2，振荡器的频率由fminfmax,可由下式计算： fMin=1/R2(C1+32PF) fMax=1/R2(C1+32PF)+ 1/R1(C1+32PF)，频率与电压VDD的关系如图：3.2 计数器设计（256）计数器，可由计数器（74LS393）级联扩展而成，设计如图所示： 3.3 存储器及正弦函数表EEPROM所给元件为8K*8的28C64B，DAC00832数字输入端为0255。存储器内正

7、弦函数表的采样值的采样点可由下面函数确定：H=255/2sin(2*D/256)+255/2，D=0，1，2，255。利用C语言编程计算下列函数值#include#include#includevoid main()int a;int i=0;int b256;for(a=0;a256;a+)bi+=255/2*sin(2*3.*a/256)+255/2;ofstream fout(d:test4.txt);for(i=0;i256;i+)fouthexbi ;正弦值数据：7f 82 85 88 8b 8e 91 94 97 9a 9d a0 a3 a6 a9 ac af b2 b5 b8 b

8、a bd c0 c2 c5 c8 ca cd cf d1 d4 d6 d8 da dd df e1 e3 e5 e6 e8 ea eb ed ef f0 f1 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 fa fa fb fc fc fd fd fd fd fd fe fd fd fd fd fd fc fc fb fa fa f9 f8 f7 f6 f5 f4 f3 f1 f0 ef ed eb ea e8 e6 e5 e3 e1 df dd da d8 d6 d4 d1 cf cd ca c8 c5 c2 c0 bd ba b8 b5 b2 af ac a9 a6 a3 a0 9d 9a 9

9、7 94 91 8e 8b 88 85 82 7e 7b 78 75 72 6f 6c 69 66 63 60 5d 5a 57 54 51 4e 4b 48 45 43 40 3d 3b 38 35 33 30 2e 2c 29 27 25 23 20 1e 1c 1a 18 17 15 13 12 10 e d c a 9 8 7 6 5 4 3 3 2 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 2 3 3 4 5 6 7 8 9 a c d e 10 12 13 15 17 18 1a 1c 1e 20 23 25 27 29 2c 2e 30 33 35 38 3b

10、3d 40 43 45 48 4b 4e 51 54 57 5a 5d 60 63 66 69 6c 6f 72 75 78 7b 3.4 D/A（II）正弦波产生电路D/A（II）用于产生正弦波电路，电路如图所示。是一单极性信号，其电压值由下面的公式得出。由公式可见，所有值均在0V上下。为了使正弦信号输出不含直流分量，需用作为输出信号。实现双极性输出。电路图：3.5幅度控制幅度控制电路由分压衰减电路和模拟开关组成，如图所示。衰减电路可提供8种不同的衰减值（我选择5种），模拟开关在幅度开关的控制下选择其中一个输出。3.6 阻抗控制跟随器的作用是使V01的输出阻抗为0，R1和R2的并联阻抗50欧

11、姆作为整个电路的输出阻抗。3.7整体电路图数字式频率选择开关控制D/A变换的数据。D/A（I）,其转换输出一直流电压控制锁相环中的压控振荡器输出频率，压控振荡器输出频率作为地址代数器输入。地址代数器产生256个地址依次从贮存器中取出正弦信号的样值。该样值经D/A（II）变换，输出一正弦波。幅度开关控制衰减电路使幅度变化。放大电路可满足输出信号的幅度及输出阻抗的要求。简略图如下：（详细图见图纸）3.7 整体元件清单（理论值） 型号名称及功能 数量 DAC08328位D/C转换电路 2 MC4046锁相电路 1 28C64B EEPROM存储器 1 T4LS393 双16进制计数器 1 MC405

12、1 四模拟开关 1 TL084 运算放大器 1 8路开关 双制直插式微型开关 2 MC4060 与晶振为频率器 1 单开关 开关 3 晶振 32768k 1 1电阻 7 2电阻 2 30电阻 1 7.5电阻 1 100电阻 2 100PF电容 1第四章 测设与调整（数据） 4.1 频率控制电路调测电容100PF是固定的。由于系统、器件误差影响，R1，R2的理论值和实际值并不相等。调整R1，R2的大小使方波频率范围的下限小于256，上限为1280分别记录理论值与实际值如下：R1=7.5千欧R2=30千欧R1=1千欧R2=39千欧输入电压（VCOi)输出频率输入电压（VCOi)输出频率1V277K

13、HZ1V242.3KHZ2.5V900KHZ2.5V719KHZ4V1380KHZ4V1350KHZ根据记录可知，理论值不能满足指标要求，需要调整至实际值：R1=1千欧，R2=39千欧。 4.2 地址计数器电路调测如下：计数器模M=256。记录实际值如下：输入频率输出频率256KHZ1KHZ1280KHZ5KHZ根据记录可知，电路不需要调整。 4.3 存贮器电路调测（R=1千欧）输出电压V02（峰峰值）最大为2.8V。记录实际值如下：R=1千欧放大电阻Rx输出电压V02（峰峰值）2R3.4V1.2R2.71V根据记录可知，放大器（II）中的放大电阻Rx理论值2R不能满足指标要求（峰峰值最大2.

14、8V），需要调整至实际值：1.2R，即1.2千欧。4.4 数字幅度电路调测输出电压V02（峰峰值）最大为2.8V。记录实际值如下：档位输出电压12.60V21.30V39.10V47.10V54.40V根据记录可知，电路不需要调整。4.5 波形扩展调整存贮器28C64的A8,A9端口的高低电平，可以改变波形。记录如下：A8A9波形高高三角波低高斜波高低方波低低正弦波根据记录可知，电路不需要调整。4.6 整体指标测试输出信号波形：正弦波输出信号频率范围：1.07kHz5.00kHz输出信号最大电压：2.60V (峰峰值)输出阻抗：50幅度选择档位：5档波形可选择：方形，正弦波，三角波，斜波输出频

15、率最小步长：15Hz28Hz 第五章 设计小结5.1电子电路课程设计的意义5.1.1.加深对理论课程的理解5.1.2.检验所学知识的深度和广度5.1.3.进一步拓展知识的深度和广度5.1.4.锻练灵活运用所学电子电路的能力5.2 设计任务完成情况指标完成情况输出信号波形：正弦波正弦波输出信号频率范围：1kHz5.00kHz930Hz5.00kHz输出信号最大电压：2.80V (峰峰值)2.56V (峰峰值)输出阻抗：5050幅度选择档位：5档5档波形可选择：方形，正弦波，三角波，斜波方形，正弦波，三角波，斜波输出频率最小步长：20Hz15Hz28Hz 5.3 问题及改进5.3.1 频率控制电路

16、中，理论值不能满足指标要求，需要调整至实际值：R1=1千欧，R2=39千欧。R1=1千欧，R2=39千欧。5.3.2 存贮器电路，放大器（II）中的放大电阻Rx理论值2R不能满足指标（峰峰值最大2.8V）要求，需要调整至实际值：1.2R，即1.2千欧。5.3.3 最终输出的正弦信号很不稳定，毛刺很多。解决方法：在四个放大器（TL084）的输入输出端接上10000PF的电容。5.3.4 整体元件清单（理论值） 型号 名称及功能 数量 DAC08328位D/C转换电路 2 MC4046锁相电路 1 28C64B EEPROM存储器 1 T4LS393 双16进制计数器 1 MC4051 四模拟开关

17、 1 TL084 运算放大器 1 8路开关 双制直插式微型开关 2 MC4060 与晶振为频率器 1 单开关 开关 3 晶振 32768k 1 1电阻 8 2电阻 2 39电阻 1 1.2电阻 1 100电阻 2 100PF电容 15.4 心得体会数字信号源是目前发展较快的领域，用途也很广。它其实就是利用了存储器E2PROM里的正弦函数表产生一个频率和幅度都可数字控制的正弦波发生器。这种数字合成的正弦信号源较传统的振荡器有很多优点。首先它的输出频率可以方便地进行控制，通过改变读取信号的速度，也可以通过改变取样点的读取，实现调频、扫频和数字控制。再者这种信号源可以由计算机控制，组合成多种波形的函

18、数发生器，它更便于集成，可靠性也更高，频率变化范围更宽。数字式频率选择开关控制D/A变换的数据。D/A（I）,其转换输出一直流电压控制锁相环中的压控振荡器输出频率，压控振荡器输出频率作为地址代数器输入。地址代数器产生256个地址依次从贮存器中取出正弦信号的样值。该样值经D/A（II）变换，输出一正弦波。幅度开关控制衰减电路使幅度变化。放大电路可满足输出信号的幅度及输出阻抗的要求。波形可选择方形，正弦波，三角波，斜波。根据理论值选择器件，例如电阻，会发现输出信号与指标偏离很大，这是因为各种器件存在系统误差以及导线和接口的阻抗影响。通过试验，不断改变某些器件的参数，例如电阻阻值和放大器的放大倍数，

19、直至达到或接近指标。 由于接入多种器件和电源，输出的信号很不稳定，这是交直流信号混合造成的。鉴于此，在不同电源之间和放大器输入输出端口使用二极管过滤非直流信号，发现信号毛刺消失且比较稳定。实验时，保持一颗冷静、仔细的心非常重要。当然，掌握科学的检查方法更不可或缺。两者结为一体就完美体现在分步检查：利用信号发生器、示波器、万用表等各种测量设备测试各器件的输入输出，记录数据，和理论及指标相比较，不断调整。这是本次试验必须经历的关隘。附录参考文献【1】电子电路课程设计张豫禛 苏起虎 林彦杰 编著，河海大学出版社，2005年8月第一版。【2】电子电路网，/down

20、/soft/43544.htm，八通道模拟开关MC4051.【3】DAC0832中文资料，个人博客，/12543good/blog/item/8da52edf115bd3d08d1029c9.html。主要芯片介绍：一DAC0832是采样频率为八位的D/A转换器件。DAC0832内部结构资料:芯片内有两级输入寄存器，使DAC0832具备双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便适于各种电路的需要(如要求多路D/A异步输入、同步转换等)。D/A转换结果采用电流形式输出。要是需要相应的模拟信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现这个供功能。运放的反馈电阻可通过

21、RFB端引用片内固有电阻，可以外接。该片逻辑输入满足TTL电压电平范围，可直接与TTL电路或微机电路相接。DAC0832的主要特性参数如下：* 分辨率为8位；* 电流稳定时间1us；* 可单缓冲、双缓冲或直接数字输入；* 只需在满量程下调整其线性度；* 单一电源供电（+5V+15V）；* 低功耗，200mW。DAC0832引脚功能说明：DI0DI7：数据输入线，TLL电平。ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。CS：片选信号输入线，低电平有效。WR1：为输入寄存器的写选通信号。XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。WR2：为DAC寄存器写选通输入线。Iout1:电流输出线。当

22、输入全为1时Iout1最大。Iout2: 电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻.Vcc:电源输入线 (+5v+15v)Vref:基准电压输入线 (-10v+10v)AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好.D/A转换器DAC0832DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。如图4-82所示，它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。运算放大器输出的模拟量V0为： 图4-82由上式可见，输出的模拟量 与输入的数字量（ ） 成正比，这就实