課程設(shè)計---基于eeprom的可編程波形發(fā)生器

1、<p>　　課程設(shè)計說明書（論文）</p><p>　　課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計I </p><p>　　設(shè)計題目：基于EEPROM的可編程波形發(fā)生器</p><p>　　院 系： 電氣工程及自動化學院 </p><p><b>　　課程設(shè)計任務書</b></p><

2、p>　　*注：此任務書由課程設(shè)計指導教師填寫。</p><p>　任務起至日期： 2 0 1 4 年1 2 月 1 日 至 2 0 1 4 年 1 2 月 1 3 日</p><p>　課程設(shè)計題目：基于EEPROM的可編程波形發(fā)生器 </p><p>　已知技術(shù)參數(shù)和設(shè)計要求：

3、波形發(fā)生器能夠產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波和正弦波4種波形；輸出波形周期T=1s；4種波形可選擇輸出。</p><p>　工作量：完成電路設(shè)計、器件選取、電路搭建、電路聯(lián)調(diào)、實驗測試等工作；兩周內(nèi)完成電路驗收，并提交課程設(shè)計報告紙質(zhì)版、電子版各1份。</p><p>　　基于EEPROM的可編程波形發(fā)生器</p><p>　　摘要：在計算機控制、電子測量、通訊與電視等系

4、統(tǒng)中，常常要用到各種模擬連續(xù)波形，如鋸齒波、三角波、正弦波等。本系統(tǒng)設(shè)計以EEPROM芯片EEPROM構(gòu)成可編程多種連續(xù)波形發(fā)生器，產(chǎn)生方波、三角波、鋸齒波和正弦波四種波形；輸出波形周期T在1s范圍內(nèi)可調(diào)，輸出波形的偏移量在-2.3V至+1.7V范圍內(nèi)可調(diào)；四種波形可選擇輸出，數(shù)碼管顯示0、1、2、3時分別對應輸出鋸齒波、三角波、方波和正弦波。本系統(tǒng)多處采用電容去抖、電容去耦，因此數(shù)碼管調(diào)節(jié)與顯示電路穩(wěn)定，輸出波形穩(wěn)定； LM324運放

5、電路采用電位器調(diào)節(jié)，可消除波形失真，并實現(xiàn)波形偏移量可調(diào)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：波形發(fā)生器，EEPROM</p><p><b>　　正文：</b></p><p>　　一．系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計</p><p>　　本系統(tǒng)由 555 時鐘電路，256 進制計數(shù)器，地址譯碼器，存儲器，DA 轉(zhuǎn)換器，放大電路，單穩(wěn)態(tài)

6、觸發(fā)電路，十進制計數(shù)器，顯示譯碼器，數(shù)碼顯示管構(gòu)成。 </p><p>　　本設(shè)計中充分利用 EEPROM 的地址譯碼器是全譯碼的特點，再配置一個 8 位二進制加法計數(shù)器作 為選址計數(shù)器來產(chǎn)生 EEPROM 所需要的 8 位全譯碼選址信號。隨著計數(shù)脈沖 CP 的順序輸入，選址計數(shù) 器進行加法計數(shù)，計數(shù)器的狀態(tài)按 8421 碼的態(tài)序轉(zhuǎn)換，得到一組全譯碼信號正好作為 EEPROM 的選址 信號，只要在 EEPROM

7、的存儲矩陣存儲了所需要的波形的編程信號，EEPROM 輸出線端就可得到所需的 波形數(shù)據(jù)了，數(shù)據(jù)位數(shù)可達到 8 位，再將此波形數(shù)據(jù)送入 D/A 轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換，將波形數(shù)字量 轉(zhuǎn)換成模擬量，再配以運放進行電流電壓轉(zhuǎn)換，最后在運放的輸出端即可得到所需的電壓波形。如下圖為整體的設(shè)計思路：</p><p>　　各部分電路圖及其功能分析</p><p>　　1. 555時鐘電路</p

8、><p>　　555定時器是一種用途廣泛的模擬數(shù)字混合集成電路。它可以構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器、壓控振蕩器等多種應用電路。</p><p>　　555定時器工作原理為當電容器充電達到2Vcc/3時，即輸入達到高電平時，電路的狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出為低電平，電容器開始放電。當電容器放電達到Vcc/3時，電路的狀態(tài)又開始翻轉(zhuǎn), 如此不斷循環(huán)。</p><p>　　如下圖分別

9、為555定時器結(jié)構(gòu)原理圖以及555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器</p><p>　　如圖多諧振蕩器充電時間為 放電時間為</p><p>　　因此多諧振蕩器的周期頻率和占空比分別為：</p><p>　　由此原理可構(gòu)成頻率周期可調(diào)的CP脈沖。</p><p>　　2. 256 進制計時器</p><p>　　中規(guī)模集成電路計

10、數(shù)器，在一個單片上將整個計數(shù)器全部集成在上面，比小規(guī)模集成電路構(gòu)成的計數(shù)器有更多的功能，有的還能方便地改變計數(shù)進制。計數(shù)器的種類很多。74LS161為同步十六進制加法計數(shù)器，具有計數(shù)，保持，異步清零和同步置數(shù)的功能，可以運用其清零和置數(shù)功能實現(xiàn)任意進制加法計數(shù)器。161的功能及其管腳排列如下圖表所示：</p><p>　　當計數(shù)容量不夠時，需要幾片計數(shù)器級聯(lián)組成計數(shù)鏈。對于多位計數(shù)鏈的規(guī)則是，只有所有的低位片計數(shù)

11、器計入最大數(shù)時，高位片才計數(shù)，否則該片處于保持狀態(tài)。本次課程設(shè)計我們采用異步串行進位方式。</p><p><b>　　EEPROM </b></p><p>　　<1>ROM的工作原理</p><p>　　如下圖ROM的電路結(jié)構(gòu)主要包括三部分：地址譯碼器，存儲矩陣，輸出緩沖器。</p><p>　　圖中

12、地址譯碼器有n個輸入，它的輸出W0、W1、??、Wn-1共有N=2n個，稱為字線(或稱選擇線)。字線是ROM矩陣的輸入，ROM矩陣有M條輸出線，稱為位線。字線與位線的交點，即是ROM矩陣的存儲單元，存儲單元代表了ROM矩陣的容量，所以ROM矩陣的容量等于W×D。輸出緩沖器的作用有兩個，一是能提高存儲器的帶負載能力，二是實現(xiàn)對輸出狀態(tài)的三態(tài)控制，以便與系統(tǒng)的總線聯(lián)接。 地址譯碼器相當于最小項譯碼器，其輸入A1、A0稱為地址線。

13、二位地址代碼A1A0能給出4個不同的地址。每輸入一個地址，地址譯碼器的字線輸出W0-W3中將有一根線為高電平，其余為低電平。即每一個輸出對應一個最小項。當字線W0-W3某根線上給出高電平信號時，都會在位線D3-D0四根線上輸出一個4位二進制代碼。例如，當輸入一個地址碼[A1A0]=00時，字線W0被選中（高電平），其他為低電平，則該字線上信息就從相應的位線上讀出。 地址譯碼器相當于最小項譯碼器，如下圖所示,其輸入A1、A0稱為地址線。

14、二位地址代碼A1A0能給出4個不 同的地址。每輸入一個地址，地址譯碼器的字線輸出W0-W3中將有一根線為高電平，其余為低電平。</p><p>　　本次課程設(shè)計采用的是EEPROM為電寫入，電擦除。其管腳排布如下圖：</p><p>　　其中I/O0~I/O7為數(shù)據(jù)輸入端，A0~A10是地址端，可循地址為2048個存儲單元。CE為片選信號，CE=0時，EEPROM被選通，OE為輸出允許控制

15、端，OE=0時才有輸出數(shù)據(jù)； </p><p>　　集成D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832</p><p>　　<1>DAC0832芯片管腳介紹：</p><p>　　ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許，高電平有效。</p><p>　　CS：輸入鎖存器選擇信號，低電平有效。</p><p>　　WR1：輸入鎖存器寫選通信號，低

16、電平有效。</p><p>　　XFER：數(shù)據(jù)傳輸允許信號，低電平有效。</p><p>　　WR2：DAC寄存器寫選通信號，低電平有效。</p><p>　　VREF：基準電源輸入</p><p>　　Rfb：反饋信號輸入，與IOUT1之間有內(nèi)部反饋電阻。</p><p>　　OUT1、OUT2：轉(zhuǎn)換電流輸出引腳。

17、</p><p>　　DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入</p><p>　　<2>DAC0832的典型應用電路如下圖：</p><p>　　<3>D/A轉(zhuǎn)換雙極性電壓輸出電路圖及其計算公式:</p><p>　　<4>采用的運放LM324及其管腳排列：</p><p>　　集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器7

18、4LS122</p><p>　　該電路產(chǎn)生一脈沖觸發(fā)，選取R15=10kΩ，C3=10nF，根據(jù)公式得： </p><p>　　tw=KRextCext=0.38*10*103*10*10-9=38μs 計算得出暫穩(wěn)態(tài)時間符合要求，參數(shù)選擇正確。</p><p><b>　　數(shù)碼管與顯示譯碼器</b></p><p>

19、;　　<1>本系統(tǒng)采用74LS47驅(qū)動共陽性數(shù)碼管，為了保護發(fā)光器件，須在數(shù)碼管的七個輸入端串聯(lián)保護電阻。其原理管腳圖如下：</p><p>　　<2>顯示譯碼器就是它的輸出信號可以和相應的顯示器件配合，將譯碼器的狀態(tài)直接顯示出來的譯碼電路。74LS47輸出低電平有效，適用于共陽極LED數(shù)碼管。其管腳圖及其連線圖如下：</p><p><b>　　實驗整體

20、電路圖</b></p><p>　?。ㄗⅲ罕敬握n程設(shè)計EEPROM采用2816，管腳連線按照實際連線圖為主）</p><p><b>　　實驗結(jié)果</b></p><p>　　搭接完成的波形發(fā)生器電路</p><p>　　測試使用的儀器（如表1所示） </p><p><b>

21、;　　系統(tǒng)測試過程和分析</b></p><p>　　<1>當數(shù)碼管顯示0時，輸出鋸齒波。</p><p>　　<2>當數(shù)碼管顯示1時，輸出三角波。</p><p>　　<3>當數(shù)碼管顯示2時，輸出方波。</p><p>　　<3>當數(shù)碼管顯示3時，輸出正弦波。</p>

22、<p><b>　　<4>實驗波形數(shù)據(jù)</b></p><p>　　示波器測量measure快捷鍵測得的四個波形的周期大致為1s, 上下偏移量大致對稱為4.9V，占空比為50%，滿足設(shè)計要求。通過調(diào)節(jié)555定時器和改變周期，調(diào)節(jié)LM324模塊的電阻值比值來改變偏移量。</p><p>　　實驗過程中遇到的問題及解決對策</p>&

23、lt;p>　　在調(diào)節(jié)數(shù)碼管顯示時，數(shù)碼管不穩(wěn)定，不斷得跳動，并且未按預期進行變化，經(jīng)檢查線路發(fā)現(xiàn)各個芯片管腳電壓提供不穩(wěn)，拔除故障后附加電路工作穩(wěn)定。</p><p>　　電路接入示波器后發(fā)現(xiàn)有很多毛刺出現(xiàn)，波形不穩(wěn)，后將正負十二伏電源的地線和面包板的地線以及示波器的地線連接穩(wěn)定后波形穩(wěn)定，并且毛刺大幅削減直至消失。</p><p><b>　　設(shè)計心得體會</b&g