函數(shù)信號(hào)發(fā)生器模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</p><p>　　題 目： 函數(shù)發(fā)生器 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 10自動(dòng)化（2） </p><p>　　學(xué) 號(hào)： 201010320220 </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　完成日期： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 2012-4-30 </p><p>　　模擬電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p>　　班級(jí)：10自動(dòng)化（2） 姓名： 指導(dǎo)教師：

3、2012年4月23日</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1、引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . .1</p&

4、gt;<p>　　2、總體方案與原理說(shuō)明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .2</p><p>　　3、單元電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3</p><p>　　a、電源電路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . .. . . . . . . . . .3</p&

6、gt;<p>　　b、555方波產(chǎn)生電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 3</p><p>　　c、正弦波產(chǎn)生電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5</p><p>　　d、三角波產(chǎn)生電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7</p><p>　　e、方波產(chǎn)生電路. . .

8、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 9</p><p>　　4、總體電路原理相關(guān)說(shuō)明總體電路原理圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .

9、12</p><p>　　5、元件清單. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 13</p><p>　　參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . .

10、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 14</p><p>　　設(shè)計(jì)心得體會(huì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11、. . . . . . .. . . . . . . . . . 15</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　盡管近30年來(lái)以大規(guī)模集成工藝為依托的各種數(shù)字電路的問(wèn)世，逐漸代替了各種傳統(tǒng)的模擬電路的應(yīng)用領(lǐng)域，但是物理世界畢竟還是模擬的，與物理世界各種現(xiàn)象的接口，仍然需要靠模擬電路來(lái)承擔(dān)。即便在某一功能塊中，模擬電路所占份量可能很少，但是這

12、一部分或許是整個(gè)系統(tǒng)就設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)來(lái)說(shuō)最具挑戰(zhàn)性的部分，而且往往在系統(tǒng)性能上起著關(guān)鍵作用。尤其是當(dāng)速度和功率成為至關(guān)重要的因素時(shí)，模擬電路就更顯突出。</p><p>　　運(yùn)算放大器和各種模擬集成電路是應(yīng)用最為廣泛的一類(lèi)模擬器件。隨著及程度的提高、性能的改善，愈來(lái)愈受到人們的青睞；在工業(yè)控制、遙控遙測(cè)、儀表儀器等領(lǐng)域成為不可或缺的器件。傳統(tǒng)上隸屬于模擬電子學(xué)領(lǐng)域的很多功能，今天都用數(shù)字形式給予實(shí)現(xiàn)了。然而，物理世界

13、本來(lái)就是模擬的，這表明，總是需要模擬電路去適應(yīng)這些物理信號(hào)，像與傳感器相連的電路，以及把模擬信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，供進(jìn)一步處理，和從數(shù)字信息轉(zhuǎn)換回模擬信息供物理世界再利用等這樣一些電路，都還需要用到模擬電路。因此，當(dāng)今的許多應(yīng)用，最好是由混合模式的集成電路（混合模式IC）和系統(tǒng)來(lái)提出。它依賴(lài)模擬電路與物理世界接口，而數(shù)字電路則用作處理和控制。即便這個(gè)模擬電路或許進(jìn)展這個(gè)芯片面積的一小部分，但它往往卻是設(shè)計(jì)中極具挑戰(zhàn)性的部分，并且在整個(gè)系統(tǒng)

14、的性能上起著關(guān)鍵作用。</p><p>　　隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，電子電路及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)手段也越來(lái)也越先進(jìn)。傳統(tǒng)的電子電路與系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，周期長(zhǎng)、耗材多、效率低，難以滿(mǎn)足電子技術(shù)飛速發(fā)展的要求?！半娮庸ぷ髋_(tái)”，即EWB（Electronic Workbench），是將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用電子設(shè)計(jì)與仿真過(guò)程的新技術(shù)，它已被廣泛的應(yīng)用于電子電路分析、設(shè)計(jì)、仿真、印制電路板的設(shè)計(jì)等各項(xiàng)工作之中。EWB為

15、使用者提供了一個(gè)集成一體化的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)環(huán)境，創(chuàng)建電路、試驗(yàn)分析和結(jié)果輸出在一個(gè)集成菜單系統(tǒng)中可以全部完成，使電子電路及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了劃時(shí)代的變化，極大地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率。EWB與電路分析軟件“PSpice”完全兼容，而且具有界面形象逼真、操作方便，采用圖形方式創(chuàng)建電路等優(yōu)點(diǎn)。EWB有龐大的原器件庫(kù)和比較齊全的儀器儀表庫(kù)。</p><p>　　由于本次實(shí)驗(yàn)是針對(duì)模擬電子和數(shù)字電子的綜合學(xué)習(xí)，個(gè)人認(rèn)為著重點(diǎn)不是

16、完成任務(wù)，而是更好的去學(xué)習(xí)電路的制作，激發(fā)自己的潛能靈感，注重過(guò)程。所以，該實(shí)驗(yàn)沒(méi)有采用市場(chǎng)上有賣(mài)的集成電路來(lái)完成，例如AD9833，這快芯片可以很好的產(chǎn)生正弦波，方波，三角波。如果采用了這塊芯片來(lái)制作會(huì)很省事，但是做完之后僅僅是熟悉了一塊再簡(jiǎn)單不過(guò)的MOS芯片。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中將采用數(shù)-模結(jié)合的集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)方波和三角波的輸出。函數(shù)發(fā)生器是一種可以同時(shí)產(chǎn)生方波、三角波和正弦波的專(zhuān)用集成電路。當(dāng)調(diào)

17、節(jié)外部電路參數(shù)時(shí)，還可以獲得占空比可調(diào)的矩形波和鋸齒波。因此廣泛用于儀器儀表中。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的功能是產(chǎn)生據(jù)由指定特征，例如頻率、幅度、形狀以及占空比的波形，有時(shí)會(huì)通過(guò)適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)，將這些特征設(shè)計(jì)成可在外部編程的。一般來(lái)說(shuō)，信號(hào)發(fā)生器是利用某些反饋形式以及像電容那樣其特征與事件有關(guān)的器件儀器來(lái)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　1、總體方案與原理說(shuō)明</p><p>　　利用硬件元器件設(shè)計(jì)一個(gè)信

18、號(hào)發(fā)生器電路，該實(shí)驗(yàn)可以使用普通市電經(jīng)變壓器輸出的波為正弦波再經(jīng)分頻達(dá)到分壓達(dá)到要求的正弦波 ，然后經(jīng)比較器產(chǎn)生占空比為1的方波信號(hào)，再經(jīng)放大器與基本元器件組成的積分電路產(chǎn)生三角波信號(hào) 。也可以用555定時(shí)器產(chǎn)生方波信號(hào)在經(jīng)積分電路產(chǎn)生正弦波三角波等方法，由于Ne555是一種多用途的數(shù)字—模擬混合集成電路，利用它能極方便的構(gòu)成施密特觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器。由于使用靈活、方便，本設(shè)計(jì)采用其做最基本的方波發(fā)生器，因此本實(shí)驗(yàn)采用第二

19、套方案。</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)要求如下：</b></p><p>　　A:能產(chǎn)生方波，正弦波，三角波；</p><p>　　B：產(chǎn)生的方波頻率范圍10—100HZ，正弦波為1k-10kHZ，三角波為0.1-1HZ;</p><p>　　C: 產(chǎn)生的方波、正弦波、三角波電壓分別為14v、3v、5v；</p

20、><p>　　D：信號(hào)發(fā)生器輸出的各種波形失真小；</p><p>　　555電路產(chǎn)生的方波信號(hào)占空比可調(diào)很方便，且頻率變化設(shè)置簡(jiǎn)單，555做為最基本最底層部分的扮演著該電路的重要角色，另外將555產(chǎn)生的方波信號(hào)轉(zhuǎn)化成三角波，正弦波少不了運(yùn)放的參與，系統(tǒng)方框圖如圖1-1所示：</p><p>　　圖1-1 總體設(shè)計(jì)</p><p><b&

21、gt;　　2、單元電路</b></p><p><b>　　a、電源電路：</b></p><p><b>　　圖2 電源電路</b></p><p>　　市電經(jīng)變壓器降壓后成為12伏的正弦交變電流。L為一保險(xiǎn)管，當(dāng)電路中發(fā)生短路時(shí)可起到保護(hù)作用。交變電流通過(guò)4個(gè)整流二極管整流組成全波整流電路后輸出全波電壓，經(jīng)

22、電解電容C1的濾波后負(fù)載在LM7812上，LM7812輸出電壓為12伏直流電壓，電解電容C2的作用也是濾除不穩(wěn)定的電壓信號(hào)，電路中R1A保護(hù)紅色發(fā)光二極管的正常工作，通過(guò)紅色發(fā)光二極管的工作狀態(tài)來(lái)判斷電源電路的工作狀態(tài)。</p><p>　　b、555方波產(chǎn)生電路（如圖1-2）</p><p>　　圖1-2 方波產(chǎn)生電路 </p><p>　　該電路是通過(guò)施密特觸

23、發(fā)原理使555芯片通過(guò)7腳的不斷的充放電使3腳輸出方波信號(hào)，當(dāng)2，6腳的電壓達(dá)到2/3Vcc時(shí)7腳放電，當(dāng)7腳的電壓減到1/3Vcc時(shí)放電停止，繼續(xù)充電，如此往復(fù)，產(chǎn)生方波信號(hào)，另外能通過(guò)調(diào)節(jié)C4使電路的充放電時(shí)間發(fā)生改變，從而能輸出不同頻率的、占空比始終為1的、連續(xù)可調(diào)的、頻率在1Khz~10Khz的方波信號(hào)。</p><p>　　當(dāng)電容C4為滿(mǎn)幅時(shí)產(chǎn)生方波信號(hào)為1kHZ，為零時(shí)產(chǎn)生的方波信號(hào)為10kHZ。對(duì)此

24、進(jìn)行了仿真，仿真圖形如下圖1-2-1（1KHZ），1-2-2(10KHZ)，1-2-3(5KHZ):</p><p><b>　　圖1-2-1 </b></p><p><b>　　圖1-2-2</b></p><p><b>　　圖1-2-3</b></p><p>　　該單

25、元電路的輸出可以作為整個(gè)電路的信號(hào)的載體，承載著積分電路的靈魂角色。</p><p><b>　　c、正弦波發(fā)生電路</b></p><p>　　如圖（1-3）為設(shè)計(jì)的正弦波信號(hào)發(fā)生器</p><p><b>　　圖1-3</b></p><p>　　XFG1為信號(hào)發(fā)生器-在這里暫時(shí)替代一下555時(shí)

26、基電路，圖中各元器件的參數(shù)如圖所示，其中R2、R3起調(diào)節(jié)正弦信號(hào)的平衡位置，即電壓的基準(zhǔn)電壓。方波脈沖信號(hào)輸入到5節(jié)點(diǎn)，經(jīng)運(yùn)算放大器與電容電阻構(gòu)成的積分電路輸出正弦波信號(hào)，其頻率與555輸出信號(hào)的頻率相同為1~10KHZ，通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較得知R5兩端的正弦信號(hào)的失真度優(yōu)于7節(jié)點(diǎn)的正弦信號(hào)。仿真電路如圖1-3-1，1-3-2,1-3-3.</p><p>　　圖1-3-1（5kHZ）</p><p&

27、gt;　　1-3-2（10KHz）</p><p>　　圖1-2-3（2kHz）</p><p>　　有仿真電路可知正弦信號(hào)存在兩個(gè)待解決的問(wèn)題：</p><p>　　信號(hào)在1~10kHz的邊緣時(shí)失真較嚴(yán)重；</p><p>　　整個(gè)信號(hào)的電壓范圍沒(méi)有達(dá)到要求的5v；</p><p>　　解決這兩個(gè)問(wèn)題非常比較麻煩，電

28、壓用一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻去調(diào)節(jié) ，但怎么樣去實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)呢，僅僅硬件電路是做不到的，波形的失真通過(guò)電容的調(diào)節(jié)可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化的水平?？此坪芎?jiǎn)單但是怎么樣才能做到頻率，電容，電阻的同步變換呢？困擾</p><p>　　那么，怎么樣去解決呢，我覺(jué)得可以采用在10000HZ時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)輸出波形，當(dāng)頻率減小時(shí)積分電路中的電容充電時(shí)間變長(zhǎng)，放大效果增強(qiáng)，振幅增大，這樣可以用6個(gè)二極管組成的電路限限制振幅在-3.6—+3.6V之間，再在這樣

29、的波形上進(jìn)行再次積分，從而達(dá)到要求</p><p><b>　　d、三角波發(fā)生電路</b></p><p>　　555電路得到的1K~10KHz的經(jīng)CD4017十分頻后，得到的頻率為100Hz~1kHz，此頻率作為三角波發(fā)生電路的輸入信號(hào)，占空比為1的方波信號(hào)通過(guò)放大器與的積分電路處理后，能產(chǎn)生三角波，該電路如圖1-4；</p><p>　　圖

30、1-4（方波積分電路三角波產(chǎn)生電路）</p><p>　　XFG1為100~1000Hz的方波模擬信號(hào)發(fā)生器，XSC1是雙蹤示波器，該積分電路產(chǎn)生的仿真波形如圖1-4-1，1-4-2，1-4-3所示</p><p>　　圖1-4-1（100Hz）</p><p>　　圖1-4-2（500Hz）</p><p>　　圖1-4-3（1000Hz）

31、</p><p>　　由仿真器可知該電路也存在上面正弦波相同的兩個(gè)問(wèn)題；</p><p><b>　　解決方案也同上</b></p><p>　　e、10~100Hz的方波信號(hào)發(fā)生電路</p><p>　　單元電路四產(chǎn)生的100~1000Hz的方波信號(hào)再經(jīng)一片10段譯碼器CD4017分頻后，經(jīng)出波形為10~100Hz的方

32、波信號(hào)，單元電路如圖1-5-1仿真電路如下圖1-5-2，1-5-3（上一級(jí)CD4017產(chǎn)生的信號(hào)頻率分別為100Hz、1000Hz）； </p><p><b>　　圖1-5-2 </b></p><p><b>　　圖1-5-3</b></p><p>　　說(shuō)明： 可以看出在仿真時(shí)輸出高電平為15V ，是因?yàn)镃D4

33、017的外接電源為15V，固有參數(shù)不好變換，因此在實(shí)際電路中外接將改為12V ，使電路輸出12V 的脈沖信號(hào)‘有仿真電路可知，方波信號(hào)產(chǎn)生正常。</p><p>　　4、總體電路相關(guān)說(shuō)明</p><p>　　市電經(jīng)變壓器轉(zhuǎn)變成12V的交流電該交變電流經(jīng)VD1-VD4組成的全波整流電路后成為全波直流信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)濾波和穩(wěn)壓快LM7812后在經(jīng)濾波最后輸出穩(wěn)定12V的直流電，該電路設(shè)計(jì)少不了

34、一個(gè)震蕩電路要么是方波信號(hào)要么是正弦信號(hào)。如果采用的是正弦信號(hào)，則需要采用微分學(xué)的原理使其微分成方波，再積分成三角波。而本次設(shè)計(jì)采用的是以方波信號(hào)為主要信號(hào)源，在方波的基礎(chǔ)上對(duì)其分頻、積分就形成了題目要求的效果了。下面就電路做大概的說(shuō)明，555產(chǎn)生1000-10000Hz的方波信號(hào)分兩條支路輸出，</p><p>　　一、供LM358電容電阻組成的積分電路形成頻率范圍在1000-10000Hz的正弦波。</

35、p><p>　　二、方波信號(hào)經(jīng)CD4017十分頻后給LM358電容電阻組成的積分電路形成100-1000Hz的三角波信號(hào)，另外供給下一個(gè)CD4017十分頻后產(chǎn)生產(chǎn)生10——100Hz的題目要求的方波信號(hào)。</p><p>　　電路中的S1、S2、S3為控制信號(hào)輸出的開(kāi)關(guān)，要產(chǎn)生不同頻率的波形可以通過(guò)C6調(diào)節(jié)。</p><p><b>　　5、總體電路原理圖&l

36、t;/b></p><p><b>　　6、原件清單</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、J.馬庫(kù)斯、 電子電路大全 計(jì)量出版社編輯部組織編譯 1998</p><p>　　2、鐘文耀、EWB電路設(shè)計(jì)入門(mén)與應(yīng)用 清華大學(xué)出版社 2000&

37、lt;/p><p>　　3、王文郁.電力電子技術(shù)應(yīng)用電路.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　4、常光宇、自動(dòng)化使用電路 電子工業(yè)出版社 2001 </p><p>　　5、任致程.圖解電子電工電路333例.西安：電子科技大學(xué)出版社，2002</p><p>　　6、張延琪.常用電子電路280例.北京：中國(guó)電力出版社，2004&

38、lt;/p><p>　　7、林春方、電子線(xiàn)路學(xué)習(xí)指導(dǎo)與實(shí)訓(xùn) 電子工業(yè)出版社 2004 </p><p>　　8、張洪潤(rùn)、電子線(xiàn)路及應(yīng)用 清華大學(xué)出版社 2005</p><p><b>　　設(shè)計(jì)心得體會(huì)</b></p><p>　　有時(shí)可能擔(dān)心電的知識(shí)是否太奧秘，制作過(guò)程是否太復(fù)雜。的確不錯(cuò)，電的技術(shù)發(fā)展得很

39、快：新型的家用電器琳瑯滿(mǎn)目，電腦、彩電和不少現(xiàn)代電器在生活、學(xué)習(xí)、工作中不可缺少。但請(qǐng)記住，它們都是由一個(gè)個(gè)小小的電子元器件和小電路組成的。只有從基本的電的知識(shí)學(xué)起，學(xué)習(xí)用基本電子電路制作一些小的電子作品，才能逐步學(xué)習(xí)更多的知識(shí)，掌握更高級(jí)的技術(shù)，做更大更復(fù)雜更有意義的電子作品.課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日新日異

40、，電路設(shè)計(jì)已經(jīng)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)應(yīng)用中空前活躍的領(lǐng)域， 在生活中可以說(shuō)得是無(wú)處不在。因此作為二十一世紀(jì)的大學(xué)來(lái)說(shuō)掌握簡(jiǎn)單的電路技術(shù)是十分重要的。</p><p>　　做了一周的課程設(shè)計(jì)，有很多的心得體會(huì)，和在網(wǎng)上搜索課程設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，也到學(xué)校圖書(shū)館借相關(guān)書(shū)籍，經(jīng)過(guò)不斷比較與討論，最終確定了聲控?zé)舻碾娐吩韴D。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我明白了不管是學(xué)習(xí)哪種軟件，如果以前沒(méi)有沒(méi)有接觸，開(kāi)始學(xué)得很費(fèi)力，但到后來(lái)就好了。在每次的

41、課程設(shè)計(jì)中，遇到問(wèn)題，最好的辦法就是查閱相關(guān)資料，如果找不到就向老師和其他同學(xué)請(qǐng)教，因?yàn)槊總€(gè)人掌握情況不一樣，一個(gè)人不可能做到處處都懂，集合多個(gè)人的思想，復(fù)雜的事情就會(huì)變得很簡(jiǎn)單。這一點(diǎn)我深有體會(huì)。盡管現(xiàn)在只是初步學(xué)會(huì)了聲控照明燈等電路的設(shè)計(jì)，但學(xué)習(xí)的這段日子確實(shí)令我收益匪淺，不僅因?yàn)樗l(fā)生在特別的時(shí)間，更重要的是我又多掌握了一門(mén)新的技術(shù)，付出的過(guò)程中我已經(jīng)收獲了很多快樂(lè)！</p><p>　　回顧起此次聲控?zé)舻?/p>

42、課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在整整一個(gè)星期的日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書(shū)本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可