電子線路課程設(shè)計--序列信號發(fā)生器

1、<p>　　電子線路課程設(shè)計（報告）</p><p>　　題目 序列信號發(fā)生器 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一 題目要求與方案論證1</p><p>　　1.1序列信號發(fā)生器1</p><p>　　1.1.1題目要求1</p&

2、gt;<p>　　1.1.2 方案論證1</p><p>　　1.2波形發(fā)生器與計數(shù)器2</p><p>　　1.2.1題目要求2</p><p>　　1.2.2方案論證2</p><p>　　二 電子線路設(shè)計與實現(xiàn)5</p><p>　　2.1序列信號發(fā)生器5</p><

3、;p>　　2.2波形發(fā)生器與計數(shù)器電路設(shè)計5</p><p>　　三 結(jié)果與分析7</p><p>　　3.1 序列信號發(fā)生器的實現(xiàn)7</p><p>　　3.2波形發(fā)生器與計數(shù)器的實現(xiàn)9</p><p>　　四 總結(jié)與體會12</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)13</b>

4、;</p><p><b>　　附錄13</b></p><p>　　一 題目要求與方案論證</p><p>　　1.1序列信號發(fā)生器</p><p><b>　　1.1.1題目要求</b></p><p>　　用已經(jīng)掌握的數(shù)字電路的相關(guān)知識，在Multisim10的運行

5、環(huán)境下設(shè)計并仿真一個序列信號發(fā)生器的實驗，要求實現(xiàn)的功能如下：</p><p>　　1.1.2 方案論證</p><p>　　序列信號發(fā)生器是能夠循環(huán)產(chǎn)生一組或多組序列信號的時序電路，它可以用以為寄存器或計數(shù)器構(gòu)成。序列信號的種類很多，按照序列循環(huán)長度M和觸發(fā)器數(shù)目n的關(guān)系一般可分為三種：</p><p>　　1、最大循環(huán)長度序列碼，M＝2n。</p>

6、<p>　　2、最大線性序列碼（m序列碼），M=2n－1。</p><p>　　3、任意循環(huán)長度序列碼，M＜2n。</p><p>　　通常在許多情況下，要求按照給定的序列信號來設(shè)計序列信號發(fā)生器。序列信號發(fā)生器一般有兩種結(jié)構(gòu)形式：一種是反饋移位型，另一種是計數(shù)型。 </p><p>　　反饋移位型序列碼發(fā)生器，它由移位寄存器和組合反饋網(wǎng)絡(luò)組成，從移存器

7、的某一輸出端可以得到周期性的序列碼。其設(shè)計按以下步驟進(jìn)行：1、根據(jù)給定序列信號的循環(huán)長度M，確定移存器位數(shù)n，2n-1＜M≤2n。</p><p>　　2、確定移位寄存器的M個獨立狀將給定的序列碼按照移位規(guī)律n位一組，劃分位M個狀態(tài)。若M個狀態(tài)中出現(xiàn)重復(fù)現(xiàn)象，則應(yīng)增加移存器位</p><p>　　3、根據(jù)M個不同狀態(tài)列出移存氣的狀態(tài)表和反饋函數(shù)表，求出反饋函數(shù)F的表式。</p&g

8、t;<p><b>　　4、檢查自啟動性能</b></p><p>　　5、畫邏輯圖。計數(shù)型序列碼發(fā)生器，它由計數(shù)器和組合輸出網(wǎng)絡(luò)兩部分組成，序列碼從組合輸出網(wǎng)絡(luò)輸出。設(shè)計過程分兩步：1、根據(jù)序列碼的長度M設(shè)計模M計數(shù)器，狀態(tài)可以自定；2、按計數(shù)器的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系和序列碼的要求設(shè)計組合輸出網(wǎng)絡(luò)。由于計數(shù)器的狀態(tài)設(shè)置和輸出序列的更改比較方便，而且還能同時產(chǎn)生多組序列碼。

9、</p><p>　　m序列碼也稱偽隨機序列碼，其主要特點是：1、每個周期中，“1”碼出現(xiàn)2n-1次，“0”碼出現(xiàn)2n-1次，即0、1出現(xiàn)概率幾乎相等。</p><p>　　2、序列中連1的數(shù)目是n，連0的數(shù)目是n-1。</p><p>　　3、分布無規(guī)律，具有與白噪聲相似的偽隨機特性。 </p><p>　　此次實驗，我們采用計數(shù)器74L

10、S163和數(shù)據(jù)選擇器74LS151構(gòu)成發(fā)生。</p><p>　　1.2波形發(fā)生器與計數(shù)器</p><p><b>　　1.2.1題目要求</b></p><p>　　計數(shù)器電路的根本任務(wù)是能準(zhǔn)確的實現(xiàn)三十秒倒計時并以數(shù)碼管的形式顯示。主要芯片為74LS169D計數(shù)器芯片、數(shù)碼管、與門、非門以及若干電阻元件等。根據(jù)已知電路連接電路后，接通電路，

11、顯示器上呈現(xiàn)倒計時計數(shù)，觀察并進(jìn)行后續(xù)改進(jìn)。 </p><p>　　波形變換電路的根本任務(wù)是根據(jù)已知電路圖連接電路，進(jìn)而進(jìn)行方波—三角波發(fā)生器的調(diào)試、三角波—正弦波變換電路的調(diào)試并用示波器觀察正弦波、方波、三角波的波形，并調(diào)節(jié)好波形記錄之。</p><p><b>　　1.2.2方案論證</b></p><p><b>　　波形發(fā)生器

12、</b></p><p>　　我們采用方波—三角波—正弦波變換的電路設(shè)計方法。電路圖如圖所示： </p><p><b>　　原理分析</b></p><p>　　采用方波——三角波——正弦波變換的電路設(shè)計方法</p><p>　　在三角波電壓為固定頻率或頻率變化范圍很小的情況下，要以考慮采用低通濾波的方法將

13、三角波變換為正弦波。</p><p>　?。?）此電路綜合運用運放系列模塊和差動放大模塊。按圖連接電路，首先調(diào)試方波—三角波。</p><p>　　（2）將Rp3滑動變阻器與C4 斷開，由于比較器U1 與積分器U2組成正反饋閉環(huán)電路，同時輸出方波與三角波，這兩個單元電路可以同時調(diào)試。先使Rp1=10KΩ，Rp2取2.5 KΩ--70 KΩ內(nèi)的任意阻值，否則電路可能會不起振。只要電路接線正確

14、，UO1輸出方波，UO2輸出三角波，調(diào)節(jié)Rp2用示波器觀察輸出波形并記錄數(shù)據(jù)。再將電容換成C2，調(diào)試記錄數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）調(diào)節(jié)正弦波:將Rp3與C4連接，調(diào)節(jié)Rp3時三角波的輸出幅度適當(dāng)，此時UO3的輸出波形應(yīng)接近正弦波，調(diào)整Rp4、Rw可改善正弦波波形。</p><p>　?。?）頻率范圍:函數(shù)發(fā)生器的輸出頻率一般分為若干波段，低頻信號發(fā)生器的頻率范圍為：1—10HZ，1

15、0--100 HZ，100 HZ –1kHZ，1--10 kHZ，10—100 kHZ，100 kHZ –1MHZ等六個波段，測試并記錄本實驗的頻率范圍。</p><p><b>　　三十秒倒計時電路</b></p><p><b>　　系統(tǒng)整體框圖：</b></p><p>　　用74LS169，二進(jìn)制四位加/減同步計數(shù)

16、器和74LS48N，BCD-七段譯碼器/驅(qū)動器來做。</p><p>　　74LS48—七段譯碼驅(qū)動器：</p><p>　　圖4 74LS48管腳排列</p><p><b>　　數(shù)碼管：</b></p><p>　　LED顯示器有共陰極和共陽極兩種結(jié)構(gòu)，本設(shè)計只介紹共陰極結(jié)構(gòu)。</p><p>

17、;　　LED顯示器是由發(fā)光二極管作為為顯示字段的數(shù)碼顯示器件，圖4為一位LE顯示器的外形和引腳圖，其中七只發(fā)光二極管(a~g七段)構(gòu)成字型“8”，另外還有一只發(fā)光二極管dp作為小數(shù)點。各段發(fā)光二極管的陰極連在一起，將此公共點接地，某一段發(fā)光二極管的陰極為高電平時，該段發(fā)光。例如，使b、c、f、g這4段發(fā)光二極管通電，則顯示字符“4”。</p><p>　　圖5 共陰極數(shù)碼管引腳圖</p><p

18、>　　通過對74LS192、74LS48以及共陰極數(shù)碼管管腳等特性的了解，可以用兩個74LS192來實現(xiàn)二十四進(jìn)制的可逆計數(shù)。計數(shù)前使8個輸入端為00000000，通過置數(shù)P?L?將00000000置到輸出端，采用反饋清零的方法，使計數(shù)到達(dá)00100100時截止，從而實現(xiàn)0~23的計數(shù)。</p><p>　　為了實現(xiàn)可逆計數(shù)，且在加計數(shù)時減計數(shù)端CPD需接高電平，減計數(shù)時加計數(shù)端CPU需接高電平，因此可以使

19、用雙刀4擲開關(guān)，一個接加計數(shù)端CPU，減計數(shù)端CPD ；另一個接高低電平，來實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。</p><p>　　通過74LS48驅(qū)動使計數(shù)器的數(shù)字在數(shù)碼管中顯示。且當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)時，數(shù)碼管顯示的數(shù)字會立即實現(xiàn)減計數(shù)。</p><p>　　二 電子線路設(shè)計與實現(xiàn)</p><p>　　2.1序列信號發(fā)生器</p><p>　　本實驗采用計數(shù)器和數(shù)據(jù)選擇

20、器構(gòu)成發(fā)生。圖中，四位二進(jìn)制同步計數(shù)器74LS163狀態(tài)輸出端QC、QB、QA輸出的數(shù)據(jù)，送入8選一數(shù)據(jù)選擇器74S151的地址輸入端ABC，需要獲取產(chǎn)生的序列信號接至數(shù)據(jù)選擇器74S151的數(shù)據(jù)輸入端D0-D7，數(shù)據(jù)從Y或-W端輸出。實驗電路原理圖如圖。</p><p>　　2.2波形發(fā)生器與計數(shù)器電路設(shè)計</p><p><b>　　波形發(fā)生器</b></p

21、><p>　　我們采用方波—三角波—正弦波變換的電路設(shè)計方法。電路圖如下圖所示： </p><p><b>　　電路分析：</b></p><p>　　方波發(fā)生電路的工作原理:</p><p>　　從一般原理來分析，可以在滯回比較器電路的基礎(chǔ)上，靠正反饋和RC充放電回路組成矩形波發(fā)生電路。由于滯回比較器的輸出只有兩種可能的狀

22、態(tài)：高電平或低電平。兩種不同的輸出電平使RC電路進(jìn)行充電或放電，于是電容上的電壓將升高或降低，而電容的電壓又作為滯回比較器的輸入電壓，控制其輸出端狀態(tài)發(fā)生跳變，從而使RC電路由充電過程變成放電過程或相反。如此循環(huán)往復(fù)，周而復(fù)始，最后在滯回比較器的輸出端即可得到一個高低電平變化周期性交替的方波信號。</p><p>　　方波---三角波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　在產(chǎn)生方波信號之

23、后，利用此波形輸入到一個積分電路便可輸出一個三角波。由于三角波信號是電容的充放電過程形成的指數(shù)曲線，所以線性度較差。為了能夠得到線性度比較好的三角波，可以將運放和幾個電阻、電容構(gòu)成積分電路。</p><p>　　三角波---正弦波轉(zhuǎn)換電路的工作原理</p><p>　　可由RC振蕩電路產(chǎn)生，也可以通過三角波——正弦波的變換電路產(chǎn)生，本設(shè)計方案中主要采用有差分放大器來完成。差分放大器工作電積

24、分，輸入阻抗高，抗干擾能力強，可以有效地抑制零點漂移，利用差分放大電路傳輸特性曲線的非線性，將三角波型號轉(zhuǎn)化為正弦波信號，傳輸特性曲線越對稱，線性區(qū)越好三角波的幅值U應(yīng)正好是晶體管結(jié)晶飽和區(qū)和截止區(qū)。</p><p>　　該波形變換電路優(yōu)點：由比較器和積分器組成方波—三角波產(chǎn)生電路，比較器輸出的方波經(jīng)積分器得到三角波，三角波到正弦波的變換電路主要由差分放大器來完成。差分放大器具有工作點穩(wěn)定，輸入阻抗高，抗干擾能力

25、較強等優(yōu)點。特別是作為直流放大器時，可以有效地抑制零點漂移，因此可將頻率很低的三角波變換成正弦波。</p><p><b>　　計數(shù)器</b></p><p><b>　　計數(shù)器原理圖如下：</b></p><p>　　運行步驟：輸入脈沖后，數(shù)碼管由29開始顯示并逐漸遞減至0，當(dāng)數(shù)碼管顯示為0時，小燈泡亮一下就滅掉，隨后數(shù)

26、碼管又顯示29，并重復(fù)上述步驟。</p><p>　　分析：計數(shù)器采用74LS169同步可逆雙時鐘計數(shù)器。74LS169的U/D端是加/減計數(shù)器的時鐘輸入端。在置數(shù)控制端= 1、清零端MR = 0的情況下,若置數(shù)端為1, U/D端接入低電平，計數(shù)器處于減計數(shù)狀態(tài)。用兩片74LS169設(shè)計成三十進(jìn)制減法計數(shù)器,由74LS48譯碼,七段碼顯示器顯示計時時間。計數(shù)器個位置數(shù)端A、B、C、D分別接“1001”。計數(shù)器十位

27、中B置數(shù)端接高電平“1”, A、C、D端接低電平“0”，隨著脈沖的接入，計數(shù)器開始運作，實現(xiàn)從29到0的倒計時，當(dāng)數(shù)碼管顯示到零時,信號燈亮，隨后計數(shù)器重復(fù)以上步驟。若在計數(shù)器運作過程中，將單刀雙擲開關(guān)撥至接地端，則計數(shù)暫停，若撥回接有脈沖的一端，則計數(shù)繼續(xù)。</p><p>　　在進(jìn)行排線連接時，注意盡量不要將線交叉重疊，否則可能會導(dǎo)致電路短路等等故障。盡量將線條橫平豎直，轉(zhuǎn)折處盡量垂直。連接芯片時，注意其接地

28、與接高電平的管腳。連接電容注意區(qū)分正負(fù)級以及三極管的b,c,e。</p><p><b>　　三 結(jié)果與分析</b></p><p>　　3.1 序列信號發(fā)生器的實現(xiàn)</p><p>　　1、設(shè)定產(chǎn)生周期序列信號為01101001。</p><p>　　2、打開Multisim10操作平臺，從TTL元件庫中取下74S1

29、63、74S151，顯示器件庫中取下帶譯碼器的數(shù)碼管及探針等器件；以及邏輯分析儀，按實驗電路圖連接好。</p><p>　　3、設(shè)定時鐘信號發(fā)生器V1頻率為100Hz，調(diào)整好實驗電路后打開工作開關(guān)，數(shù)碼管應(yīng)有0-7計數(shù)顯示，探針應(yīng)有閃動。</p><p>　　4、雙擊打開邏輯分析儀工作界面，以備測試波形。調(diào)整邏輯分析儀時鐘源為外同步，正常后，觀察數(shù)碼管、探針、邏輯分析儀波形的變化，把有關(guān)數(shù)

30、據(jù)填入表中。測試必要時，可將電路工作狀態(tài)靜止分析。</p><p>　　5、畫出序列信號周期變化的波形及相關(guān)時鐘，注意兩波形時序6同步。</p><p>　　3.2波形發(fā)生器與計數(shù)器的實現(xiàn)</p><p>　　波形發(fā)生器連接電路：</p><p><b>　　1）輸出波形</b></p><p>

31、　　用示波器觀察正弦波、方波、三角波的波形，并調(diào)節(jié)好波形記錄之。</p><p><b>　　計數(shù)器</b></p><p><b>　　四 總結(jié)與體會</b></p><p>　　這個學(xué)期期末時，我們進(jìn)行了為期一周多的電子線路程序設(shè)計課程。剛開始的時候，覺得課時安排很緊張，內(nèi)容也很麻煩，但是隨著一步步深入了解課程內(nèi)涵，

32、覺得挺有意義的，畢竟能學(xué)到許多書本外的知識，也鍛煉了自己的動手能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。</p><p>　　課程設(shè)計的前三天，我們主要是在面包板上連接線路，其中面包板上電路的連接與大一時的電子工藝實訓(xùn)有點類似，只是器件都縮小了，而美觀的要求未改變，這對我們的耐心、恒心以及動手能力的培養(yǎng)都有很大的幫助。在進(jìn)行排線連接時，注意盡量不要將線交叉重疊，否則可能會導(dǎo)致電路短路等等故障。盡量將線條橫平豎直，轉(zhuǎn)折處盡量垂直。連接芯

33、片時，注意其接地與接高電平的管腳。連接電容注意區(qū)分正負(fù)級以及三極管的b,c,e。</p><p>　　之后我們迎來了這次課程設(shè)計的重點項目，三人一組設(shè)計一個已定命題，我們組的題目是序列信號發(fā)生器的設(shè)計，因為之前我們學(xué)習(xí)了數(shù)電的相關(guān)知識，并通過上網(wǎng)查詢資料了解了電路設(shè)計的基本步驟和設(shè)計理念，即設(shè)計一個電路可以先通過對所設(shè)計電路進(jìn)行仿真模擬，再進(jìn)行電路的實際操作，所以對序列信號發(fā)生器的設(shè)計，有了一定的基礎(chǔ)。</

34、p><p>　　在設(shè)計過程中，我們小組一開始沒什么思緒，因為之前對74LS163芯片不是很了解，唯有了解的是74LS161芯片，所以要運用它設(shè)計電路有些困難。但在探索研究的過程中，我們對相關(guān)的芯片的認(rèn)識有了進(jìn)一步的提高，在設(shè)計中，我還發(fā)現(xiàn)自己對數(shù)電的理論知識掌握得還不夠熟練，還需學(xué)習(xí)，研究。</p><p>　　為了順利完成課程設(shè)計，我們小組通過在圖書館，上網(wǎng)搜索資料，搜索有關(guān)序列信號發(fā)生器的

35、資料，發(fā)現(xiàn)了許多與我們已學(xué)過的課程相關(guān)的書籍，這些書籍激發(fā)了我對專業(yè)知識的興趣，也使我確認(rèn)了未來的前進(jìn)方向。</p><p>　　在設(shè)計中，有好幾次遇到這樣那樣的情況，不斷重新連接線路，分析錯誤原因。以致有時候想要放棄，但是逃避不是解決問題的方法，問題始終還是在眼前，唯一能做的就是查閱相關(guān)資料，找到知識點，去解決問題。</p><p>　　這次實訓(xùn)的確收獲很多，不僅初步了解了簡單的面包板電

36、路連接，也學(xué)會了如何通過查找資料用陌生的芯片設(shè)計數(shù)電電路，這為我以后學(xué)習(xí)電路知識指明了方向。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 顧江，魯宏.《電子電路基礎(chǔ)實驗與實踐》[m].東南大學(xué)出版社，2008</p><p>　　[2] 康華光，鄒壽彬等?！稊?shù)子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)電部分》[m].高等教育出版社，2002&l