函數(shù)信號發(fā)生器模擬電子技術課程設計

1、<p>　　模擬電子技術課程設計</p><p>　　題 目： 函數(shù)發(fā)生器 </p><p>　　專 業(yè)： 10自動化（2） </p><p>　　學 號： 201010320220 </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　完成日期： </p><p>　　指導教師： 2012-4-30 </p><p>　　模擬電子技術課程設計任務書</p><p>　　班級：10自動化（2） 姓名： 指導教師：

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方波產生電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . 3</p><p>　　c、正弦波產生電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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

8、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 9</p><p>　　4、總體電路原理相關說明總體電路原理圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .

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

10、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . 14</p><p>　　設計心得體會. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11、. . . . . . .. . . . . . . . . . 15</p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　盡管近30年來以大規(guī)模集成工藝為依托的各種數(shù)字電路的問世，逐漸代替了各種傳統(tǒng)的模擬電路的應用領域，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承擔。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、一部分或許是整個系統(tǒng)就設計和實現(xiàn)來說最具挑戰(zhàn)性的部分，而且往往在系統(tǒng)性能上起著關鍵作用。尤其是當速度和功率成為至關重要的因素時，模擬電路就更顯突出。</p><p>　　運算放大器和各種模擬集成電路是應用最為廣泛的一類模擬器件。隨著及程度的提高、性能的改善，愈來愈受到人們的青睞；在工業(yè)控制、遙控遙測、儀表儀器等領域成為不可或缺的器件。傳統(tǒng)上隸屬于模擬電子學領域的很多功能，今天都用數(shù)字形式給予實現(xiàn)了。然而，物理世界

13、本來就是模擬的，這表明，總是需要模擬電路去適應這些物理信號，像與傳感器相連的電路，以及把模擬信息轉換為數(shù)字信息，供進一步處理，和從數(shù)字信息轉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，當今的許多應用，最好是由混合模式的集成電路（混合模式IC）和系統(tǒng)來提出。它依賴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。即便這個模擬電路或許進展這個芯片面積的一小部分，但它往往卻是設計中極具挑戰(zhàn)性的部分，并且在整個系統(tǒng)

14、的性能上起著關鍵作用。</p><p>　　隨著電子技術和計算機技術的飛速發(fā)展，電子電路及其應用系統(tǒng)設計手段也越來也越先進。傳統(tǒng)的電子電路與系統(tǒng)設計方法，周期長、耗材多、效率低，難以滿足電子技術飛速發(fā)展的要求?！半娮庸ぷ髋_”，即EWB（Electronic Workbench），是將先進的計算機技術應用電子設計與仿真過程的新技術，它已被廣泛的應用于電子電路分析、設計、仿真、印制電路板的設計等各項工作之中。EWB為

15、使用者提供了一個集成一體化的設計與試驗環(huán)境，創(chuàng)建電路、試驗分析和結果輸出在一個集成菜單系統(tǒng)中可以全部完成，使電子電路及系統(tǒng)的設計產生了劃時代的變化，極大地提高了設計質量與效率。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。EWB有龐大的原器件庫和比較齊全的儀器儀表庫。</p><p>　　由于本次實驗是針對模擬電子和數(shù)字電子的綜合學習，個人認為著重點不是

16、完成任務，而是更好的去學習電路的制作，激發(fā)自己的潛能靈感，注重過程。所以，該實驗沒有采用市場上有賣的集成電路來完成，例如AD9833，這快芯片可以很好的產生正弦波，方波，三角波。如果采用了這塊芯片來制作會很省事，但是做完之后僅僅是熟悉了一塊再簡單不過的MOS芯片。</p><p>　　在本設計中將采用數(shù)-模結合的集成電路來實現(xiàn)方波和三角波的輸出。函數(shù)發(fā)生器是一種可以同時產生方波、三角波和正弦波的專用集成電路。當調

17、節(jié)外部電路參數(shù)時，還可以獲得占空比可調的矩形波和鋸齒波。因此廣泛用于儀器儀表中。函數(shù)信號發(fā)生器的功能是產生據(jù)由指定特征，例如頻率、幅度、形狀以及占空比的波形，有時會通過適當?shù)目刂菩盘枺瑢⑦@些特征設計成可在外部編程的。一般來說，信號發(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的器件儀器來實現(xiàn)。</p><p>　　1、總體方案與原理說明</p><p>　　利用硬件元器件設計一個信

18、號發(fā)生器電路，該實驗可以使用普通市電經變壓器輸出的波為正弦波再經分頻達到分壓達到要求的正弦波 ，然后經比較器產生占空比為1的方波信號，再經放大器與基本元器件組成的積分電路產生三角波信號 。也可以用555定時器產生方波信號在經積分電路產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，本設計采用其做最基本的方波發(fā)生器，因此本實驗采用第二

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

20、><p>　　D：信號發(fā)生器輸出的各種波形失真小；</p><p>　　555電路產生的方波信號占空比可調很方便，且頻率變化設置簡單，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產生的方波信號轉化成三角波，正弦波少不了運放的參與，系統(tǒng)方框圖如圖1-1所示：</p><p>　　圖1-1 總體設計</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>　　市電經變壓器降壓后成為12伏的正弦交變電流。L為一保險管，當電路中發(fā)生短路時可起到保護作用。交變電流通過4個整流二極管整流組成全波整流電路后輸出全波電壓，經

22、電解電容C1的濾波后負載在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，電路中R1A保護紅色發(fā)光二極管的正常工作，通過紅色發(fā)光二極管的工作狀態(tài)來判斷電源電路的工作狀態(tài)。</p><p>　　b、555方波產生電路（如圖1-2）</p><p>　　圖1-2 方波產生電路 </p><p>　　該電路是通過施密特觸

23、發(fā)原理使555芯片通過7腳的不斷的充放電使3腳輸出方波信號，當2，6腳的電壓達到2/3Vcc時7腳放電，當7腳的電壓減到1/3Vcc時放電停止，繼續(xù)充電，如此往復，產生方波信號，另外能通過調節(jié)C4使電路的充放電時間發(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)可調的、頻率在1Khz~10Khz的方波信號。</p><p>　　當電容C4為滿幅時產生方波信號為1kHZ，為零時產生的方波信號為10kHZ。對此

24、進行了仿真，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電路的信號的載體，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）為設計的正弦波信號發(fā)生器</p><p><b>　　圖1-3</b></p><p>　　XFG1為信號發(fā)生器-在這里暫時替代一下555時

26、基電路，圖中各元器件的參數(shù)如圖所示，其中R2、R3起調節(jié)正弦信號的平衡位置，即電壓的基準電壓。方波脈沖信號輸入到5節(jié)點，經運算放大器與電容電阻構成的積分電路輸出正弦波信號，其頻率與555輸出信號的頻率相同為1~10KHZ，通過實驗比較得知R5兩端的正弦信號的失真度優(yōu)于7節(jié)點的正弦信號。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存在兩個待解決的問題：</p><p>　　信號在1~10kHz的邊緣時失真較嚴重；</p><p>　　整個信號的電壓范圍沒有達到要求的5v；</p><p>　　解決這兩個問題非常比較麻煩，電

28、壓用一個動態(tài)電阻去調節(jié) ，但怎么樣去實時的調節(jié)呢，僅僅硬件電路是做不到的，波形的失真通過電容的調節(jié)可以達到標準化的水平?？此坪芎唵蔚窃趺礃硬拍茏龅筋l率，電容，電阻的同步變換呢？困擾</p><p>　　那么，怎么樣去解決呢，我覺得可以采用在10000HZ時為標準輸出波形，當頻率減小時積分電路中的電容充電時間變長，放大效果增強，振幅增大，這樣可以用6個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、的波形上進行再次積分，從而達到要求</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，占空比為1的方波信號通過放大器與的積分電路處理后，能產生三角波，該電路如圖1-4；</p><p>　　圖

30、1-4（方波積分電路三角波產生電路）</p><p>　　XFG1為100~1000Hz的方波模擬信號發(fā)生器，XSC1是雙蹤示波器，該積分電路產生的仿真波形如圖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問題；</p><p><b>　　解決方案也同上</b></p><p>　　e、10~100Hz的方波信號發(fā)生電路</p><p>　　單元電路四產生的100~1000Hz的方波信號再經一片10段譯碼器CD4017分頻后，經出波形為10~100Hz的方

32、波信號，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CD4017產生的信號頻率分別為100Hz、1000Hz）； </p><p><b>　　圖1-5-2 </b></p><p><b>　　圖1-5-3</b></p><p>　　說明： 可以看出在仿真時輸出高電平為15V ，是因為CD4

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

34、一個震蕩電路要么是方波信號要么是正弦信號。如果采用的是正弦信號，則需要采用微分學的原理使其微分成方波，再積分成三角波。而本次設計采用的是以方波信號為主要信號源，在方波的基礎上對其分頻、積分就形成了題目要求的效果了。下面就電路做大概的說明，555產生1000-10000Hz的方波信號分兩條支路輸出，</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、方波信號經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，另外供給下一個CD4017十分頻后產生產生10——100Hz的題目要求的方波信號。</p><p>　　電路中的S1、S2、S3為控制信號輸出的開關，要產生不同頻率的波形可以通過C6調節(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</b></p><p>　　1、J.馬庫斯、 電子電路大全 計量出版社編輯部組織編譯 1998</p><p>　　2、鐘文耀、EWB電路設計入門與應用 清華大學出版社 2000&

37、lt;/p><p>　　3、王文郁.電力電子技術應用電路.北京：機械工業(yè)出版社，2001</p><p>　　4、常光宇、自動化使用電路 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：電子科技大學出版社，2002</p><p>　　6、張延琪.常用電子電路280例.北京：中國電力出版社，2004&

38、lt;/p><p>　　7、林春方、電子線路學習指導與實訓 電子工業(yè)出版社 2004 </p><p>　　8、張洪潤、電子線路及應用 清華大學出版社 2005</p><p><b>　　設計心得體會</b></p><p>　　有時可能擔心電的知識是否太奧秘，制作過程是否太復雜。的確不錯，電的技術發(fā)展得很

39、快：新型的家用電器琳瑯滿目，電腦、彩電和不少現(xiàn)代電器在生活、學習、工作中不可缺少。但請記住，它們都是由一個個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學起，學習用基本電子電路制作一些小的電子作品，才能逐步學習更多的知識，掌握更高級的技術，做更大更復雜更有意義的電子作品.課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發(fā)展的日新日異

40、，電路設計已經成為當今計算機應用中空前活躍的領域， 在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握簡單的電路技術是十分重要的。</p><p>　　做了一周的課程設計，有很多的心得體會，和在網(wǎng)上搜索課程設計的相關內容，也到學校圖書館借相關書籍，經過不斷比較與討論，最終確定了聲控燈的電路原理圖。通過這次課程設計，我明白了不管是學習哪種軟件，如果以前沒有沒有接觸，開始學得很費力，但到后來就好了。在每次的

41、課程設計中，遇到問題，最好的辦法就是查閱相關資料，如果找不到就向老師和其他同學請教，因為每個人掌握情況不一樣，一個人不可能做到處處都懂，集合多個人的思想，復雜的事情就會變得很簡單。這一點我深有體會。盡管現(xiàn)在只是初步學會了聲控照明燈等電路的設計，但學習的這段日子確實令我收益匪淺，不僅因為它發(fā)生在特別的時間，更重要的是我又多掌握了一門新的技術，付出的過程中我已經收獲了很多快樂！</p><p>　　回顧起此次聲控燈的

42、課程設計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整一個星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可