2015年电子设计大赛综合测评题课程设计

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1、某某轻工业学院电子技术课程设计题 目：2015年电赛测评试题姓 名：王苗龙专业班级：电信13-01学 号： 541301030134院系：电子信息工程学院指导教师：曹卫锋 谢泽会完成时间：2015年10月29日某某轻工业学院课程设计任务书题目2015年电子设计大赛综合测评试题专业 电信工程13-1学号 541301030134 某某 王苗龙主要内容、根本要求、主要参考资料等：主要内容1. 阅读相关科技文献。2学习电子制图软件的使用。3学会整理和总结设计文档报告。4学习如何查找器件手册与相关参数。技术要求1、 使用555时基电路产生频率 20kHz-50kHz连续可调，输出电压幅度为1V的方波I

2、;2、 使用数字电路 74LS74,产生频率5kHz-10kHz连续可调，输出电压幅度为1V的方波H;3、 使用数字电路74LS74,产生频率5kHz-10kHz连续可调，输出电压幅度峰峰值为 3V的三角波;4、 产生输出频率为 20kHz-30kHz连续可调，输出电压幅度峰峰值为3V的正弦波I;5、 产生输出频率为 250kHz,输出电压幅度峰峰值为 8V的正弦波H; 方波、三角波和正弦波的 波形应无明显失真使用示波器测量时 。频率误差不大于 5%;通带内输出电压幅度峰峰值误差 不大于5%。主要参考资料1何小艇，电子系统设计，某某大学，2010年8月2.姚福安，电子电路设计与实践，某某科学技

3、术，2001年10月3 .王澄非，电路与数字逻辑设计实践，东南大学，1999年10月4.李银华，电子线路设计指导，航空航天大学，2005年6月5康华光，电子技术根底，高教，2006年1月完成期限： 2015 年10月30日指导教师签章：专业负责人签章：2015年10月26日2015年电子设计大赛综合测评试题摘要模拟电路中，多种波形产生电路属于信号的运算与处理电路，它主要由信号产生电路、信号运算电路、信号处理电路构成。555定时器是一种模拟和数字功能相结合 的中规模集成器件，可通过一定数目的电容、电阻构成多谐振荡器。74IS74是一种上升沿双D触发器芯片，可以对信号分频处理。LM324为四通道运

4、放集成芯片，可以 构成信号根本运算电路。本课程设计的根本目标：使用555多谐振荡器产生方波作为 信号源，由74IS74对信号进展四分频处理，由LM324四运放芯片对信号分别独立进 展积分运算、低通滤波运算，带通滤波运算从而得到所需波形。通过理论计算分析， 最终实现规定的电路要求，并做成实物，经过反复检测，符合设计要求。关键词：波形产生分频信号运算信号处理1设计方案12223错误!未定义书签。1设计方案2多波形产生电路设计2.1设计原理2.2整体流程框图 3单元电路设计555多谐振荡器3.2 74IS74分频电路 3积分电路 43.4低通滤波器 53.5带通滤波器 64元件参数选择 84.1 5

5、55多谐振荡器 84.2 74IS74分频电路 85结论 106个人总结 11参考文献 12附录1电路原理图与元件清单 13附录2 PCB与实物照片 141设计方案1设计方案使用555和外围电路构成多谐振荡器，产生20kHz-50kHz的方波作为信号源， 利用此方波作为根本信号。将根本信号通过电阻分压可得到电压幅度IV、20kHz-50kHz连续可调的方波I ;将根本信号通过74ls74双D触发器进展四分频， 然后电阻分压得到5kHz-10kHz连续可调电压幅度为1V的方波II ；将方波II通 过由LM324四通道运放构成的积分电路，得到 5kHz-10kHz连续可调电压幅度峰 峰值为3V的三

6、角波；将方波I通过由LM324四通道运放构成的低通滤波器，得 到20kHz-50kHz连续可调电压幅度峰峰值为 3V的正弦波I ;将根本信号固定频 率，然后通过由LM324四通道运放构成的带通滤波器，得到250 kHz左右的正弦波,再通过由LM324四通道运放构成的低通滤波器，得到250k峰峰值8V的正弦 波II o2多波形产生电路设计2.1设计原理555多谐振荡器：电源接通时，555的3脚输出高电平，同时电源通过 R1R2 向电容c充电，当c上的电压到达555集成电路6脚的阀值电压2/3电源电压 时，555的7脚把电容里的电放掉，3脚由高电平变成低电平。当电容的电压降 到1/3电源电压时，3

7、脚又变为高电平，同时电源再次经 R1R2向电容充电。这 样周而复始，形成振荡。74IS74四分频：74LS74是个双D触发器，把其中的一个D触发器的Q非输 出端接到D输入端，时钟信号输入端CLOCKS时钟输入信号，这样每来一次CLOCK 脉冲，D触发器的状态就会翻转一次，每两次 CLOCKS冲就会使D触发器输出一 个完整的方波，这就实现了二分频。把同一片74LS74上的两路D触发器串联起来，其中一个D触发器的输出作为另一个D触发器的时钟信号，这就实现了四分 频。LM324四通道运算放大器，与一定数目的电阻电容可以构成积分电路、低通滤波器、带通滤波器，从而实现信号的运算处理。如图2-1展示了此多

8、波形产生电路的根本工作流程，经过仿真验证证明此电路的可行性。3单元电路设计555多谐振荡器由555定时器和外接元件 R1、R2和C构成的多谐振荡器，2脚与6脚直接相连，电路没有稳态，只有两个暂稳态，电路也不需要外加触发信号，利 用电源通过R1、R2向电容C充电，使电路产生震荡，电容在1/3VCC和2/3VCC之间充电和放电，其仿真波形如图3-2所示，实测波形如图 3-3所示。1CV2021pF pluT 为于、yRST DIS OO =THRTltlGd匸TRI.TiluFGND图3-1 555多谐振荡器调节电位器R2的阻值就可以调整所产生方波的频率。外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，

9、该电路用少量的元件就可以获得高精度震荡频率和较强的功率输出能力，输出的方波经过电阻分压就得到了稳定的20kHz-50kHz连续可调的方波I。所以该电路符合设计要求图3-2仿真波形3-3实测波形74IS74分频电路一个74ls74集成芯片有两个D触发器，一个D触发器可以组成一个二分频电路，把其中的一个D触发器的Q非输出端接到D输入端，时钟信号输入端CLOCK 接时钟输入信号，这样每来一次 CLOCK脉冲，D触发器的状态就会翻转一次，每 两次CLOCKS冲就会使D触发器输出一个完整的正方波，这就实现了信号二分频。 二分频电路输入信号过零上升沿每到来一次二分频器状态翻转一次便可得到二 分频，把两个D

10、触发器串联起来，就是四分频电路。于是根本方波信号就被分频 成了 5kHz-10 kHz的方波，然后经过分压电路，就得到 5kHz-10 kHz的方波幅值 为1V的方波II 074IS74四分频电路原理如图3-4所示，仿真效果如图3-5所示，实测效果 如图3-6所示“：S- I由制吸掏成的四分测i攪黏图3-4分频电路原理图3-5仿真波形图3-6实测波形3.3积分电路积分电路可以用来进展波形变换，由于交流信号需要和偏置电压复合，以偏 置电压为参考点，交流信号分别位于正负半周，为了使积分输出的波形更稳定， 也为了使电路输出振幅符合题意要求，需要设置参考电压。这里设置的参考电压 为2.5V，由于只有1

11、0V单电源供电，选用5V稳压管，将电压稳到5V，然后进展分压，从而得到2.5V参考电压，其电路如图3-7所示。积分电路是使输出信 号与输入信号的时间积分值成比例的电路， 积分电路可将矩形脉冲波转换为三角波，积分电路原理如图3-8所示。电路将5kHz-10kHz连续可调的方波进展积分，得到 5kHz-10kHz峰峰值3V的三角波，其仿真波形如图3-9所示，实测波形如图3-10所示。图3-9仿真波形图3-9实测波形3.4低通滤波器低通滤波器由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其中同相比例放 大电路具有输入阻抗高，输出阻抗低的特点。低通滤波器是容许低于截止频率的 信号通过， 但高于截止频率的信

12、号不能通过的电子滤波装置。低通滤波器的作 用是抑制高频信号，通过低频信号。简单理解，可认为是通低频、阻高频。低通 滤波器包括有源低通滤波器和无源低通滤波器， 无源低通滤波器通常由电阻、电容组成，也有采用电阻、电感和电容组成的。有源低通滤波器一般由电阻、电容 与运算放大器构成，这里所用的是有缘低通滤波器。低通滤波器电路图如图 3-10。任何周期信号，都可以看作是不同振幅，不同相位正弦波的叠加。而贯穿时 域与频域的方法之一，就是传中说的傅里叶分解。此处20kHz-30kHz的方波信号 就可以用低通滤波器将其中的正弦波别离出来然后得到电压峰峰值为 3V、连续可调的20kHz-30kHz正弦波信号I。

13、仿真信号如图3-11，实测信号如图3-12图3-11仿真波形图3-12实测波形3.5带通滤波器带通滤波器是一个允许特定频段的波通过同时屏蔽其他频段的设备，也就是通过某一频率X围内的频率分量、但将其他X围的频率分量衰减到极低水平的滤 波器。任何一个周期信号都可以展开成傅里叶级数， 也就是假如干次正弦波之和， 根据这一原理，可以用带通滤波器，将频带设置在250kHz左右就可以。本电路将通频带设置在250kHz+20Hz之间，得到谐波分量，然后再用低通滤波器将高于250kHz的谐波分量滤除，即得到250kHz的正弦波分量。此处带通滤波器和低通 滤波器共同工作对50kHz的方波进展选择别离，得到固定频

14、率250kHz峰峰值8V 的正弦波。电路如图3-13所示。世孔屁.总m i图3-13正弦波选频电路图3-14仿真波形图3-15实测波形4元件参数选择4.1 555多谐振荡器555电路要求R1、R2均应大于或等于1kQ Q。其输出信号的时间参数是：T=tw1+tw2tw仁 0.7(R1+R2)*Ctw2=0.7R2*Cf=1/T所以调节R2的阻值，就可以调节所产生方波的频率，然后调节输出端的滑 动变阻器就可以调节所产生方波的幅值。4.2 74IS74 分频器分频就是用同一个时钟信号通过一定的电路结构转变成不同频率的时钟信号。四分频就是通过有分频作用的电路结构， 在时钟每触发4个周期时，电路输 出

15、1个周期信号。用一个脉冲时钟触发一个计数器，计数器每计4个数就清零一 次并输出1个脉冲，那么这个电路就实现了四分频功能。Cp接时钟，Q=1,D=/Q=OUT,R=S=接地)，就是Q端接高电平，D端接Q非, 值位复位端都接地。这就组成了一个二分频D触发器，两个D触发器串联，就构 成了四分频器。4.3积分电路假如要进展积分电路信号的积分运算，可选用根本积分电路。首先确定时间常数T =RC T的大小决定了积分速度的快慢。其次选择电路元件：当时间常数T =RC确定后，就可以选择R和C的值，积 分电路的输入电阻Ri=R，因此往往希望R的值大一些。最后确定RP Rf: RP为静态平衡电阻，用来补偿偏置电流

16、所产生的失调；在积分电容的两端并联一个电阻 Rf，防止积分漂移所造成的饱和或截止现象。于是得到计算公式：f=1/2n RCVo=-(Vs/RC)*t=-(Vs/ t )t4.4低通滤波器低通滤波器是有两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其特点就是输入阻抗高，输出阻抗低。低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的滤波装置。20kHz-30kHz的方波经过低通滤波器后可 以将20kHz-30kHz正弦波过滤出来。低通滤波器的通带电压增益：Ao=Avf=1+Rf/R1f=1/2n RC4.5带通滤波器带通滤波器的带宽为上限截止频率与下限截止频率之差。在有源带通滤波器的

17、中心频率fo处：电压增益Ao=B3/2B1品质因数：3dB带宽 B=1/n *R3*C也可根据设计确定的Q fo、Ao值，求出带通滤波器的各元件参数值。R仁Q/2n foAoCR2=Q/ 2Q2-AO*2 n foCR3=2Q/2n foC。上式中，C取0.01Uf。带通滤波器亦可用于一般的选频放大。5结论1. 学生电源提供的电压对波形的影响：实物测试时由于电压有毛刺对波形稳定产生影响，为了上波形测试时稳定，采用了三节18650电池供电使输出波形较稳定，并且工作在电源提供的电压 X 围之内，否如此会出现失真。并且仿真电路测试效果与实物测试相差甚大，所以 电阻采用电位器测试，以便于调试。2. 单

18、电源和双电源的区别与其对电路的影响：运放采用单电源供电时，积分电路不能工作，所以采用参考电压，以保证波 形稳定，且振幅最大。3. 模块与模块之间的存在相互影响：虽然总体电路运行仿真成功，但是做成实物时，各功能模块的波形会受到其 他模块的影响，失真交严重。处理方法是在各模块之间参加耦合电容。由于最后250kHz正弦波，由于波形有毛刺，为了使波形稳定，串联进去一个磁珠，输出 波形较为符合预期标准。所以整体电路设计符合设计目标。4. 仿真与实物效果相差甚远，需要耐心进展调试，有可能实物参数与仿真参数不 符合，需要进展更换元件参数，然后再进展调试。6个人总结在课程设计过程中，我不断发现错误，不断改正，

19、不断领悟，不断获取。最 终的检测调试环节，更进一步地熟悉了芯片的结构与掌握了各芯片的工作原理和 其具体的使用方法。也锻炼了我独立思考问题的能力和通过查看相关资料来解决 问题的习惯。虽然这只是一次简单的课程设计，但通过这次课程设计我了解课程 设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。设计本身并不是有很重要的意义， 而 是对待问题时的态度和处理事情的能力。回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，学到很多很多的东 西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识， 而且学到了很多在书本上所没有学 到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论

20、知识与实践相结合起来，从理论中得 出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。课程设计诚然是一门专业课，给我很多专业知识以与专业技能上的提升， 不 仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。 更重要 的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是以后最实用的，真的是 受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对 于以后工作也有很大的帮助。参考文献1 何小艇，电子系统设计，某某大学，2005年6月。2姚福安，电子电路设计与实践，某某科学技术，2

21、007年10月3吉勇，模拟电路，科学，2007年6月。4 李银华，电子线路设计指导，航空航天大学，2005年6月。5. 康华光，电子技术根底，高教，2003。6. 田英，电子技术根底实践教程，某某科学技术，2003年10月7. 高吉祥，电子技术根底实验与课程设计，电子工业，2005。8. 沙占友，电子技术设计指南，中国电力，2007。9. 郭振民，电子设计自动化 EDA中国水利水电，2010。2011。10. 石磊，Altium Designer中文版电路设计标准教程，清华大学，附录1电路原理图元件清单CommentDescriptionDignatcrFootprintLibRdInFClC

22、OME -duplicatec:0.01 uFQ C3, CSV 代 U 碍 Cc!68fFC4C0805-duplicate匚ISchottky DiodeDDO-41D SctiottfcyJHeader 2Header, 3-Pin乩 PZ, P K P5.国 F7(HDR1X2Heoder2Res1ResiistorRl R5f R7, R11fR17.C08KResl!RPotPotentiometer眩 R9r R1Dr R14r R15.RRpotRPct|LKB24U10IP-14LM124jNE555U2DIPSNE5S5J741S74U3DIP-1474L574附录2 PCB与实物照片pgU34IQI0 00101OIQDIO0Q1OFJOQ-3R8-n 口 | mo |DOO ntPSRL5P22R16 |OO4|1 5 o-呵閱一-OOQQ= zEBootfwv_界 _ C0 甲aP ShisI口Ipiu