精编完整版简易信号发生器和简易频率计毕业论文

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1、（此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！）中原工学院课程设计课程名称：电子技术综合设计与实践题目名称：简易信号发生器和简易频率计课程设计任务书姓名学号班级学院电子信息学院课程电子技术综合2.设计一个简易数字频率计：(1)可测量信号频率范围：1100 KHz,显示单位 为Hz;(2)输入电压幅度VPP 100m10V;(3)输入信号波形：任意周期信号；(4)显示方式：6位十进制数显示。布置设计方案、预设计及验收 计算机仿真及仿真结果验收 发放元器件、领取工具 焊接安装、调试、教师验收题目简易信号发生器和简易频率计(1)频率可调范围:2Hz20KHz分为4档:220Hz；20200Hz；2

2、00Hz2KHz;220KHz;幅度可调范围:05 V;可调偏置。设计任务时间进度星期一、二星期三、四、五星期一上午星期一下午星期二、三、四1.设计一个的正弦波、方波和三角波发生器:星期周五打印图纸、写设计报告主要4 -IV.参考资料1.康华光。电子技术基础 数子部分（第五版）。北京： 高等教育出版社，2006;2.康华光。电子技术基础 模拟部分（第五版）。北京： 高等教育出版社，2006；3.电子技术（下）实验指导书，中原工学院电子技术课程组自编，2011；中文摘要函数信号发生器是一种能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、 矩形波（含方波）、正弦波的电路。函数信号发生器在电路实验 和设备检测中

3、具有十分广泛的用途。通过对函数波形发生器的原 理以及构成分析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的 函数波形发生器。本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放 大器共同组成的方波一三角波一正弦波函数发生器的设计方法，先通过比较器产生方波，再通过积分器产生三角波，最后通过差 分放大器形成正弦波。波形变换的原理是利用差分放大器传输特 性曲线的非线性。数字频率计属于时序电路，它主要由具有记忆功能的触发器构 成。在计算机及各种数字仪表中，都得到了广泛的应用。 在电子 技术中，频率是最基本的参数之一，并且与许多电参量的测量方 案、测量结果都有十分密切的关系，因此频率的测量就显得更为 重要。测量频率的方

4、法有多种,其中电子计数器测量频率具有精 度高、使用方便、测量迅速，以及便于实现测量过程自动化等优 点，是频率测量的重要手段之一。关键词：函数信号发生器 方波 三角波 正弦波数字频率计 测量频率 过程自动化 触发器AbstractFunction signal generator is able to generate a variety of waveforms,such as the triangle wave, sawtooth wave, rectangular wave(including square wave), sine wave circuit. Function signal

5、 generatorthe detection circuit experiments and equipment. Function waveformgenerator principle and composition analysis, design can transform atriangle wave, sine wave, square wave function waveform generator.This topic used jointly by the integrated operational amplifier withtransistor differentia

6、l amplifier consisting of square wave - triangularwave - sine function generator design method, the first comparatorgenerates a square wave, triangular wave generated through theintegrator, formed by the differential amplifier sine . Waveformconversion principle is to use nonlinear differential ampl

7、ifier transfercharacteristic curve.Digital frequency meter is a timing circuit, it is mainly constituted bythe flip-flop . , Have been widely used in computer and digitalinstrument. In electronic technology, the frequency is one of the mostbasic parameters, and many electrical parameter measurements

8、olutions, the measurement results are very close relationshipbetween the frequency measurement becomes more important.Measurement frequency variety, electronic counter measures thefrequency with , easy to use, rapid measurement, as well as facilitatethe realization of the measurement process automat

9、ion is one of theimportant means of frequency measurementKey words:Function signal generator, square wave, trianglewave, sine waveDigital frequency meter, measurementfrequency, process automation, triggers1前言频率是周期信号每秒钟内所含的周期数值。输入电路：由于 输入的信号可以是正弦波，方波。而后面的闸门或计数电路要求 被测信号为矩形波，所以需要设计一个整形电路则在测量的时 候，首先通过整形

10、电路将正弦波或者三角波转化成矩形波。在整 形之前由于不清楚被测信号的强弱的情况。所以在通过整形之前 通过放大衰减处理。当输入信号电压幅度较大时，通过输入衰减电路将电压幅度降低。当输入信号电压幅度较小时，前级输入衰 减为零时若不能驱动后面的整形电路，则调节输入放大的增益， 时被测信号得以放大。通过时基电路及控制电路 锁存器 将最终 频率稳定的显示在数码管上。函数波形发生器的原理以及构成分 析，可设计一个能变换出三角波、正弦波、方波的函数波形发生 器。2.总体方案设计1.可先产生正弦波， 然后通过整形电路将正弦波变成方波 ，再由 积分电路，方波变成三角波； 也可先产生三角-方波，再将三角波 变成正

11、弦波。如下框图所示。方波 三角波 正弦波2.频率计是直接用十进制来显示被测信号频率的一种测量装置。 它可以测量正弦波、方波和三角波的频率。利用施密特触发器将 输入信号整形为方波，并利用计数器测量1s内脉冲的个数，利用 锁存器锁存，稳定显示在数码管上。数字频率计的整体结构要求 如图1-1所示。图中被测信号为外部信号，送入测量电路进行处宽，若测量频率则进一步选择档位数字频率计系统结构框图3.设计原理3.1、简易信号发生器基本原理1、函数发生器的组成函数发生器一般是指能自动产生正弦波、方波、三角波的电 压波形的电路或者仪器。电路形式可以采用由运放及分离元 件构成；也可以采用单片集成函数发生器。根据用

12、途不同， 有产生三种或多种波形的函数发生器，本课题介绍方波、三 角波、正弦波函数发生器的方法。2、正弦波产生电路正弦波振荡电路的振荡条件；理、测量，档位转换用于选择测试的项目频率、周期或脉F大电.nA栄、益匕 -丸血Jt.ati在上或中*仍诽広片环/脅,则可冊丘心=AF/髀+齡 知1人*1=咼严=彌事十只2fwpMOp. H* 2 *3、RC桥式正弦波振荡器图为RC桥式正弦波振荡器。其中RC串、并联电路构成正反 馈支路，同时兼作选频网络，Ri、R、R及二极管等元件构成负反 馈和稳幅环节。调节电位器RW,可以改变负反馈深度，以满足振 荡的振幅条件和改善波形。利用两个反向并联二极管D、D2正向电阻

13、的非线性特性来实现稳幅。D、D2采用硅管（温度稳定性好）， 且要求特性匹配，才能保证输出波形正、负半周对称。R的接入是为了削弱二极管非线性的影响，以改善波形失真。电路的振荡频率起振的幅值条件2式中R=FU R+（R ro）,ro 二极管正向导通电阻调整反 馈电阻R（调R/）,使电路起振，且波形失真最小。如不能起振， 则说明负反馈太强，应适当加大R。如波形失真严重，则应适当减小R。改变选频网络的参数C或R，即可调节振荡频率。一 般采用改变电容C作频率量程切换，而调节R作量程内的频率细 调。4、方波发生器由集成运放构成的方波发生器和三角波发生器，一般均包括比较器和RC积分器两大部分。图11-2所示

14、为由滞回比较器及简 单RC积分电路组成的方波一三角波发生器。它的特点是线路简 单，但三角波的线性度较差。主要用于产生方波，或对三角波要 求不高的场合。电路振荡频率式中Ri=Ri+RWR2=R2+RW方波输出幅值UOm=0三角波输出幅值调节电位器FW（即改变RR）,可以改变振荡频率，但三角波 的幅值也随之变化。如要互不影响，则可通过改变R（或C）来 实现振荡频率的调节。5、三角波和方波发生器如把滞回比较器和积分器首尾相接形成正反馈闭环系统，如 图113所示，则比较器A输出的方波经积分器A2积分可得到 三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成 三角波、方波发生器。图为方波、三角波发

15、生器输出波形图。 由 于采用运放组成的积分电路， 因此可实现恒流充电，使三角波线性大大改善。/ Dz2CW231U-O-/W+ 12V9UP? JULR 10KooAJ+Jj 0.022 li9+ 12VJooA2 + -】2vlRJ-k QzwCi J.DIM-方波发生器三角波、方波发生器电路振荡频率3.2、 数字频率计的基本原理数字频率计的整体结构要求如图所示。图中被测信号为外部 信号，送入测量电路进行处理、测量，档位转换用于选择测试的 项目-频率、周期或脉宽，若测量频率则进一步选择档位。数字频率计原理框图放大整形电路由二极管及电阻组成的幅度扩展电路和555构成的施密特触发电路构成整形电路

16、如图放大整形电路脉冲 计数器数据锁存电路1、r译码驱动电路rLED显示电路输入方波幅值三角波幅值Uom= LZ丄丄清零脉冲JUI单稳态 -放大整形电路二极管D1, D2及电阻R1, R2构成信号幅度扩展电路，当输入信号较小时，限幅器的二极管均截止，不起作用。用555构成的施密特触器作用是将输入的周期性信号，如正弦波，三角波或 其他呈周期性变化的波形变换成脉冲波形，其周期不变。时基电路时基电路的作用是控制计数器的输入脉冲。当标准时间信号（is正脉冲）到来时，闸门开通，被测信号通过闸门进入计数器 计数；当标准脉冲结束时，闸门关闭，计数器无脉冲输入。时基 电路可以有555定时器构成的多谐振荡器实现U

17、14THDNGTRDCCCVQCVR64 I-i257555C51O.OluF74LS160时基电路时间长度为0.25s。禾U用式t1=0.7(R1+R2)C;t2=0.7R2C计算参数，器件参数如图控制电路控制电路可以由单稳态电路来构成如图所示逻辑控制电路利用标准时间信号结束后产生的负跳变来产生锁 存信号，同时锁存信号反向产生清零信号，锁存信号的脉冲宽度 由单稳态电路本身的时间常数决定。R1SODHFtiHIEiD513ED435R15 10Life ii74LS160计数，锁存，译码，显示电路(1)同步六进制加法计数器构成，可以选择同步六进制加法计数器74LS160同步十进制加法计数器74

18、LS190或74LS192、双BCD码计数器CD4518等电路来实现。本次实验采用了74LS160作为同步十进制加法计数器。计数部分电路(只画其中两个)如图所示待测信号时钟信号锁存信号清零信号3456U10D0D1D9D3Q0Q1Q2710991ENPENTCLKLOADMRQ3RCO1413121115U6(MR)是74LS273。锁存器的作用是将计数器在1S结束时的计数值进9CLK1LOADMR行锁存，使显示器上或得稳定的测量值。当时钟脉冲CP的正跳 变来到时，锁存器的输出等于输入，从而将计数器的输出值送到 锁存器的输出端。正脉冲结束后，输出不再改变。（3）译码器及数码管译码器可采用共阴极

19、显示译码器74LS48或 共阳极显示译码器74LS47，由于本实验中采用的是74LS48来 实现的译码功能，并314(2)锁存器可采用8D锁存器74373或74LS273本实验采用的D3Q3RCO1574LS160与六个数码管相连。4 电路调试与仿真4.1电路的调试1方波三角波发生器的调试比较器A1与积分器A2组成正反馈闭环电路，同时输出方波和正 弦波，A1输出为方波，A2输出为三角波，微调RR,使三角波的 输出幅度满足设计指标要求，调节RP，则输出频率连续可变。2三角波正弦波变换的调试1）差分放大器传输传输特性曲线调试。将C4与RP3的连线断 开，经电容G输入差模信号电压Ud=50mV fi

20、=10kHz的正弦波。 调节RP4及电阻R,使传输特性曲线对称。再逐渐增大Uid，直到 传输特曲线形状如图2-3-2所示，记下此时对应的Uid，即Uidm值。 移去信号源，再将G左端接地，测量差分放大器的静态工作点Io、Uc1Q、Uc2Q、Uc3Q、Uc4Q。2）三角波-正弦波变换电路的调试。将RP与C4连接，调节RP使三角波的输出幅度经由RP后输出等于Uidm值，这时U）3的输出 波形应接近正弦波，调整C6大小可以改善输出波形。如果U03的 波形出现如图3-1-1所示的几种正弦波失真，则应调整和修改电 路参数，产生失真的原因及采取的相应措施有：钟形失真：如图（a）所示，传输特性曲线的线性区太

21、宽，应减小RE2O半波圆顶或平顶失真：如图b）如示，传输特性曲线对称性差，工作点Q偏上或偏下，应调整电阻R。非线性失真：如图（C）所示，三角波的线性度较差引起的失真，主要受运放性能的影响。可在输出端加滤波网络（如a=ioopF）改善输出波形何（）阿4.2 电路的仿真方波-三角波发生电路的仿真EgO-gEll I4.3电路板调试电路板的制作与焊接都完成后，就到了电路的调试过程。连接电源，这一过程可先用万用表测量给出是否为土9V,连到器件上的时候千万不要接错工作电压，不然会烧掉运放LM3241.观察给+5V的方波输出：示波器一端接多谐振荡器输出测试点,三角波-正弦波转换电路的仿真1 m*! blJ

22、O1.Iu-Tli1 u I ft 9 A3 . i a *J1uVUI- . F r SaV匸Ei百.L h*A匚hmu =-*a-如bevelDOO* pgHfebri O3C t-jznnjnRTEy丹FIFBTJMn 呻。一端接地；观察输出波形如图，该图为为输出幅度+5V。2、观测土9V的方波输出：将示波器另一端接比较器输出点，这 个主要是观测幅度是否达到土9V。如图：3、最后观测输出波：经滤波放大后如图5. 心得体会首先感谢这次机会进行课程设计，让我们在为期一周的电子 课程设计中懂得了更多，学到了更多。电子设计是我们必需要学 会的技能，而熟练的使用protel等电路设计软件是我们应该

23、具 备的基本技能，这也是我们步入社会的一个个小小的动手能力提 高。通过此次课程设计，更加深刻的理解了实践的内涵，开始时只 是盲目的在Proteus 7 Professional这个软件上乱画，忽略了动手的意义，后来按老师说的将我们所做的课设的电路图画在纸上， 感觉头脑里清晰了很多。亲自在纸上画图或许很难，但是这种方 法真正能使我们清楚电路的结构，从细节上找出我们所忽略的东 西，电路的运行操作是否正确更是一目了然。 免去了在上机时不 知道哪里错的盲目时间， 使我们很快找出自己的毛病。而且也更 加领悟到了老师的作用， 开始时因为555定时器的功能不很了解，查了好多资料和书，才明白了它的作用。上课老

24、师都仔细讲过的 东西，当时没由好好听讲，课下花了好多时间去看它。十分感谢 这次课设老师对我的帮助，让 is 1tee?52kHr JUUULRIGOL BTOF注t.MUGTtiw m*ut M.MMs我对这门课有了更深的了解。时， 通过网上搜索等多方面的查询资料，我学到许多在书本上没有的 知识，也认识到理论联系实践的重要。理论学得好，但如果只会 纸上谈兵，一点用都没有。以后也很难找到工作。 在这次设计中， 我们开始没买到三极管的的放大倍数在30150倍之间的，因此 我们第一次做好之后，就去调试，居然没点信号，这是我的三极 管的放大倍数太小了啊。我们去买适合的放大倍数的三极管。第 二次我们终于

25、成功了，真的好高兴。制作好以后，虽然符合设计 要求，但我们总觉得欠缺点什么。这次设计，让我感受最深是， 当我们测量输出电压时，发现误差很大。连续测量了好几次，结 果还是一样。当时我们就急了，到底是哪里出问题了呢？线路应 该是接好了的，因为有电压输出。难道是参数计算出了问题吗？ 也不会。我们都给老师看过了的，确定无误才开始做的。有的组 员当时提议重新接线，但大部分人反对。最后我们想，会不会是 万用表有问题呢？因为这个万用表是一位同学自己做的。然后我 们换用一标准数字万用表测量，结果在误差允许范围内。如果我 们当时盲目的拆线重接，没有对电路进行调试、分析，排除电路 故障，那么我们就要眼瞎忙一阵了，

26、费时有费力。所以我们一定 要具备一定的检查、 排除电路故障的能力。，我深刻认识到了 “理 论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的 设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前 知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了 学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计 的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问 题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过 程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实 际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数 的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积

27、累过程，没 有经验是不可能在短时间内将其完成的。6. 参考文献数字电子技术基础 康华光 高等教育出版社2005数字电路逻辑设计（第三版）王毓银 高等教育出版社2005数字电路实验基础 崔葛瑾 同济大学出版社2005数字电路实验与课程设计 吕思忠、施齐云 哈尔滨工程大 学出版社2001电子线路 设计 实验 测试（第三版）谢自美 华中科技大 学出版社2006Multsim9在电工电子技术中的应用 董玉冰 清华大学出版 社2008数字电路及制作实例 陈振官 国防工业出版社20067. 附录附录 A常用逻辑器件引脚排列示意图VCCYfYg土土YcYd161151413721110BCD-七段译码器74

28、LS47BCD-七段译码器74LS48ALT BTBI / RBORBIA3GNDVCC1615g14a上1213d10VDDfgab16|1514|1312|cde1111 1109BCD-七段译码器CC451118 匹A1A LTEI/RBO RBI74LS47/48和CD4511H H血LdLdff表匕匕厶冃H H人功输入输岀市 RBI BI A3A2A1A。a gXXLx X X XH LLL L L LLXHX X X XHXH8421BCD 码无效（消隐）无效（消零）有效（测灯）正常显示A2Ye-9ETLTBI /RBORBIA3AGNDVccQ D7D6Q Q D5D4Q cP2

29、01918171615141312118D锁存器54AC 27310CRQ DoQ1Q2D2D3QGND8D 锁存器 54AC273 功能表输入输出CRCPDnQn（备注）LXXL（清零）HtLL(Qn=Dn)HHH(Qn=Dn)VCCQ7D7D6Q6Q5D5D4Q4LEPHrnpr8D 锁存器CT54/74LS 373斬 QoDoDrQrQ2D2D3Q3GND8D锁存器CT 54/74LS373功能表输入输出ENLEDnQn（备注)LHHH(Qn=Dn)LHLL(Qn=Dn)LLX保持HXXZ（高阻)VCCQ7D7Q Q5D5D4Q4CP勿7両両|74| 7 p2 pT8D锁存器74LS37

30、4 / 377i r 2ENQo8D 锁存3丨旦丨7上匹20DoDiQiQ2D2D3Q3GND器 74LS374/377功能表输入输出ENCPDnQn（备注）LtLLtHHXXXLL(Qn=Dn) H (Qn=Dn) Z (高阻)X保 持VDDQ4D4D3Q3Q3Q2Q2|l9 I|l8 IF6! 词I141|9|4D 锁存器CC4042Q4Q1QTDTCPMD2VSS4D 锁存器 CC4042 功能表输入输出MCPDnQn（备注）LLXQn=Dn(透明)LtXQn二Dn（锁存）HHXQn二Dn（透明）HXQn二Dn（锁存）VDD4R4S3S3R3Q2Qfin71 70 rv4R-S 锁存器C

31、C4044CD4518 功能表输入输出CRENCPQ3Q2Q1Qo1615l诃F3I R21111o rvi4R-S 锁存器74LS27912678 u色1R 1S EN 2S782RVSS3Q4Q4R3R3SA3SB2Q1Q2R1SA2SGND1SB1RVCC121109双十进制计数器CD45181丨回 L1J1516782CP2CR2ENVDD1CP1EN1Qo2Q22Q32Qo1Q11Q21Q31CRVss|1 24Q 1Q4SLHfL4LHXX其它状态数数十十持计计L L法法L L口；保力力L LVDD2CEXT2REXT/CEXT2CR 2A 2B2Q2QI16| 14 |11311

32、2I 1110I 9双单稳态触发器CD453812lAl LlM78|1CEXT1 REXT/CEXT1CR1 A 1 B1Q1QVSS双单稳态 CD4538 功能表输入输出CRABQQLXXXHXXXLHLHtHL HL HL H_TL LTJ LVCC1REXT/CEXT1CEXT1Q2Q2CR2B2A冋|7T| |7T|7 |70N双单稳态触发器74LS1231 L22E 乜 习1 A 1 B1CR1Q2Q2CEXT2REXT/CEXTGND双单稳态 74LS123功能表输入输出CRABQQLXXXHXXXLHLtH4H十LHL HL H L H_TL LT_TL LTL -i rVCC

33、VDT HVco1811 71 16151555定时器1121 1314GNDTLU oLD附录 B简易函数信号发生器元器件清单序号名称型号及参数数量1C11、C211uF22C12、C22、C320.1uF33C13、C23、C330.01uF34C14、C24、C341000pF35C312uF16D1、D21N414827DZ1、DZ21N473128RW100K（双联、含旋钮）19RW3100K（3296）110RW1、RW2、RW410K（3296）311R6、R77.5K212R8 R205.1 K213R96.2K114R10 R14、R5、R1710K715R15、R16100

34、K216R18、R19、R22、R231K417RP1510118U1、U2、U3NE5532319排针2X4320排针2X3121排针2X2122LED1电源指示发光二极管123OUT+、OUT测量信号输入端2只24电源接线端子3位端子（电源接口）1只25测试针A、B、C、D426印刷电路板PCB板127R211M1附录C简易数字频率计元器件清单序号名称型号及参数数量1CP1100uF16V12CU110.01uF13CY112pF14CY2可变电容30pF15Cin2uF16D11N414817DS1 DS6数码管（共阴）68RDSxx、RP1510439RY120M110RY2330K111RU11、RU12310K212RU121、RU1251272K413RU122、RU124100K214U1、U2、U1474HC374315U3 U6、U15、U16,CD4543616U7、U8、U13CD4518317U9CD4060118U10CD4027119U11CD4528120U12NE5532121Y1晶振32.768KHZ122LED1电源指示发光二极管123IN+、IN测量信号输入端2只24电源接线端子3位端子（电源接口）1只25测试针A、B、C、D、E526印刷电路板PCB板1