多功能函数信号发生器_函数信号发生器的功能
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课程设计报告书
——多功能函数信号发生器
多 功 能 函 数 发 生 器
— — 设 计 报 告
一、设计任务
�1�设计一个能产生正弦波、矩形波、三角波、锯齿波的电路�要求波形的频率在一 定范围内可调�矩形波占空比在一定范围内可调�
�2�用数码管显示波形频率�
�3�用中、小规模集成电路�双列直插式�组件和阻容元件实现所选定的电路。�4�在计算机上用 Multisim 仿真优化。
�5�在模拟实验装置和逻辑实验箱上安装、调试。
1、题目�多功能函数发生器
2、设计要求
3、主要技术指标
�1�频率范围�150~300Hz�连续可调。
�2�矩形波占空比�30%~60%�连续可调。
�3�输出电压�矩形波U P-P≤ 12V�三角波U P-P≤12V�
正弦波U P-P ≥ 1V。
�4�由三个数码管实时显示输出频率。
�5�波形特性� �略�
�6�负载能力� 50 欧�5 伏
二、仪器与器件
1、仪器
1)2)3)4)5)
2、器件
1)2)3)4)四运放 LM324
2-5-10 进制计数器 74LS90 四位寄存器 74LS194 四 2 输入与非门 74LS00 直流稳压电源 示波器 万用表 模拟实验装置 数字实验箱台 1 台 1 台 1 台 1 台块 3 块 3 块 1 块
5)6)
7)555 定时器 二极管、稳压管 电位器、电阻器、电容器块 若干 若干
三、设计思路
1、系统简要框图
计数器
函数发生器
寄存器
译码
锁存 显示
秒脉冲
发生
2、单元电路设计
�1�函数发生器 用模拟电路实现。多种方案�
在模拟电路或数字电路中�能产生方波信号的电路很多。如由运算放大器组成 的滞回比较器、门电路或 555 定时器组成的多谐振荡器。而方波信号经积分电路就 可以方便地形成三角波或锯齿波信号。典型的电路是由两个运算放大器构成的方波
-三角波发生器。而正弦波信号的产生可以采用波形转换的方式�利用低通滤波器或比例系数可
调的比例运算电路将三角波信号转换为正弦波信号�也可以应用在模拟电路中的正 弦波振荡器产生。
根据实验室条件和对基础知识的应用能力�函数发生器可以采用以下两种方法 实现。方案一�
方案二� RC桥式
滞回
积分
滞回
该设计采用第二种方案�
积分 滤波
图中最左边的运算放大器连接构成的是滞回比较器�功能是产生方波信号�中间部 分是积分电路�将前面产生的方波进行积分产生三角波�通过调节图中 R2 的阻值可以调 节波形的占空比�可以产生锯齿波�最右边的部分是一个低通滤波器�将三角波滤波产生
正弦波。
通过调节图中 R5 的阻值可以调节产生波形的周期�频率��要满足对频率和占空比 的范围要求计算出两个变阻器的阻值�从而实现频率范围�150~300Hz�连续可调�矩形 波占空比�30%~60%�连续可调。
�2�计数器及存储显示部分
用 74LS90 构成 3 位十进制计数器。计数器是数字电路中使用广泛的功能器件。无论是 TTL 还是 CMOS 集成电路�都是品
种齐全的 MSI 计数器。如使用 74LS90�74LS290�74LS163 等都可以方便得构成三位十进 制计数器�对函数发生器产生的方波信号进行计数。
此部分电路设计时应注意以下几点�
1�不同的计数器模块其清零方式可能不同�
2�不同的计数器模块触发方式可能不同�所以应特别注意进位线的连接方式�
3�寄存器锁存电路�
用三片寄存器芯片如 74LS194 组成的 BCD 码锁存电路�保证数码管能够稳定显示最终
的计数结果。4�数码管显示�
选用三个 BCD 码数码显示管。�3�秒脉冲产生
利用 555 定时器构成秒脉冲发生器产生正脉冲宽度为 1S。
根 据 脉 冲 宽 度 的 公 式
tH=0.7�R1+R2�C1�设置合适的 R1、R2 和 C1�使其能够产生一个能够 持续 1s 的高电平脉冲�通过它 来控制计数部分的清零、计数和 对寄存器的置数功能�从而使计 数显示电路部分能够准确的显
示输出波形的频率。该部分电路连接图如上图所示。根据计数部分对控制电平的要求�需
将 555 产生的秒脉冲信号进行反相后接到控制端。它在控制计数器 74LS90 清零的同时又控 制着移位寄存器的置数信号�其具体工作为先将计数器的数值置入寄存其中�然后再给计 数器清零。
�4�反相放大 为 了 提 高 函 数发生器
带负载的能力�在信号输出
之前首先经过放大�本设计 中采用的是反相放大电路
�如右所示�。通过调节图 中的电位器可以调节输出
信号的电压幅值�从而达到
提高带负载的能力。根据所需的负载能力来确定放大的倍数�从而确定电路中的各个参数
值。
3、整体电路 将设计好的部分电路按照其各自的功能连接出完整的电路�如下图�
完整原理图
四、Multisim 软件仿真
打开 Multisim 运行环境�按照上图连接好电路�首先分别测试每一部分的电路功能�
使每一部分都达到设计要求后�将它们连接成整体电路�用示波器分别观察每一个波形的 产生�通过调节电位器观察波形的频率或周期有无变化�是否满足设计要求及产生的误差。并观察数字部分的计数是否准确�该部分通过测量波形的周期理论计算该信号的频率�并
与显示的数值进行比较�分析产生误差的原因并对电路进行参数调整�将误差减小到最小。仿真波形如图�
方波与三角波 正弦波
五、系统安装调试
按照设计电路将测试好的参数器件连接实物电路�
1�在九孔板上搭接函数发生器电路� 按仿真调试后的原理图分别搭接矩形波发生器、三角波发生器、正弦波发生器等单元
电路。
2�在数字逻辑实验箱上搭接电路� 按仿真调试后的原理图分别搭接秒脉冲发生器、十进制计数器、寄存器锁存及置数控
制等单元电路。在功能测试时秒脉冲发生器用数字实验箱上的 1HZ 秒脉冲信号代替�这样 计数部分的示数应为实际信号频率的一半。
计数器 74LS90 和寄存器 74LS194 的功能引脚图�
3�调试过程�
�1�先按顺序调整好函数发生器�
�2�调整好计数器和锁存器电路�
�3�将秒脉冲引入计数器电路�在秒脉冲作用下�调整计数译码显示电路。�4�在模拟部分和数字部分均调试完毕�将两部分之间的连线接好�系统就可以按
照设计进行正常工作。
六、性能指标测试
用示波器分别观察方波、三角波、正弦波�观察波形的稳定性�并调节频率和占空比� 观察波形的变化是否符合设计要求�再观察示波器上显示的波形的频率和数字部分的计数 值呈现二倍的关系。
七、设计中出现的问题
1、在参数的确定方面需要合理的选择�因为它们都是彼此影响的�通过合理的设计 选参�最终得出符合设计要求的各个器件参数。
2、在功能测试中�如果直接将产生的方波送到计数器的计数输入端�则会出现计数 不准确的情况�为了解决这个问题需要将产生的方波在送人计数器之前先经过一个同相比 例运算电路�将它放大一倍�过一个二极管将波形的负值消去�然后再送入 74LS90 进行计 数�上述问题得以解决。
八、参考文献
“模拟电子技术基础”清华大学 1)
2)3)4)
童诗白 主编 阎石 主编 康华光 主编 孙肖子 主编 “数字电子技术基础”清华大学 “电子技术基础”
“现代电子线路和技术实验简明教程
