電子技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì)

1、電子技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì)報(bào)告 班級：電氣082班 姓名：徐澤元學(xué)號(hào)：6一、題目：簡易信號(hào)發(fā)生器和頻率計(jì)二、設(shè)計(jì)目的1、掌握正弦波、方波及三角波信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法；2、掌握數(shù)字頻率計(jì)的設(shè)計(jì)與調(diào)試方法；三、設(shè)計(jì)任務(wù)及技術(shù)指標(biāo)1、設(shè)計(jì)一個(gè)的正弦波、方波和三角波方生器：(1) 頻率可調(diào)范圍：2Hz20KHz，分為4檔： 220Hz；20200Hz；200Hz2KHz；220KHz；(2) 幅度可調(diào)范圍：05V；(3) 可調(diào)偏置。2、設(shè)計(jì)一個(gè)簡易數(shù)字頻率計(jì)：(1) 測量頻率范圍：1100 KHz，顯示單位為Hz；(2) 輸入電壓幅度VPP：100mV 10V；(3) 輸入信號(hào)波形：任意周期信號(hào)

2、；(4) 顯示方式: 6位十進(jìn)制數(shù)顯示。四、設(shè)計(jì)步驟和方法1方案設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的技術(shù)指標(biāo)和條件，初步設(shè)計(jì)出完整的電路（這一階段又稱為“預(yù)設(shè)計(jì)”階段）。主要任務(wù)是準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)文件，其中包括：畫出方框圖；畫出構(gòu)成框圖的各單元的邏輯電路圖；畫出整體邏輯圖；提出元器件清單；畫出連接圖。要完成這一階段的任務(wù)，需要設(shè)計(jì)者進(jìn)行反復(fù)思考，大量參閱文獻(xiàn)和資料，將各種方案進(jìn)行比較及可行性論證，然后才能將方案確定下來。具體步驟是：明確待設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體方案；把系統(tǒng)方案劃分為若干相對獨(dú)立的單元，每個(gè)單元的功能再由若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)器件來實(shí)現(xiàn)，化分為單元的數(shù)目不宜太多，但也不能太少。設(shè)計(jì)并實(shí)施各個(gè)單元電路。在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能

3、多地采用中、大規(guī)模集成電路，以減少器件數(shù)目，減少連接線，提高電路的可靠性，降低成本。這要求設(shè)計(jì)者應(yīng)熟悉器件的種類、功能和特點(diǎn)。把單元電路組裝成待設(shè)計(jì)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮各單元之間的連接問題。各單元電路在時(shí)序上應(yīng)協(xié)調(diào)一致，電氣特性上要匹配。此外，還應(yīng)考慮防止競爭冒險(xiǎn)及電路的自啟動(dòng)問題。衡量一個(gè)電路設(shè)計(jì)的好壞，主要是看是否達(dá)到了技術(shù)指標(biāo)及能否長期可靠地工作。此外還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用、容易操作、維修方便。為了設(shè)計(jì)出比較合理的電路，設(shè)計(jì)者除了要具備豐富的經(jīng)驗(yàn)和較強(qiáng)的想象力之外，還應(yīng)該盡可能多地熟悉各種典型電路的功能。只要將所學(xué)過的知識(shí)融會(huì)貫通，反復(fù)思考，周密設(shè)計(jì)，一個(gè)好的電路方案是不難得到的。2方案試驗(yàn)對所

4、選定的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行安裝調(diào)試由于生產(chǎn)實(shí)際的復(fù)雜性和電子元器件參數(shù)的離散性，加上設(shè)計(jì)者經(jīng)驗(yàn)不足，一個(gè)僅從理論上設(shè)計(jì)出來的電路往往是不成熟的，可能存在許多問題，而這些問題不通過實(shí)驗(yàn)是不容易檢查出來的，因此，在完成方案設(shè)計(jì)之后，需要進(jìn)行電路的裝配和調(diào)試，以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與設(shè)計(jì)要求不相符合的情況。該內(nèi)容將在第五章詳細(xì)講述。3工藝設(shè)計(jì)完成制作實(shí)驗(yàn)樣機(jī)所必需的文件資料，包括整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及印制電路板設(shè)計(jì)等4樣機(jī)制作及調(diào)試包括組裝、焊接、調(diào)試等。5總結(jié)鑒定考核樣機(jī)是否全面達(dá)到規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)，能否長期可靠地工作，同時(shí)寫出設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告。信號(hào)發(fā)生器的制作設(shè)計(jì)任務(wù)及技術(shù)指標(biāo)：設(shè)計(jì)一個(gè)的正弦波、方波和三角波方生器：1) 頻

5、率可調(diào)范圍：2Hz20KHz，分為4檔： 220Hz；20200Hz；200Hz2KHz；220KHz；2) 幅度可調(diào)范圍：05V；3) 可調(diào)偏置。功能和原理： 簡易信號(hào)發(fā)生器采用正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，通過電容和電位器調(diào)節(jié)頻率，由4個(gè)電容進(jìn)行換檔，分別控制4個(gè)量程，量程確定后通過電位器進(jìn)行頻率的微調(diào)。為了得到對稱的正弦波，運(yùn)算放大器采用5V電源。三角波產(chǎn)生電路中，可根據(jù)信號(hào)頻率選擇不同數(shù)值的電容。電路中產(chǎn)生的正弦波、方波和三角波容易產(chǎn)生上下偏移，所以需要在電路中設(shè)置偏置電路，來調(diào)節(jié)偏移。偏置電路可由運(yùn)算放大器組成的加法電路來實(shí)現(xiàn)。為了使輸出波形的幅度可調(diào)，也可采用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)，具體電路自

6、行設(shè)計(jì)。原理框圖如3-1： 圖3-1 信號(hào)發(fā)生器原理框圖1. 正弦波正弦波振蕩電路產(chǎn)生正弦波，通過電容和電位器調(diào)節(jié)頻率，由4個(gè)電容進(jìn)行換檔，分由別控制4個(gè)量程，量程確定后通過電位器進(jìn)行頻率的微調(diào)。2. 偏置電路電路中產(chǎn)生的正弦波以及后面要產(chǎn)生的方波和三角波容易產(chǎn)生上下偏移，所以需要在電路中設(shè)置偏置電路，偏置電路可由運(yùn)算放大器組成的加法電路來實(shí)現(xiàn)。3. 方波 由運(yùn)算放大器組成的過零比較器可實(shí)現(xiàn)將正弦波轉(zhuǎn)換為方波的功能。4. 三角波由運(yùn)算放大器組成的積分電路可實(shí)現(xiàn)將方波轉(zhuǎn)換為三角波的功能。 方波和三角波的頻率與正弦波的頻率相同，可通過正弦波振蕩電路來調(diào)節(jié)。 在積分電路中，信號(hào)的周期和積分時(shí)間常數(shù)兩

7、者在數(shù)值上有一定的要求。當(dāng)信號(hào)頻率改變時(shí)，也應(yīng)相應(yīng)地改變積分電路中的電容值。5. 調(diào)幅電路可由運(yùn)放組成的比例電路來實(shí)現(xiàn)，反饋電阻由電位器構(gòu)成，即可達(dá)到調(diào)幅的目的。簡易數(shù)字頻率計(jì)的制作一、功能說明數(shù)字頻率計(jì)是近代電子技術(shù)領(lǐng)域的重要測量工具之一，同時(shí)也是其他許多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的測量儀器。數(shù)字頻率計(jì)是在規(guī)定的基準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)把測量的脈沖數(shù)記錄下來，換算成頻率并以數(shù)字形式顯示出來。數(shù)字頻率計(jì)用于測量信號(hào)（方波，正弦波或其他周期信號(hào)）的頻率，并用十進(jìn)制數(shù)字顯示，它具有精度高，測量速度快，讀數(shù)直觀，使用方便等優(yōu)點(diǎn)。在許多情況下，需要對信號(hào)的頻率進(jìn)行精確的測量，數(shù)字頻率計(jì)在實(shí)驗(yàn)室和一些工業(yè)現(xiàn)場得到廣泛的應(yīng)用。二、設(shè)

8、計(jì)任務(wù)及要求設(shè)計(jì)一個(gè)簡易數(shù)字頻率計(jì)：(1) 測量頻率范圍：1Hz100 KHz，顯示單位為Hz；(2) 輸入電壓幅度VPP：100mV 10V；(3) 輸入信號(hào)波形：任意周期信號(hào)；(4) 顯示方式: 6位十進(jìn)制數(shù)顯示。三、電路功能簡介1數(shù)字頻率計(jì)的基本原理 頻率是單位時(shí)間（1S）內(nèi)信號(hào)發(fā)生周期變化的次數(shù)。如果我們能在給定的 1S 時(shí)間內(nèi)對信號(hào)波形計(jì)數(shù)，并將計(jì)數(shù)結(jié)果顯示出來，就能讀取被測信號(hào)的頻率。數(shù)字頻率計(jì)首先必須獲得相對穩(wěn)定與準(zhǔn)確的時(shí)間，同時(shí)將被測信號(hào)轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識(shí)別的脈沖信號(hào)，然后通過計(jì)數(shù)器計(jì)算這一段時(shí)間間隔內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，將其換算后顯示出來。數(shù)字頻率計(jì)的框圖見圖1。放大整

9、形電路脈沖計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)鎖存電路譯碼驅(qū)動(dòng)電路LED顯示電路時(shí)鐘電路單穩(wěn)態(tài)清零脈沖秒脈沖輸入圖1：數(shù)字頻率計(jì)原理框圖數(shù)字頻率計(jì)由放大整形電路、脈沖計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)鎖存電路、譯碼驅(qū)動(dòng)、LED顯示電路、時(shí)鐘電路和產(chǎn)生清零脈沖的單穩(wěn)態(tài)電路組成。2框圖中各部分的實(shí)現(xiàn)方法及功能1） 放大整形電路由雙運(yùn)算放大器NE5532組成，采用5V電源。其中一個(gè)運(yùn)算放大器對輸入信號(hào)進(jìn)行放大，放大倍數(shù)選用50；另一個(gè)運(yùn)算放大器接成過零電壓比較器，對放大后的信號(hào)進(jìn)行整形，產(chǎn)生5V的脈沖信號(hào)。要想得到TTL脈沖信號(hào)，需要設(shè)計(jì)成帶限幅的過零比較器。為了能夠?qū)χ绷髦芷谛盘?hào)的頻率進(jìn)行測量，需要在放大前加入濾波電路。2）脈沖計(jì)數(shù)器由兩片CD

10、4518雙BCD碼加法計(jì)數(shù)器組成，對周期性的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)并產(chǎn)生4位BCD碼輸出送至數(shù)據(jù)鎖存電路。單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生的周期為一秒、寬度25微秒的清零脈沖送至CD4518的CLR端，使脈沖計(jì)數(shù)器清零后重新開始計(jì)數(shù)。3）數(shù)據(jù)鎖存電路由三片74HC374鎖存器組成，在時(shí)鐘電路產(chǎn)生的秒脈沖（送至74HC374的CLK端）的作用下，對脈沖計(jì)數(shù)器輸出的4位BCD碼進(jìn)行鎖存，同時(shí)在Q端產(chǎn)生輸出。4）譯碼驅(qū)動(dòng)和LED顯示電路由六片BCD碼譯碼驅(qū)動(dòng)芯片CD4543和六個(gè)八段LED數(shù)碼管組成。CD4543將74HC374鎖存器輸出的BCD碼進(jìn)行譯碼后驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管顯示。5）時(shí)鐘電路和產(chǎn)生清零脈沖的單穩(wěn)態(tài)電路由14

11、級二進(jìn)制分頻器CD4060和雙J-K觸發(fā)器CD4027組成時(shí)鐘電路，晶振采用平常較為多見的時(shí)鐘晶振，諧振頻率為32.786kHz。CD4060內(nèi)部含有14級的二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，可以進(jìn)行214分頻，32.768kHz諧振頻率經(jīng)過內(nèi)部14級計(jì)數(shù)器 214=16384分頻得到2Hz的精確頻率后，由J-K觸發(fā)器CD4027進(jìn)行2分頻得到需要的1秒的時(shí)鐘，用來控制74HC374鎖存電路的工作。時(shí)鐘信號(hào)同時(shí)又作為鎖存器的鎖存信號(hào)，直接送到鎖存器74HC374，在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿進(jìn)行鎖存。CD4528雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器在秒脈沖的上升沿作用下，產(chǎn)生輸出寬度為25us的清零脈沖，使脈沖計(jì)數(shù)器清零后重新開始計(jì)數(shù)。 由

12、于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的時(shí)間延時(shí)，可以保證鎖存器進(jìn)行鎖存之后，計(jì)數(shù)器才開始清零操作。 三、主要芯片介紹1、CD4543 BCD碼譯碼/驅(qū)動(dòng)器CD4543可以把BCD碼譯碼成7段LED顯示碼。其中2，3，4，5腳為BCD碼輸入端，1腳為鎖存端，9-15腳為譯碼輸出，它可直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管（需串聯(lián)限流電阻）。管腳圖如圖1所示。 圖1 CD4543管腳圖2、CD4060 14級二進(jìn)制分頻器圖2 CD4060管腳圖電路內(nèi)部帶有振蕩器，全靜態(tài)操作，有14級分頻器，但只有10個(gè)輸出端引出，其中1腳為4096分頻輸出，2腳為8192分頻輸出，3腳為16384分頻輸出，4腳為64分頻輸出，5腳為32分頻輸出，6腳為

13、128分頻輸出，7腳為16分頻輸出，13腳為512分頻輸出，14腳為256分頻輸出，15腳為1024分頻輸出。管腳圖如圖2所示。3、CD4518 雙BCD加法計(jì)數(shù)器圖3 CD4518管腳圖該器件由兩個(gè)相同的同步4 級計(jì)數(shù)器組成。計(jì)數(shù)器級為D型觸發(fā)器。具有內(nèi)部可交換的CLK和EN線，用于在時(shí)鐘上升沿或下降沿加計(jì)數(shù)。在單個(gè)單元運(yùn)算中，EN輸入保持高電平，且在CLK上升沿進(jìn)位。CLR線為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。其中管腳3，4，5，6為第一個(gè)計(jì)數(shù)器的BCD輸出，管腳11，12，13，14為第二個(gè)計(jì)數(shù)器的BCD輸出。管腳圖如圖3所示。4、CD4027 雙J-K觸發(fā)器圖4 CD4027管腳圖CD4027包含

14、了兩個(gè)相互獨(dú)立、互補(bǔ)對稱的J-K主從觸發(fā)器。每個(gè)觸發(fā)器分別提供了J、K、置位、復(fù)位、時(shí)鐘輸入和經(jīng)過緩沖的Q及移位寄存器，且通過將Q輸出連接到數(shù)據(jù)輸入，可用作計(jì)數(shù)器和觸發(fā)器。在時(shí)鐘上升沿觸發(fā)時(shí)，加在輸入端的邏輯電平傳送到Q 輸出端。置位和復(fù)位與時(shí)鐘無關(guān)，而分別由置位或復(fù)位線上的高電平完成。其中1CLK，2CLK為時(shí)鐘輸入端，1S，2S為置位端，1RST，2RST為復(fù)位端。管腳如圖4所示。真值表如下表所示：CLKJKSRSTQQ1X00001X0001100X00001X100110XX00X無變化XXX10X10XXX01X01XXX11X115、CD4528 雙單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CD4528 由可重

15、觸發(fā)地單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成，Q和輸出有緩沖。該器件工作時(shí)應(yīng)在T1A和CX/RX1外接電容，在CX/RX1和VDD 端外接電阻。每個(gè)觸發(fā)器具有上升沿觸發(fā)輸入A和下降沿B，復(fù)位端CLR為低電平時(shí)，終止輸出脈沖。管腳圖如圖5所示。圖5 CD4528管腳圖真值表如下表所示：輸入輸出CLRAINPUTBINPUTQQLXX01X1X01XX00110116、74HC374 三態(tài)八位鎖存器圖8 74HC374管腳圖74HC374是具有三態(tài)輸出的八位鎖存器。其輸出端 Q0Q7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，Q0Q7為正常邏輯狀態(tài)，在時(shí)鐘端CLK脈沖上升沿的作用下，Q端數(shù)據(jù)隨D而變，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)

16、載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí)，Q0Q7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。管腳圖如圖8所示。所用儀器和設(shè)備1、儀器設(shè)備1）5V直流穩(wěn)壓電源一臺(tái)2）雙蹤示波器一臺(tái)3）萬用表一塊4）烙鐵一個(gè)5）鑷子一把6）剪刀一把2、器件1）電路板兩塊2）簡易函數(shù)信號(hào)發(fā)生器元器件清單（見附錄）3）簡易數(shù)字頻率計(jì)元器件清單（見附錄）八、參考文獻(xiàn)1 任為民.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.北京：中央廣播電視大學(xué)出版社,20012 焦寶文.電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指南.北京：清華大學(xué)出版社,20023 高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社,20024 王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)

17、（第二版）.北京：高等教育出版社,20055 余孟嘗.數(shù)字電子技術(shù)簡明教程.北京：高等教育出版社,20036 康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)(數(shù)字部分).北京：高等教育出版社,20017 閻 石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社,20048 王 楚.數(shù)字邏輯電路.北京：高等教育出版社,19999 歐陽星明.數(shù)字邏輯（第二版）.湖北：華中科技大學(xué)出版社,200510 王永軍.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)（第3版）.北京：電子工業(yè)出版社,2005附1：信號(hào)發(fā)生器仿真圖附2：頻率計(jì)仿真圖附3：信號(hào)發(fā)生器電路原理圖附4：頻率計(jì)電路原理圖附5：調(diào)試結(jié)果附6：元器件清單附7：實(shí)物圖附錄：信號(hào)發(fā)生器仿真圖附錄：簡易頻率計(jì)

18、仿真圖附錄：調(diào)試結(jié)果正弦波方波三角波2-20HzMaxf21.7421.7321.73v3.92.83.1Minf1.4291.4281.408v12.73.020-200HzMaxf227.3226.9222.2v3.03.70.72Minf14.7114.7014.08v3.03.80.42200-2KMaxf247524682500v2.43.52.45Minf144.9144.8147.1v2.21.512-20KMaxf221202212021280v22.40.6Minf140814051389v22.41.05附錄：信號(hào)發(fā)生器實(shí)物圖附錄：簡易頻率計(jì)實(shí)物圖課設(shè)總結(jié)很多時(shí)候我們看似很

19、難的一些事情其實(shí)當(dāng)我們用心去做的時(shí)候就會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)并沒我們想象中的那么困難。就像這個(gè)課設(shè)一樣，第一次看到指導(dǎo)書的時(shí)候真的覺得好難，但是在經(jīng)過努力做出來之后就覺得也沒想象中的那么困難。成功付出是必須的，只要付出了就會(huì)有一定的收獲。剛開始，感覺很難無從下手同時(shí)也沒有信心，跟師兄討論了下，他們說當(dāng)時(shí)他們做的大部分人都調(diào)出來的情況下，我重拾了信心，相信自己可以做出來，謝謝他們給了我信心。經(jīng)過這兩個(gè)星期的努力，我們組信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字頻率計(jì)設(shè)計(jì)、焊接和調(diào)試都圓滿成功，我很高興也很激動(dòng)。因?yàn)樽约焊冻龅玫搅嘶貓?bào)。通過與老師發(fā)下來的電路原理圖對比，我發(fā)現(xiàn)我設(shè)計(jì)的數(shù)字頻率計(jì)有3處錯(cuò)誤，分別是4528的管腳不對應(yīng)兩處

20、，4060連接錯(cuò)誤，電路輸入端沒加濾波電路。接下來就是焊接了。在這過程中，我很努力的去做比其他同學(xué)都認(rèn)真，每一個(gè)孔的焊接，每一條線路的連接我都很細(xì)心去做也有認(rèn)真的去想老師給我們的電路原理，管腳圖和原理的對比下，。 通過檢查幾遍后確定焊接沒出錯(cuò)后，我去調(diào)試，一開始我不知怎么調(diào)試，叫同學(xué)幫忙，但是沒用他們都調(diào)不出來，這樣復(fù)雜的心情持續(xù)一天后，我的就調(diào)試就出來啦。我很開心，當(dāng)然我要謝謝幫我的同學(xué)，更多的是謝謝實(shí)驗(yàn)室老師。 調(diào)試過程中，我和同組同學(xué)討論出現(xiàn)了什么問題，剛開始是出不來方波信號(hào)，老師告訴我可能什么原因，在通過檢查后發(fā)現(xiàn)是虛焊的問題，解決這問題后在繼續(xù)的往下檢查又發(fā)現(xiàn)千位計(jì)數(shù)的管腳1沒信號(hào)出來，經(jīng)