課程設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)并制作一個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)生器

1、摘 要脈沖信號(hào)發(fā)生器的原理主要分為四部分，即正弦波的產(chǎn)生，方波的變換，分頻電路和倍頻電路，并由這四部分最終產(chǎn)生三種不同頻率的信號(hào)。利用文氏振蕩電路產(chǎn)生1khz的正弦波信號(hào)，通過(guò)過(guò)零比較器產(chǎn)生1khz的脈沖信號(hào)，經(jīng)過(guò)74ls161計(jì)數(shù)器降頻產(chǎn)生100hz的脈沖信號(hào)， 100hz的脈沖信號(hào)由hef4046bp和hef4518bp組成的鎖相環(huán)升頻電路變成10khz的脈沖信號(hào)?？刂齐娐防?4ls112、cd4051、74ls139控制信號(hào)燈，三種控制信號(hào)可以通過(guò)一個(gè)按鍵控制。本次設(shè)計(jì)的要點(diǎn)在于電路的線路的連接及焊接，通過(guò)設(shè)計(jì)體會(huì)理論與實(shí)際結(jié)合的重要性。關(guān)鍵字： 正弦產(chǎn)生 波形轉(zhuǎn)換 降頻電路 鎖相環(huán)目

2、 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求31.1 設(shè)計(jì)任務(wù)31.2 設(shè)計(jì)要求3二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)42.1 系統(tǒng)要求42.2 方案設(shè)計(jì)42.3 系統(tǒng)工作原理4三、單元電路的設(shè)計(jì)63.1 單元電路a(直流電源電路)63.1.1 電路結(jié)構(gòu)及工作原理63.2單元電路b(文氏振蕩電路)73.2.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理73.2.2電路仿真93.2.3 元器件的選擇及參數(shù)的確定93.3 單元電路c(過(guò)零比較器整形電路)103.3.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理103.3.2電路仿真113.3.3元器件的選擇及參數(shù)確定123.4 單元電路d（74ls161計(jì)數(shù)器降頻電路）123.4.1 電路結(jié)構(gòu)及工作原理123.4.3 元器件的選擇及參數(shù)確定1

3、53.5 單元電路e(鎖相環(huán)倍頻電路)153.5.1 電路結(jié)構(gòu)及工作原理153.6 單元電路f(控制電路)193.6.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理193.6.2電路仿真233.6.3元器件的選擇及參數(shù)確定23四、系統(tǒng)仿真24五、電路安裝、調(diào)試與測(cè)試255.1電路安裝255.2電路調(diào)試255.3系統(tǒng)功能及性能測(cè)試265.3.1測(cè)試方法設(shè)計(jì)265.3.2測(cè)試結(jié)果及分析26六、結(jié)論27七、參考文獻(xiàn)28八、總結(jié)、體會(huì)和建議29附錄31一、 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作一個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)生器。1.2 設(shè)計(jì)要求1、能夠輸出1khz正弦波信號(hào)；2、由該1khz正弦波信號(hào)產(chǎn)生100hz脈沖信號(hào)；3、由100h

4、z脈沖信號(hào)產(chǎn)生10khz脈沖信號(hào)；4、輸出信號(hào)能夠在這三種信號(hào)中通過(guò)電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇，電子開(kāi)關(guān)由按鍵控制，并且能夠?qū)x擇的信號(hào)用發(fā)光二極管指示； 5、按照要求，設(shè)計(jì)電路原理圖，用multisim進(jìn)行仿真，用萬(wàn)用板焊接元器件，完成調(diào)試、測(cè)試，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。二、 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)要求運(yùn)用所學(xué)到的數(shù)電和模電知識(shí)查找資料并結(jié)合實(shí)際，設(shè)計(jì)原理圖，焊接元器件，從而達(dá)到課設(shè)課題的要求。2.2 方案設(shè)計(jì)先由文氏振蕩電路產(chǎn)生1khz正弦波信號(hào)，再通過(guò)過(guò)零比較器產(chǎn)生1khz脈沖信號(hào)，構(gòu)成第一路輸出；再由74ls161計(jì)數(shù)器降頻產(chǎn)生100hz脈沖信號(hào)，構(gòu)成第二路輸出；100hz脈沖信號(hào)通過(guò)hef4046bp和h

5、ef4518bp組成的鎖相環(huán)升頻電路變成10khz脈沖信號(hào)，構(gòu)成第三路輸出?？刂齐娐吠ㄟ^(guò)一個(gè)按鍵給74ls112施加觸發(fā)信號(hào)，從而控制模擬開(kāi)關(guān)cd4051從三種信號(hào)中選擇一路輸出，并利用74ls139對(duì)選擇的信號(hào)用發(fā)光二極管指示。2.3 系統(tǒng)工作原理產(chǎn)生預(yù)期1khz正弦波信號(hào)，再將正弦波轉(zhuǎn)換為同頻率的脈沖信號(hào)，然后降頻到100hz，最終升頻到10khz,每一步的信號(hào)產(chǎn)生都有各種可選方案。比如正弦波的產(chǎn)生就有:利用icl8038，利用石英晶體振蕩電路，利用文氏振蕩電路等。方波轉(zhuǎn)換電路有：利用施密特觸發(fā)器，利用過(guò)零比較器，利用555組成的多諧振蕩器等。此外，電路設(shè)計(jì)中要求用1khz脈沖信號(hào)產(chǎn)生10

6、0hz脈沖信號(hào)，由100hz脈沖信號(hào)產(chǎn)生10khz脈沖信號(hào)，因此我們想到了用74ls161計(jì)數(shù)器降頻產(chǎn)生100hz脈沖信號(hào)，再由hef4046bp和hef4518bp組成的鎖相環(huán)升頻電路產(chǎn)生10khz脈沖信號(hào)。根據(jù)每一部分的設(shè)計(jì)方案，我們最終選擇的方案為：文氏振蕩電路、過(guò)零比較器組成的整形電路、74ls161計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)的同步十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器降頻電路和鎖相環(huán)升頻電路,還有cd4051構(gòu)成的模擬開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)選擇電路。原理方框圖如圖2.3所示：直 流穩(wěn) 壓電 源電 路文 氏振 蕩電 路過(guò) 零 比 較 器 構(gòu) 成 的 整 形 電 路信 號(hào)控 制 電 路 鎖 相 環(huán) 升 頻 電 路計(jì) 數(shù) 器 降 頻電 路

7、圖2.3 原理方框圖三、單元電路的設(shè)計(jì)3.1 單元電路a(直流電源電路)3.1.1 電路結(jié)構(gòu)及工作原理圖3.1.1 直流電源電路在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率穩(wěn)壓電源的組成如圖3.1.1所示。它是由電源變壓器、整流 、濾波和穩(wěn)壓電路等四部分組成。電源變壓器是將交流電網(wǎng)220v的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐担缓笸ㄟ^(guò)整流電路將交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過(guò)濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變

8、化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。穩(wěn)壓電路一般采用固定電壓三端集成穩(wěn)壓器，它有正輸出電壓和負(fù)輸出電壓之分，額定輸出電壓有5v到24v，最大額定電流有100ma到10a等各種。3.2單元電路b(文氏振蕩電路)3.2.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理圖3.2.1 文氏振蕩電路工作原理：正弦波振蕩電路由四部分組成，分別為放大電路、選頻網(wǎng)絡(luò)、正反饋網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。當(dāng)f=f0時(shí)，uf與uo同相，此時(shí)f=1/3，a=av=3,即可構(gòu)成正弦波振蕩電路。連接方式通常有:橋式,移相,雙t式三種。rc低頻橋式正弦波振蕩電路又稱為文氏振蕩電路，它適用于產(chǎn)生頻率低于或等于1mhz的低頻振蕩信號(hào)，振幅和頻率較穩(wěn)定，而且頻率調(diào)節(jié)較方便。許

9、多低頻信號(hào)發(fā)生器其主振器均采用這種電路。rc振蕩電路在沒(méi)有外加輸入信號(hào)的情況下,依靠自激振蕩產(chǎn)生正弦波,頻率一般在200khz以下。起振條件為：|af|1 ；平衡條件為：|af|=1，a+b=2n。本設(shè)計(jì)采用文式振蕩電路實(shí)現(xiàn),電路圖如圖3.2.1所示，是典型的rc橋式正弦波振蕩電路。在此電路中，反饋信號(hào)代替輸入信號(hào),引入正反饋。要確定振蕩頻率,引入外加的選頻網(wǎng)絡(luò)，在rf回路中串聯(lián)兩個(gè)二極管,利用電流增大時(shí)二極管動(dòng)態(tài)電阻小,電流減小時(shí)二極管動(dòng)態(tài)電阻增大的特點(diǎn),加入非線性環(huán)節(jié),從而使輸出電壓穩(wěn)定。其中rc串并聯(lián)電路構(gòu)成的選頻網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)兼反饋環(huán)節(jié)，連接于集成運(yùn)放的輸出端和同相輸入端之間，構(gòu)成正反饋，

10、以產(chǎn)生正弦自激振蕩。r2及二極管d1，d2構(gòu)成負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。調(diào)節(jié)r5即可改變負(fù)反饋的反饋系數(shù)，從而調(diào)整放大電路的電壓增益，使之滿足振蕩的幅值條件。二極管d1，d2為自動(dòng)穩(wěn)幅元件，其作用是：當(dāng)uo很小時(shí)，二極管d1，d2相當(dāng)于開(kāi)路，此時(shí)由d1,d2,r2組成的并聯(lián)支路等效電阻較大，設(shè)d1，d2，r2并聯(lián)支路總的等效電阻為rf，則rf也較大，所以auf=(1+rfr1) 3,則有利于起振；反之，當(dāng)uo幅值較大時(shí)，d1,d2導(dǎo)通，并聯(lián)支路的等效電阻下降，則rf也下降，所以auf也隨之下降，如果此時(shí)auf 3，則uo幅值趨于穩(wěn)定。此外，采用兩只二極管反相并聯(lián)，目的是使輸出電壓在正負(fù)兩個(gè)半周期內(nèi)

11、輪流工作，使正半軸和負(fù)半軸的振幅相等。顯然這兩只二極管的特性應(yīng)相同，否則正負(fù)半軸振幅將不同。文氏振蕩器常見(jiàn)的一種穩(wěn)幅措施是在負(fù)反饋回路中加入二極管，目的也是在輸出幅度增大時(shí)使負(fù)反饋增強(qiáng)，但由于二極管的非線性，會(huì)使輸出波形發(fā)生少許畸變。而上圖所示的這個(gè)電路的負(fù)反饋回路中不含有非線性元件，因而能獲得高質(zhì)量的正弦波形。振蕩頻率計(jì)算如下：令=1rc，則f0=12rc，若要確定1khz的頻率，則要求：r=470，c=330nf3.2.2電路仿真圖3.2.2 1khz正弦波的電路仿真圖3.2.3 元器件的選擇及參數(shù)的確定選用 1n4007 op07aj電阻 r1=18k r2=11k r3=r4=470滑

12、動(dòng)變阻器 r5=100k電容 c1=c2=330nf3.3 單元電路c(過(guò)零比較器整形電路)3.3.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理圖3.3.1 (a) 過(guò)零比較器整形電路工作原理：同相輸入單門(mén)限壓比較器是一種用來(lái)比較輸入信號(hào)ui和參考電壓vref的電路。參考電壓vref加于運(yùn)放的反向端，它可以是正值，也可以是負(fù)值。而輸入信號(hào)ui則加于運(yùn)放的同相端，這時(shí)運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)工作狀態(tài)，具有很高的開(kāi)環(huán)電壓增益。過(guò)零比較器是vref=0的特殊比較器，每當(dāng)輸入信號(hào)過(guò)零時(shí)，輸出就要產(chǎn)生突然的變化。過(guò)零比較器的傳輸特性如圖3.3.1(b)所示，當(dāng)輸入信號(hào)電壓ui小于參考電壓vref（即為零）時(shí)，差模電壓uid=ui-vref

13、0，運(yùn)放立即轉(zhuǎn)入正飽和狀態(tài)，uo=voh 圖3.3.1(b) 過(guò)零比較器的傳輸特性為了限制集成運(yùn)放的差模輸入電壓，保護(hù)其輸入級(jí)，可加二極管限幅電路。該電路的優(yōu)點(diǎn)為：由于集成運(yùn)放的凈輸入電壓和凈輸入電流均近似為零，從而保護(hù)了輸入級(jí)；由于集成運(yùn)放并沒(méi)有工作到非線性區(qū)，因而在輸入電壓過(guò)零時(shí)，其內(nèi)部的晶體管不需要從截止區(qū)逐漸進(jìn)入飽和區(qū)，或從飽和區(qū)逐漸進(jìn)入截止區(qū)，所以提高了輸出電壓的變化。綜上所述，故選用此電路來(lái)使1khz正弦波變換為同頻率的方波。3.3.2電路仿真圖3.3.2 1khz方波的電路仿真圖3.3.3元器件的選擇及參數(shù)確定選用 op07aj 1n4375電阻 r6=10k r7=5k 3.4

14、 單元電路d（74ls161計(jì)數(shù)器降頻電路） 3.4.1 電路結(jié)構(gòu)及工作原理圖3.4.1（a） 74ls161計(jì)數(shù)器降頻電路工作原理:將1khz的脈沖信號(hào)降頻為100hz的脈沖信號(hào)需要利用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其中1khz的脈沖信號(hào)作為計(jì)數(shù)器的clk信號(hào)，十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的進(jìn)位信號(hào)作為輸出脈沖信號(hào)，則輸出脈沖信號(hào)的頻率為100hz。常采用的方法有:利用十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls160或十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls161和與非門(mén)構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，利用觸發(fā)器構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器等。74ls161同步四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器（直接清零） 用于快速計(jì)數(shù)的內(nèi)部超前進(jìn)位 用于n 位級(jí)聯(lián)的進(jìn)位輸出 同步可編程序 有置數(shù)控制線 二極管箝位輸

15、入 直接清零 同步計(jì)數(shù) 這種同步可預(yù)置的四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器是由四個(gè)d 型觸發(fā)器和若干個(gè)門(mén)電路構(gòu)成的，內(nèi)部有超前進(jìn)位，具有計(jì)數(shù)、置數(shù)、禁止、直接（異步）清零等功能。對(duì)所有觸發(fā)器同時(shí)加上時(shí)鐘，使得當(dāng)計(jì)數(shù)使能輸入和內(nèi)部門(mén)發(fā)出指令時(shí)輸出變化彼此協(xié)調(diào)一致而實(shí)現(xiàn)同步工作，這種工作方式消除了非同步（脈沖時(shí)鐘）計(jì)數(shù)器中常有的輸出計(jì)數(shù)尖峰。緩沖時(shí)鐘輸入將在時(shí)鐘輸入上升沿時(shí)觸發(fā)四個(gè)觸發(fā)器，這種計(jì)數(shù)器是可編程的，即輸出可預(yù)置到任何電平。當(dāng)預(yù)置是同步時(shí)，在置數(shù)輸入端將建立一低電平，禁止計(jì)數(shù)，并在下一個(gè)時(shí)鐘之后不管使能輸入端是何電平，輸出都與建立數(shù)據(jù)一致。清除是異步的（直接清零），不管時(shí)鐘輸入、置數(shù)輸入和使能輸入為何電平

16、，清除輸入端的低電平并把四個(gè)觸發(fā)器的所有輸出直接置為低電平。有了超前進(jìn)位電路后，無(wú)須另加門(mén)，即可級(jí)聯(lián)出n位同步應(yīng)用的計(jì)數(shù)器。它是借助于兩個(gè)計(jì)數(shù)使能輸入和一個(gè)動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)的。兩個(gè)計(jì)數(shù)使能輸入（enp 和ent）計(jì)數(shù)時(shí)必須是高電平，且輸入ent必須為正反饋，以便使能動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出。因而被使能的動(dòng)態(tài)進(jìn)位輸出將產(chǎn)生一個(gè)高電平輸出脈沖，其寬度近似等于qa ，輸出高電平。此高電平溢出進(jìn)位脈沖可用來(lái)使能其后的各個(gè)串聯(lián)級(jí)。使能enp 和ent 輸入的跳變不受時(shí)鐘輸入的影響，即使改變工作模式的控制輸入（使能enp、ent 或清零），但直到時(shí)鐘發(fā)生為止，都不會(huì)有什么影響。計(jì)數(shù)器的功能（不管使能、不使能、置數(shù)或

17、計(jì)數(shù)）完全由穩(wěn)態(tài)建立時(shí)間和保持時(shí)間所要求的條件來(lái)決定。利用74ls161連接成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器如圖3.4.1(b)所示：圖3.4.1（b) 74ls161組成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器因需要得到100hz的脈沖信號(hào)，故圖（a）中的輸出信號(hào)應(yīng)為cr端口的輸出信號(hào)，圖（b）中的輸出信號(hào)為co端口的輸出信號(hào)。利用jk觸發(fā)器連接成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器：根據(jù)時(shí)鐘方程、輸出方程和狀態(tài)方程可以得到用jk觸發(fā)器制作的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器圖3.4.1（c) jk觸發(fā)器組成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器最終我們采用用十六進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls161和與非門(mén)構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，接法如圖所圖3.4.1（b)所示。3.4.2 電路仿真圖3.4.2 100hz方波的電

18、路仿真圖3.4.3 元器件的選擇及參數(shù)確定選用 74ls161 74ls00 輸入端接1khz的脈沖信號(hào)。3.5 單元電路e(鎖相環(huán)倍頻電路)3.5.1 電路結(jié)構(gòu)及工作原理鎖相的意義是相位同步的自動(dòng)控制，能夠完成兩個(gè)電信號(hào)相位同步的自動(dòng)控制閉環(huán)系統(tǒng)叫做鎖相環(huán)，簡(jiǎn)稱pll。它廣泛應(yīng)用于廣播通信、頻率合成、自動(dòng)控制及時(shí)鐘同步等技術(shù)領(lǐng)域。鎖相環(huán)主要由相位比較器（pc）、壓控振蕩器（vco）低通濾波器三部分組成，如圖3.5.1(a)中的圖1 所示。壓控振蕩器的輸出uo 接至相位比較器的一個(gè)輸入端，其輸出頻率的高低由低通濾波器上建立起來(lái)的平均電壓ud 的大小來(lái)決定。施加于相位比較器另一個(gè)輸入端的外部輸入

19、信號(hào)ui 與來(lái)自壓控振蕩器的輸出信號(hào)uo 相比較，比較結(jié)果產(chǎn)生的誤差輸出電壓u正比于ui 和uo 兩個(gè)信號(hào)的相位差，經(jīng)過(guò)低通濾波器濾除高頻分量后，得到一個(gè)平均值電壓ud。這個(gè)平均值電壓ud 朝著減小vco 輸出頻率和輸入頻率之差的方向變化，直至vco 輸出信號(hào)頻率和輸入信號(hào)頻率獲得一致時(shí)，這兩個(gè)信號(hào)的頻率相同，兩相位差保持恒定（即同步）稱作相位鎖定。圖3.5.1 （a） 鎖相環(huán)電路及cd4046的引腳圖當(dāng)鎖相環(huán)入鎖時(shí)，它還具有“ 捕捉”信號(hào)的能力，vco 可在某一范圍內(nèi)自動(dòng)跟蹤輸入信號(hào)的變化，如果輸入信號(hào)頻率在鎖相環(huán)的捕捉范圍內(nèi)發(fā)生變化，鎖相環(huán)能捕捉到輸人信號(hào)頻率，并強(qiáng)迫vco 鎖定在這個(gè)頻率

20、上。鎖相環(huán)應(yīng)用非常靈活，如果輸入信號(hào)頻率f1 不等于vco 輸出信號(hào)頻率f2，而要求兩者保持一定的關(guān)系，例如比例關(guān)系或差值關(guān)系，則可以在外部加入一個(gè)運(yùn)算器，以滿足不同工作的需要。過(guò)去的鎖相環(huán)多采用分立元件和模擬電路構(gòu)成，現(xiàn)在常使用集成電路的鎖相環(huán)，cd4046 是通用的cmos 鎖相環(huán)集成電路，其特點(diǎn)是電源電壓范圍寬（為3v18v），輸入阻抗高(約100m)，動(dòng)態(tài)功耗小，在中心頻率f0 為10khz下功耗僅為600w，屬微功耗器件。圖3.5.1 (a)中的圖2是cd4046 的引腳排列，采用16 腳雙列直插式 。 cd4046內(nèi)部還有線性放大器和整形電路，可將14 腳輸入的100mv 左右的微

21、弱輸入信號(hào)變成方波或脈沖信號(hào)送至兩相位比較器。源跟蹤器是增益為1 的放大器，vco 的輸出電壓經(jīng)源跟蹤器至10 腳作為fm 解調(diào)用。齊納二極管可單獨(dú)使用，其穩(wěn)壓值為5v，若與ttl 電路匹配時(shí)，可用作輔助電源。綜上所述，cd4046的工作原理如下：輸入信號(hào)ui 從14 腳輸入后，經(jīng)放大器a1進(jìn)行放大、整形后加到相位比較器、的輸入端，當(dāng)開(kāi)關(guān)k 撥至2 腳，則比較器將從3 腳輸入的比較信號(hào)uo 與輸入信號(hào)ui 作相位比較，從相位比較器輸出的誤差電壓u則反映出兩者的相位差。u經(jīng)r3、r4 及c2 濾波后得到一控制電壓ud 加至壓控振蕩器vco的輸入端9 腳，調(diào)整vco 的振蕩頻率f2，使f2 迅速逼

22、近信號(hào)頻率f1。vco 的輸出又經(jīng)除法器再進(jìn)入相位比較器，繼續(xù)與ui 進(jìn)行相位比較，最后使得f2f1，兩者的相位差為一定值，實(shí)現(xiàn)了相位鎖定。圖3.5.1(b)是用cd4046 與 bcd 加法計(jì)數(shù)器cd4518 構(gòu)成的100 倍頻電路。剛開(kāi)機(jī)時(shí)，f2 可能不等于f1，假定f2f1，此時(shí)相位比較器輸u為高電平，經(jīng)濾波后ud 逐漸升高使vco 輸出頻率f2 迅速上升，f2 增大值至f2=f1，如果此時(shí)ui滯后u0，則相位比較器輸出u為低電平。u經(jīng)濾波后得到的ud 信號(hào)開(kāi)始下降，這就迫使vco 對(duì)f2 進(jìn)行微調(diào)，最后達(dá)到f2/n=f1，并且f2 與f1 的相位差=0，進(jìn)入鎖定狀態(tài)。如果此后f1 又發(fā)

23、生變化，鎖相環(huán)能再次捕獲f1，使f2與f1 相位鎖定。由于電路設(shè)計(jì)中要求用100hz的脈沖信號(hào)產(chǎn)生10khz的脈沖信號(hào)，因此，我們想到了用鎖相環(huán)cd4046和兩個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls160構(gòu)成頻率變化100倍的變頻電路。圖3.5.1（b） 倍頻電路芯片cd4046的引腳圖如圖3.5.1(c)所示： 圖3.5.1(c)芯片cd4518的引腳圖如圖3.5.1(d)所示： 圖3.5.1（d）3.5.2元器件的選擇及參數(shù)確定選用 cd4046 cd4518 電容 0.01uf 2.2uf 電阻 68k 100k 1m3.6 單元電路f(控制電路)3.6.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理圖3.6.1（a） 控制電路

24、 工作原理:控制電路是由模擬開(kāi)關(guān)cd4051、觸發(fā)器74ls112及譯碼器74ls139和非門(mén)構(gòu)成。上圖是由觸發(fā)器74ls112構(gòu)成的電路來(lái)產(chǎn)生脈沖從而作為模擬開(kāi)關(guān)的控制端，以使三種波形進(jìn)行切換。由于cd4046和cd4518不能仿真，所以在仿真圖里沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)。下面來(lái)分別介紹這幾種器件的工作原理。1、模擬開(kāi)關(guān)cd4051cd4051是單8道數(shù)字控制模擬電子開(kāi)關(guān)，有三個(gè)二進(jìn)制控制輸入端abc和inh輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流，幅值為4.520v的數(shù)字信號(hào)可控制峰值至20v的模擬信號(hào)。例如，若vdd=+5v，vss=0，vee=-13.5v，則0 5v的數(shù)字信號(hào)可控制-13.54.5

25、v的模擬信號(hào)，這些開(kāi)關(guān)電路在整個(gè)vdd vss和vdd vee。電源范圍內(nèi)具有極性的靜態(tài)功耗，與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無(wú)關(guān)。當(dāng)輸入端=1時(shí)，所有的通道截止。三位二進(jìn)制信號(hào)選通8通道中的一通道，可連接該輸入端至輸出，其中vee可以接負(fù)電壓，因?yàn)榭梢越拥?。?dāng)輸入電壓有負(fù)值時(shí)，vee必須接負(fù)電壓，其他時(shí)候可以接地。這些開(kāi)關(guān)電路在整個(gè)vdd-vss和vdd-vee電源范圍內(nèi)具有極低的靜態(tài)功能，與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無(wú)關(guān)。當(dāng)inh輸入端=“1”時(shí)，所有的通道截止。三位二進(jìn)制信號(hào)選通8通道中的一通道，可連接該輸入端至輸出。cd4051的引腳圖如圖3.6.1(b)所示：圖3.6.1(b)cd4051引腳功能說(shuō)明:

26、1 2 4 5 12 13 14 15in/out輸入/輸出端9 10 11a b c地址端3out/in公共輸出/輸入端6inh禁止端7vee負(fù)電壓端8vss數(shù)字信號(hào)接地端16vdd電源+2 、74ls112型雙jk觸發(fā)器 74ls112型雙jk觸發(fā)器芯片引腳圖管腳圖如圖3.6.1(c) 所示:圖3.6.1(c)74ls112功能表為：inputsoutputs-pre-clrclkjkq-qlhxxxhlhlxxxlhllxxxhhhhllqo-qohhhlhlhhlhlhhhhhtogglehhhhxqo-q03、譯碼器74ls13974ls139 為兩個(gè)2線4 線譯碼器，共有 54/7

27、4s139和 54/74ls139 兩種線路結(jié)構(gòu)型式，當(dāng)選通端（g1）為高電平，可將地址端（a、b）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。 若將選通端（g1）作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，139 還可作數(shù)據(jù)分配器。74ls139的引腳如圖3.6.1(d)所示: 圖3.6.1(d) a、b ： 譯碼地址輸入端 g1、g2 ： 選通端（低電平有效） y0y3 ： 譯碼輸出端（低電平有效）芯片功能:輸入輸出gbay0y1y2y3hxxhhhhllllhhhllhhlhhlhlhhlhlhhhhhl3.6.2電路仿真該仿真波形是由觸發(fā)器74ls112構(gòu)成的四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)波形如圖3.6.2所示

28、。圖3.6.2 74ls112構(gòu)成的四進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的脈沖信號(hào)波形 3.6.3元器件的選擇及參數(shù)確定 選用 74ls112 74ls139 cd4051 74ls04電阻 300 、 5k 四、系統(tǒng)仿真圖中由正弦波產(chǎn)生了同頻率的方波，如圖中中間的波形所示，每個(gè)正弦波對(duì)應(yīng)一個(gè)方波，最后一個(gè)波形為100hz的方波，即十個(gè)1khz的方波與一個(gè)100khz的方波幅值相同。由于cd4046和cd4518不能仿真，所以在仿真圖里沒(méi)有體現(xiàn)出來(lái)。圖4.1 系統(tǒng)仿真圖五、電路安裝、調(diào)試與測(cè)試 5.1電路安裝 1、器件導(dǎo)線布置應(yīng)緊湊合理。2、加熱時(shí)應(yīng)盡量使烙鐵頭接觸印制板上銅箔和元器件引線。3、對(duì)接的元件接線

29、最好先絞和后再上錫。4、烙鐵在焊接處停留的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。5、烙鐵離開(kāi)焊接處后，被焊接的零件不能立即移動(dòng)，否則因焊錫尚未凝固而使零件容易脫焊。6.引線直接穿過(guò)通孔，焊接時(shí)使適量的熔化焊錫在焊盤(pán)上方均勻地包圍沾錫的引線，形成一個(gè)圓錐體模樣，待其冷卻凝固后，把多余部分的引線剪去。7.電烙鐵通電后溫度高達(dá)250攝氏度以上，不用時(shí)應(yīng)放在烙鐵架上，但較長(zhǎng)時(shí)間不用時(shí)應(yīng)切斷電源，防止高溫“燒死”烙鐵頭（被氧化）。要防止電烙鐵燙壞其他元器件，尤其是電源線，若其絕緣層被烙鐵燒壞而不注意便容易引發(fā)安全事故。8.不要把電烙鐵猛力敲打，以免震斷電烙鐵內(nèi)部電熱絲或引線而產(chǎn)生故障。9.焊接時(shí)不要用烙鐵頭摩擦焊盤(pán)，要靠表面清

30、理和預(yù)焊來(lái)增強(qiáng)焊料潤(rùn)濕性能。耐熱性差的元器件應(yīng)使用工具輔助散熱，如鑷子。按照原理圖，先焊接文氏振蕩電路產(chǎn)生1khz正弦波，然后調(diào)試，完成后焊接過(guò)零比較器整形電路，產(chǎn)生1khz矩形波，調(diào)試完成后焊接74ls161計(jì)數(shù)器降頻電路，產(chǎn)生100hz矩形波，再調(diào)試，一步一步，連線較少，易排查錯(cuò)誤。再安裝由hef4046bp和hef4518bp組成的鎖相環(huán)升頻電路，產(chǎn)生10khz矩形波。控制電路利用74ls112、cd4051、74ls139控制信號(hào)燈，三種控制信號(hào)可以通過(guò)一個(gè)按鍵控制。5.2電路調(diào)試每做一個(gè)單元電路，調(diào)試一次，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤查線，查器件參數(shù)，要堅(jiān)持邊焊接邊排查，總電路出來(lái)后，再調(diào)試控制電路是否

31、出現(xiàn)錯(cuò)誤。5.3 系統(tǒng)功能及性能測(cè)試經(jīng)調(diào)試，調(diào)試，測(cè)試焊接的電路板完全實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求，性能穩(wěn)定。5.3.1測(cè)試方法設(shè)計(jì)在cd4051的y輸出端連接一根出線接示波器，再在每個(gè)脈沖信號(hào)發(fā)生單元電路輸出端引出一條線，如果單元電路輸出正常，而控制電路輸出顯示不正常，則排查控制電路接線。5.3.2測(cè)試結(jié)果及分析測(cè)試結(jié)果正常，控制電路是一個(gè)開(kāi)關(guān)電路，用cd4051完成功能，輸出有點(diǎn)失真，但在要求不高不精密的電路中可以完成設(shè)計(jì)要求。六、結(jié)論通過(guò)文氏振蕩電路產(chǎn)生滿足要求的1khz正弦波，再通過(guò)過(guò)零比較器將1khz正弦波轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的1khz矩形波，1khz矩形波經(jīng)過(guò)74ls161構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器降頻可以產(chǎn)生1

32、00hz的矩形波，100hz的矩形波再由hef4046bp和hef4518bp組成的鎖相環(huán)升頻電路變成10khz矩形波?？刂齐娐防?4ls112,74ls139和cd4051控制三種不同的信號(hào)，并且有發(fā)光二極管進(jìn)行指示。電路完成之后用了multisim軟件進(jìn)行了仿真，結(jié)果符合理論要求。七、參考文獻(xiàn)1、康華光 電子技術(shù)基礎(chǔ)（模擬部分） 高等教育出版社2、童詩(shī)白 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社3、畢滿清 電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)（第三版） 北京機(jī)械工業(yè)出版社4、高吉祥 電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)（第二版） 電子工業(yè)出版社5、崔瑞雪 電子技術(shù)動(dòng)手實(shí)踐 北京航空航天大學(xué)出版社 6、陳守林 電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)與制作 科學(xué)出版社八、總結(jié)、體會(huì)和建議數(shù)電課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，發(fā)現(xiàn)、提出、分析和解決實(shí)際問(wèn)題，鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程?；仡櫞舜蔚恼n程設(shè)計(jì)，我感慨頗多，從最初的總體方案選擇，方案最優(yōu)化，電路仿真，購(gòu)買(mǎi)器件，電路焊接與調(diào)試，到最后說(shuō)明書(shū)的書(shū)寫(xiě)，共經(jīng)歷了從理論到實(shí)際操作的六大過(guò)程。在短短的三個(gè)星期里，可以說(shuō)是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，通過(guò)這次的數(shù)電課程設(shè)計(jì)也使我懂得了理論與實(shí)際結(jié)合的重要性。第一次做數(shù)電課程設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我們遇到了很多的問(wèn)題，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，即對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，