數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)信號(hào)產(chǎn)生與變換電路的設(shè)計(jì)摘要：在工程技術(shù)研究中，經(jīng)常需要對(duì)各種各樣的電子信號(hào)進(jìn)行變換和測(cè)量，因而如何根據(jù)被測(cè)量電子信號(hào)的不同特征和測(cè)量要求，靈活、快速的選用不同特征的信號(hào)源是值得深入研究的課題。信號(hào)源主要給被測(cè)電路提供所需要的已知信號(hào)(各種波形)，然后用其它儀表測(cè)量感興趣的參數(shù)?？梢娦盘?hào)源在各種實(shí)驗(yàn)應(yīng)用和實(shí)驗(yàn)測(cè)試處理中，它不是測(cè)量?jī)x器，而是根據(jù)使用者的要求，作為激勵(lì)源，仿真各種測(cè)試信號(hào)，提供給被測(cè)電路，以滿足測(cè)量或各種實(shí)際需要。信號(hào)產(chǎn)生與變換電路，能夠給被測(cè)電路提供所需要的波形。本設(shè)計(jì)采用以555定時(shí)器為主的數(shù)字電路作為信號(hào)的產(chǎn)生源。由分立元件和模擬集成電路構(gòu)成積分、濾波電路。

2、在選用電阻的過程中，使用可調(diào)電阻，可改變信號(hào)產(chǎn)生于變換電路的系統(tǒng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路波形的調(diào)節(jié)，具有靈活的功能，提高了設(shè)計(jì)的應(yīng)用價(jià)值。關(guān)鍵字 信號(hào)產(chǎn)生 信號(hào)變換1、設(shè)計(jì)思路與整體框圖 在本信號(hào)產(chǎn)生與變換電路中，要求使用555定時(shí)器和LM324產(chǎn)生四種波形，其中，方波、三角波、正弦基波，如圖1所示。并要求能輸出正弦三次諧波。且幅值大于等于500mv。圖1 設(shè)計(jì)電路中的波形根據(jù)題目要求，本次設(shè)計(jì)的基本完成思路是，首先由555定時(shí)器組成多諧振蕩器產(chǎn)生方波，然后由LM324組成有源積分電路將方波轉(zhuǎn)化為三角波，最后用二階有源帶通濾波電路將方波轉(zhuǎn)化為正弦波，最后，將方波引入另一個(gè)由LM324組成的二階有源帶通

3、濾波電路中，得到三次諧波。如圖2，為整體設(shè)計(jì)思路。圖2 信號(hào)產(chǎn)生與變換電路的整體設(shè)計(jì)思路在電路的搭建與其間的選擇上，將遵循以上設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行設(shè)計(jì)。2、 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 方波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算方波產(chǎn)生電路的核心部分是，由555定時(shí)器組成的多諧振蕩電路如圖3所示。由于電路中的二極管、的單向?qū)щ娦裕闺娙莸某浞烹娀芈贩珠_，調(diào)節(jié)電位器的值，就可調(diào)節(jié)多諧振蕩器的占空比。通過和的一部分記為、向電容充電，充電時(shí)間為 （2.1.1）電容器通過、和的一部分記為以及555中的三極管放電，放電時(shí)間為 （2.1.2）因而，振蕩頻率為 （2.1.3）電路輸出波形的占空比為 （2.1.4）圖3 555定時(shí)器組成的多

4、諧振蕩電路 為滿足方波輸出需求，需將占空比調(diào)至50%，取振蕩頻率為2KHz，帶入式（2.1.12.1.4）中，可以得出，=S，取=35k，。為使占空比可調(diào)，選用兩個(gè)10k的電阻與一個(gè)50k的可調(diào)電阻串聯(lián)。即可實(shí)現(xiàn)占空比可調(diào)，振蕩頻率為2KHz。2.2 三角波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算對(duì)方波進(jìn)行有源積分即可實(shí)現(xiàn)輸出三角波。有源積分電路的電路圖如圖4所示，積分電路的工作原理如下：由于集成運(yùn)放的反相輸入端“虛地”與“虛斷”，運(yùn)放反相輸入端的電流為零，則，故,可得積分電路輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系。該積分電路符合慣性環(huán)節(jié)的特征，令與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)的等效電阻為。故可以得出傳遞函數(shù)為： （2.2.1）其中， （2

5、.2.2） （2.2.3）圖4 三角波發(fā)生電路 由于可調(diào)，故可以改變放大倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)三角波的幅值可調(diào)。其中，時(shí)間常數(shù)T由積分電路輸入信號(hào)的周期決定。由于在積分的過程中，電壓上升段與電壓下降段的斜率是一樣的，故可以輸出三角波，而且幅值可調(diào)。2.3 基波正弦波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算三角波作為正弦波產(chǎn)生電路的輸入信號(hào)。將輸入的三角波信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，通過一個(gè)二階有源帶通濾波電路，如圖5所示，將三角波轉(zhuǎn)化為基波正弦波。其中與組成低通網(wǎng)絡(luò)，與組成高通網(wǎng)絡(luò)，兩者串聯(lián)就組成了帶通濾波電路，另一部分為同相比例放大電路。圖5 基波正弦波產(chǎn)生電路為了計(jì)算的簡(jiǎn)便，設(shè)，則由KCL方程可以算出帶通濾波的傳遞函數(shù)為 （2.

6、3.1）式中為同向比例放大電路的電壓增益，同樣要求,電路才能穩(wěn)定工作。令 （2.3.2）則 （2.3.3）其中，既是特征角頻率，也是帶通濾波電路的中心角頻率。令帶入式（2.3.3），則有 （2.3.4）表明當(dāng)時(shí)，圖5所示的電路具有最大的電壓增益。則由三角波周期、頻率可以計(jì)算出所選電路各元器件的值。2.4 三次正弦波產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)與計(jì)算將方波作為輸入信號(hào)。利用二階有源帶通濾波電路產(chǎn)生三次正弦諧波。電路圖如圖6所示。圖6 三次正弦諧波產(chǎn)生電路其工作原理與圖5基波正弦波產(chǎn)生電路相識(shí)，只需要更改中心角頻率與截止頻率即可計(jì)算出三次正弦諧波產(chǎn)生電路的各元器件的大小。3、 電路仿真結(jié)果分析1、 方波發(fā)生電路

7、的multisim仿真結(jié)果： 當(dāng)圖3中555定時(shí)器組成的多諧振蕩電路的滑動(dòng)變阻器調(diào)至中間位置時(shí)，所得仿真波形如圖7所示，圖7 方波發(fā)生電路的multisim仿真結(jié)果1 當(dāng)圖3中555定時(shí)器組成的多諧振蕩電路的滑動(dòng)變阻器調(diào)至其他位置時(shí)，所得仿真波形如圖8所示，圖7 方波發(fā)生電路的multisim仿真結(jié)果22、 三角波發(fā)生電路的multisim仿真結(jié)果：圖8 三角波發(fā)生電路的multisim仿真結(jié)果1圖9 三角波發(fā)生電路的multisim仿真結(jié)果23、 基波正弦波產(chǎn)生電路的multisim仿真結(jié)果：圖10 基波正弦波產(chǎn)生電路的multisim仿真結(jié)果4、 三次正弦諧波產(chǎn)生電路的multisim仿真結(jié)果：圖11 三次正弦諧波產(chǎn)生電路的multisim仿真結(jié)果以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果均達(dá)到預(yù)期要求。其中，方波發(fā)生電路可以輸出不同占空比的方波，三角波發(fā)生電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)幅值的調(diào)節(jié)，基波正弦波產(chǎn)生電路與三次正弦諧波產(chǎn)生電路均符合要求的幅值與頻率。仿真結(jié)果正