函數(shù)信號發(fā)生器

1、目錄一、課題名稱3二、技術(shù)要求3三、內(nèi)容摘要3四、總體設(shè)計方案論證及選擇4五、信號發(fā)生器原理框圖、總體電路原理圖及說明61、原理框圖62、波形產(chǎn)生總體電路原理圖7六、單元電路設(shè)計、主要元器件選擇與電路參數(shù)計算71.正弦波產(chǎn)生電路72.矩形波產(chǎn)生電路93.鋸齒波產(chǎn)生電路124.控制電路135幅值控制電路15七、 電壓數(shù)字顯示器部分設(shè)計161電壓顯示器的工作原理與分析162 電路各部分的功能173 電路工作過程174 主要元器件185 電壓顯示器總原理圖20八、頻率數(shù)字顯示器部分的設(shè)計211 頻率顯示器原理212總體電路結(jié)構(gòu)原理213單元電路設(shè)計與分析22九、收獲與體會及存在的問題27十、參考文獻(xiàn)

2、28十一、附件28一、課題名稱函數(shù)信號發(fā)生器二、技術(shù)要求（1）能產(chǎn)生正弦波、矩形波（占空比可調(diào)）和鋸齒波等多種波形；（2）輸出信號的工作頻率范圍10Hz10kHz，連續(xù)可調(diào)；（3）輸出信號波形幅值010V，且連續(xù)可調(diào)；（4）輸出信號頻率數(shù)字顯示；（5）輸出信號幅度數(shù)字顯示三、 內(nèi)容摘要 函數(shù)發(fā)生器一般是指能自動產(chǎn)生正弦波、三角波、方波及鋸齒波、階梯波等電壓波形的電路或儀器。為進(jìn)一步掌握電路的基本理論及各種元器件的功能，本課題首先用RC振蕩電路產(chǎn)生正弦波、再通過由555定時器組成的多諧振蕩產(chǎn)生矩形波，最后利用三角波產(chǎn)生電路使積分電容充電和放電時間常數(shù)不同，而且相差懸殊，在積分電路的輸出端得到鋸齒

3、波信號。對于顯示部分，頻率數(shù)字顯示主要由555定時器構(gòu)成的放大整形電路，時基電路和控制電路構(gòu)成，最終由十六進(jìn)制加法器74LS160，鎖存器74LS373，譯碼器7447使數(shù)碼管顯示頻率；電壓的數(shù)字顯示主要由芯片MC14433,MC1413,MC4511和MC1403構(gòu)成。四、總體設(shè)計方案論證及選擇方案一：用單片集成芯片IC8038實現(xiàn)，此方案要求幅度和頻率都可調(diào)，可由數(shù)字電位器加程控放大器實現(xiàn)。它是一種多用途的波形發(fā)生器，可以用來產(chǎn)生正弦波，方波，三角波和鋸齒波，其震蕩頻率可以通過外加電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，又稱壓控集成信號產(chǎn)生器。利用8038芯片的優(yōu)點是十分明顯如下集成度比較高，輸出穩(wěn)定，構(gòu)成的電路簡

4、單，所用的元件少，經(jīng)濟(jì)實惠。函數(shù)波形的頻率受內(nèi)部或外電壓控制，可被應(yīng)用于壓控振蕩和FSK調(diào)制器。方案二：此方案可先產(chǎn)生正弦波，然后通過整形電路將正弦波變成方波，再由積分電路將方波變成三角波；由文氏電橋產(chǎn)生正弦振蕩，然后通過比較器得到方波，方波積分可得三角波。文 氏電 橋正弦波比較器積分器方波三角波這一方案為一開環(huán)電路，結(jié)構(gòu)簡單，產(chǎn)生的正弦波和方波的波形失真較小。但是對于三角波的產(chǎn)生則有一定的麻煩，因為題目要求有10倍的頻率覆蓋系數(shù)，然而對于積分器的輸入輸出關(guān)系為：顯然對于10倍的頻率變化會有積分時間dt的10倍變化從而導(dǎo)致輸出電壓振幅的10倍變化。而這是電路所不希望的。幅度穩(wěn)定性難以達(dá)到要求。

5、而且通過仿真實驗會發(fā)現(xiàn)積分器極易產(chǎn)生失調(diào)。方案三： 用單片機和A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)，編寫相應(yīng)的程序即可實現(xiàn)。如采用一片AT89S51單片機和DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成的智能數(shù)字式低頻信號發(fā)生器。按用戶的需要，選擇運行不同的程序，將會得到不同的波形信號。再在 DAC0832 輸出端加上一些電壓變換電路以及放大整形電路，就完成了一個頻率可調(diào)的多功能信號發(fā)生器的設(shè)計。方案四：由正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波，矩形波發(fā)生器產(chǎn)生矩形波，鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生鋸齒波，三種波形經(jīng)過控制電路，最后經(jīng)過運放電路形成幅值可調(diào)的函數(shù)信號。控制電路正弦波正弦波產(chǎn)生電路占空比可調(diào)矩形波幅值控制電路函數(shù)信號幅值可調(diào)波形 鋸齒波鋸齒波產(chǎn)生

6、電路矩形波產(chǎn)生電路經(jīng)過綜合考慮，我們選擇方案四，理由如下：方案一利用了利用ICL8038芯片，雖然是個很好的選擇，但是我們打算更貼近課本的內(nèi)容。方案二顯然對于10倍的頻率變化會有積分時間dt的10倍變化從而導(dǎo)致輸出電壓振幅的10倍變化，幅度穩(wěn)定性難以達(dá)到要求。而且積分器極易產(chǎn)生失調(diào)。方案三是從課外資料中找到的，與所學(xué)得運算放大電路結(jié)合得不是很緊密。方案四既利用了課本所學(xué)的運算放大電路，也可分別調(diào)整各個波形的幅值和信號，過程較上兩種方案簡潔，且可得到所需的結(jié)果。雖然這樣選擇過于追求與課本精講知識的聯(lián)系，忽略了ICL8038等芯片的利用，增加了數(shù)字顯示功能設(shè)計的難度，但是對于掌握和運用在模擬電子技

7、術(shù)”、數(shù)字電子技術(shù)等課程中所學(xué)的理論知識和實驗技能，基本掌握常用電子電路的一般設(shè)計方法，提高設(shè)計能力和實驗技能卻有很大的幫助。五、信號發(fā)生器原理框圖、總體電路原理圖及說明1、原理框圖正弦波正弦波產(chǎn)生電路控制電路矩形波產(chǎn)生電路 幅值可調(diào)波形占空比可調(diào)矩形波函數(shù)信號幅值控制電路鋸齒波鋸齒波產(chǎn)生電路2、波形產(chǎn)生總電路圖六、函數(shù)信號發(fā)生器各部分原理單元電路設(shè)計原理1.正弦波產(chǎn)生電路 1）RC振蕩器的設(shè)計自激振蕩原理： 在放大電路中，輸入接有信號源后，輸出端才有信號輸出。但在振蕩電路中，它的輸入端不外接信號，而輸出端仍有一定頻率和幅值的信號輸出，這是現(xiàn)象就是電子電路的自激振蕩。無論在放大電路還是在振蕩電

8、路中，自激振蕩的本質(zhì)是相同的。即振蕩時電路中的反饋一定是正反饋，并且反饋環(huán)路增益必須滿足一定的條件。RC振蕩器的設(shè)計，就是根據(jù)所給出的指標(biāo)要求，選擇電路的結(jié)構(gòu)形式，計算和確定電路中各元件的參數(shù)，使它們在所要求的頻率范圍內(nèi)滿足振蕩的條件，使電路產(chǎn)生滿足指標(biāo)要求的正弦波形。正弦波振蕩電路主要有三個部分組成：1放大電路。利用運算放大器，使其有放大倍數(shù)，以滿足自激振蕩的條件。2反饋電路。把放大電路的輸出信號正反饋到輸入端，作為放大電路的輸入信號，并滿足自激振蕩的條件。3 選頻環(huán)節(jié)。使振蕩電路只能讓某一特定頻率的信號滿足自激振蕩的條件，以保證振電路輸出正弦波信號。4 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。為了不讓輸出的正弦波信號無

9、限增長而逐漸趨近于穩(wěn)定，電路中還必須要有穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。RC振蕩器的設(shè)計，可按以下幾個步驟進(jìn)行：1根據(jù)已知的指標(biāo)，選擇電 路形式。 2計算和確定電路中的元件 參數(shù)。 3選擇運算放大器。 4調(diào)試電路，使該電路滿足指標(biāo)要求。 圖6.12）正弦波發(fā)生器的設(shè)計圖6.2 Ra3 和Ra4為同軸電位器3）電路分析、主要元器件選擇及參數(shù)計算運算放大器選擇： U1：LM318.為雙電源，且電壓范圍-2020V 最大通過電流為10mA。 由分析可知，在產(chǎn)生自激振蕩，= 。因為 u-=ui，=,所以，u0=（1+）ui。即 為了滿足自激振蕩的起振條件，則要求放大電路的電壓放大倍數(shù)>3。如果正好是3，就會使工作不穩(wěn)

10、定，因為Au稍有下降，立即停振。所以要去放大倍數(shù)稍大于3。=1+>3,所以 RF1>2RE1取RE1=15k，則RF1取 31k即可。RF2取15k穩(wěn)定時流過二極管的最大電流I=Uo1max/（RF1+RE1）=0.24ADa1 與 Da2 選取 IN4001二極管，經(jīng)計算并查閱最高反向峰值電壓(50v) 平均整流電流(1.0 A) 符合此電路要求 。令Ca1=Ca2=C=0.1uF, 總電阻=Ra1+Ra3fmin=10Hzfmax=10KHz得 R=159k，Ra1=159.所以 Ra3=158.8 k2.矩形波產(chǎn)生電路1） 555定時器組成框圖及工作機理管腳圖引腳名稱功能1G

11、ND（地）接地，作為低電平（0V）2TRIG（觸發(fā)）當(dāng)此引腳電壓降至1/3 VCC（或由控制端決定的閾值電壓）時輸出端給出高電平。3OUT（輸出）輸出高電平（+VCC）或低電平。4RST（復(fù)位）當(dāng)此引腳接高電平時定時器工作，當(dāng)此引腳接地時芯片復(fù)位，輸出低電平。5CTRL（控制）控制芯片的閾值電壓。（當(dāng)此管腳接空時默認(rèn)兩閾值電壓為1/3 VCC與2/3 VCC）.6THR（閾值）當(dāng)此引腳電壓升至2/3 VCC（或由控制端決定的閾值電壓）時輸出端給出低電平。7DIS（放電）內(nèi)接OC門，用于給電容放電。8V+, VCC（供電）提供高電平并給芯片供電。

12、 圖6.3 R1、R2、C是外接元件電源VCC經(jīng)電阻R1、R2對電容C進(jìn)行充電，vC開始上升，直至VCC時，比較器C1的輸出為0，將觸發(fā)器復(fù)位成0，即vO為0。由于這時晶體管T因 =1而導(dǎo)通，故電容C通過R2和T放電，于是vC開始下降。直至到 VCC時，比較器C2的輸出為0，將觸發(fā)器置1，即vO由0再次上跳為1。晶體管T因 =0而截止，此后VCC又經(jīng)R1和R2對電容C充電，重復(fù)上述過程?？梢?，無論輸出端vO為1還是為0，都是暫穩(wěn)狀態(tài)，輸出電壓vO為連續(xù)的方波信號。電容C從VCC充電到VCC過程中形成的暫穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tP1為tP1（R1+R2）Cln2 = 0.7（

13、R1+R2）C 電容C從VCC放電到VCC過程中形成的暫穩(wěn)態(tài)脈沖寬度tP2為：tP2R2Cln2 = 0.7R2C所以，振蕩周期為：T=tP1+tP20.7（R1+2R2）C振蕩頻率為：f= 輸出波形的占空比： 2）矩形波發(fā)生器的設(shè)計圖6.4上圖是占空比可調(diào)的多諧振蕩器。圖中電位器Rbp用于調(diào)節(jié)充放電時間常數(shù)，Db1和Db2兩只二極管起到隔離電容Cb的充電、放電路的作用。充電回路（ UccDb1Cb地）的時間常數(shù)放電回路（CbDb2地）的時間常數(shù)方波的占空比 可調(diào),若需使其頻率可調(diào)，只需把C改成可變電容.3）電路元件的選擇及參數(shù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)NE555（CMOS型）定時器一只。電

14、源電壓2-18V，允許輸出電流1-20mA。流過Db1與Db2的電流最大為12 /Rb1=6mA.所以選擇2個IN4001二極管。Cb可變電容器一只，在這選擇 電容最大為10uF的電容fmin=10Hzfmax=10KHz得Cb=10000pF10uF，選 CBB聚丙烯可變電容器。R總=14.4k 。設(shè) Rbp=10 k，選Rb1=2 k，則Rb2=2.4k。占空比 。所以 D在 13.9%-83.3%之間可調(diào)。Uo2比Ucc低1-3V，設(shè)低2V,則 設(shè)Ucc=15V，則輸出幅值為U02= Ucc-2=13V。3.鋸齒波產(chǎn)生電路如果在三角波產(chǎn)生電路中，使積分電容充電和放電時間常數(shù)不同，而且相差

15、懸殊，則在積分電路的輸出端即可得到鋸齒波信號1) 三角波發(fā)生器的原理圖6.5工作原理：圖中，集成運放A1同相輸入端的電壓由uo和u01共同決定，根據(jù)疊加原理 u+=u01+u0當(dāng)uo>0時，u01=+uz；當(dāng)u+<0時，u01= - uz；即遲滯比較器的翻轉(zhuǎn)發(fā)生在u+=0的時刻，此時比較器的輸入電壓，即積分器的輸出電壓u0應(yīng)是u0=+ Uz，也就是比較器的上下門限電壓。經(jīng)計算，T= 。2）鋸齒波發(fā)生器設(shè)計圖6.6用二極管D3、D4和電位器Rw代替三角波發(fā)生電路中的積分電阻R，使積分電容C充放電回路分開。調(diào)節(jié)電位器Rw滑動端的位置，使Rw<<Rw，即電容充電時間常數(shù)比放電

16、時間小得多，也就是充電很快，放電很慢。此時積分電路輸出電壓uo波形如圖. 3）元件的選擇與參數(shù)計算兩個運放都采用LM318，參數(shù)上文已經(jīng)介紹過。Rw為可變電位器，則電路T可以根據(jù)Rw的變化而變化，充電時間T1=，放電時間T2=。所以,T=T1+T2=又f=10Hz10KHz ，所以 T=1/10 1/10000 s D1、D2 選擇穩(wěn)壓二極管 2CW76 參數(shù)為12V 、20mA， Uz=12VUom=R6/R5*Uz 所以 設(shè) Uom=10V, 則R6/R5=5/6 ，選擇R6=5kR5=6k取C=1uF，fmin=10Hz，Rwmax=6Mfmax=10KHz，所以Rwmin=6k選擇電位

17、器Rw變化范圍在6k 6M之間差動放大器原理 要令 Rp2=Rw=6M，R01=1k,Rp1=6M通過D3 D4的最大電流為i=uc01/Rwmin=10/6000=1.67mA。均選用IN4001二極管，經(jīng)計算并查閱最高反向峰值電壓(50v) 平均整流電流(1.0 A) 符合此電路要求 。4.控制電路分壓電路1調(diào)節(jié)范圍分壓電路如圖（15.3）所示?；顒佑|頭C從A移到B，U就從零變到U0。調(diào)節(jié)范圍和變阻器阻值無關(guān)。Umin0，UmaxU0。圖6.72分壓特性曲線負(fù)載RL兩端的電壓U為：(5)與前面討論制流電路一樣，引進(jìn)參數(shù)x k，可得：  (6）（1）若要使電壓U在0到U0（Umax

18、）整個范圍內(nèi)均勻變化，則取k1比較合適，因此要求選用的變阻器R0小于負(fù)載電阻RL。（2）對作分壓器用的變阻器的額定電流，應(yīng)以總電流的最大值來考慮。 3. 細(xì)調(diào)程度 主控 細(xì)調(diào)K B R0 C R0 RL AE 圖6.8因為，所以可分三種情況考慮：（1）RLR0時，U，U，R1即U的最小改變量為： （7）當(dāng)U0、R0、R0都是一定的數(shù)值時，（U ）min也是定值，也就是說，元件選定之后，在整個調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)精細(xì)程度處處都是一樣的（如圖（1.7）中k10）。（2）RLR0，由式（5）得：U（），U     即 （U）min（8）比較式（4）與式（

19、8），可看出兩者完全相同，說明RLR0時，分壓接法和制流接法的細(xì)調(diào)程度都一樣的不好。（3）RL和R0在相同的數(shù)量級時，計算公式比較復(fù)雜，但計算與作圖結(jié)果表明：只要RL2R0，其結(jié)果和RLR0相差不遠(yuǎn)，所以RL2R0可以粗略地歸入RLR0這一類；而當(dāng)RL（）時，其結(jié)果與RLR0也很相近，所以當(dāng)RL（）時，也可以粗略地看作RLR0；如果2R0RL（）R0時，則屬于上述兩者的過渡情況。 細(xì)調(diào) C R0K RLE 主控 c R0圖6.95幅值控制電路 由于保證了前面做出的三個發(fā)生器的幅值都為10V，所以這里用一個帶阻值可調(diào)的電壓跟隨器，即可達(dá)到調(diào)節(jié)幅值的要求圖6.10當(dāng)滑動變阻器滑動頭在最上面點時，輸

20、出uo=uo； 當(dāng)滑動變阻器滑動頭在最下面點時，輸出uo=0；當(dāng)滑動變阻器滑動頭在中間時輸出 uo=Rpb/Rp*uo改變滑動頭的位置，即改變輸出波形的幅值此運放選擇LM318，為雙電源，且電壓范圍-2020V ，最大通過電流為10mA。為保證以上參數(shù)，選擇Rd=Rp=2 k的電阻。七、 電壓數(shù)字顯示器部分設(shè)計1電壓顯示器的工作原理與分析 數(shù)字電壓表是將被測模擬量電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并進(jìn)行實時數(shù)字顯示的測試儀表。采用MC14433-位A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表如圖4-1所示。但由于數(shù)字電壓表測得的是通過信號電壓的平均值，故在輸入MC14433之前加一個采樣保持電路，使得CM14433能夠測出輸

21、入信號的幅值。其中MC1413是七路達(dá)林頓驅(qū)動器陣列，CD4511是七段鎖存-譯碼-驅(qū)動器，MC1403是能隙基準(zhǔn)電源，電路采用LED顯示。下圖是 數(shù)字電壓表組成結(jié)構(gòu)圖。圖7.12 電路各部分的功能 （1）位A/D轉(zhuǎn)換器：將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。（2)基準(zhǔn)電源：提供精密電壓，供A/D轉(zhuǎn)換器作參考電壓。 (3)譯碼器：將二-十進(jìn)制（BCD）碼轉(zhuǎn)換成七段信號。 (4)驅(qū)動器：驅(qū)動顯示器的a、b、c、d、e、f、g七個發(fā)光段，驅(qū)動發(fā)光數(shù)碼管（LED）進(jìn)行顯示。 (5)顯示器：將譯碼輸出的七段信號進(jìn)行數(shù)字顯示，讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。3 電路工作過程位數(shù)字電壓表通過位選信號進(jìn)行動態(tài)掃描顯示，由于M

22、C1433電路的A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是采用BCD碼多路調(diào)制方法輸出，只要配上一塊譯碼器，就可以將轉(zhuǎn)換結(jié)果以數(shù)字方式實現(xiàn)四位數(shù)字的LED發(fā)光數(shù)碼管動態(tài)掃描顯示。輸出多路調(diào)制選通脈沖信號，選通脈沖為高電平，則表示對應(yīng)的數(shù)位被選通，此時該位數(shù)據(jù)在端輸出。每個選通脈沖高電平寬度為18個時鐘脈沖周期，兩個相鄰選通脈沖之間間隔2個時鐘脈沖周期。和的時序關(guān)系是在脈沖結(jié)束后，緊接著是輸出正脈沖。以下依次為、和。其中對應(yīng)最高位（），則對應(yīng)最低位（）。在對應(yīng)、和選通期間，輸出BCD全位數(shù)據(jù)，即以8421碼方式輸出對應(yīng)的數(shù)字09。在選通期間，輸出千位的半位數(shù)0或1及過量程、欠量程和極性標(biāo)志信號。4 主要元器件1） 位A/

23、D轉(zhuǎn)換器MC14433MC14433是一個低功耗位雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。采用24引線雙列直插式封裝，外引線排列如圖4-2所示， 圖7.2 位A/D轉(zhuǎn)換器MC14433外引線排列圖積分電阻電容的選擇應(yīng)根據(jù)實際條件而定，若時鐘頻率為66kHz，一般取0.1F ，的選取與量程有關(guān)，量程為2V時，取470K；量程為200mV時，取27K。2） 七段鎖存-譯碼-驅(qū)動器CD4511CD4511是專用于將二-十進(jìn)制代碼（BCD）轉(zhuǎn)換成七段顯示信號的專用標(biāo)準(zhǔn)譯碼器，輸入為BCD碼，輸出為a、b、c、d、e、f、g七段顯示驅(qū)動電壓信號。其驅(qū)動電流可達(dá)20 mA。CD4511電源電壓范圍為515V。它可與CMOS

24、電路或TTL電路兼容工作。CD4511采用16引線雙列直插式封裝（見圖4-3）。使用CD4511時應(yīng)注意輸出端不允許短路。應(yīng)用時電路輸出端需外接限流電阻。圖7.3 CD4511外引線排列圖3） 七路達(dá)林頓驅(qū)動器陣列MC1413MC1413采用NPN達(dá)林頓復(fù)合晶體管的結(jié)構(gòu)，因此具有很高的電流增益和很高的輸入阻抗，可直接接受MOS或CMOS集成電路的輸出信號，并把電壓信號轉(zhuǎn)換成足夠大的電流信號驅(qū)動各種負(fù)載。該電路內(nèi)含有7個集電極開路反相器（也稱OC門）。MC1413電路結(jié)構(gòu)和引腳如圖4-4所示，它采用16引線的雙列直插式封裝。每一驅(qū)動器輸出端均接有一釋放電感負(fù)載能量的抑制二極管。4） 高精度低漂移

25、能隙基準(zhǔn)電源MC1403MC1403的輸出電壓的溫度系數(shù)為零，即輸出電壓與溫度無關(guān)。MC1403采用8引線雙列直插標(biāo)準(zhǔn)封裝，如圖4-5所示。 圖7.4 MC1413電路結(jié)構(gòu)和引腳排列 圖7.5 MC1403外引腳排列圖 5 電壓顯示器總原理圖圖7.6電壓顯示器總原理圖 八、頻率數(shù)字顯示器部分的設(shè)計1 頻率顯示器原理數(shù)字頻率計的主要功能是測量周期信號的頻率。頻率是單位時間（ 1S ）內(nèi)信號發(fā)生周期變化的次數(shù)。如果我們能在給定的 1S 時間內(nèi)對信號波形計數(shù)，并將計數(shù)結(jié)果顯示出來，就能讀取被測信號的頻率。數(shù)字頻率計首先必須獲得相對穩(wěn)定與準(zhǔn)確的時間，同時將被測信號轉(zhuǎn)換成幅度與波形均能被數(shù)字電路識別的脈

26、沖信號，然后通過計數(shù)器計算這一段時間間隔內(nèi)的脈沖個數(shù)，將其換算后顯示出來。這就是數(shù)字頻率計的基本原理。2總體電路結(jié)構(gòu)原理函數(shù)信號整波電路譯碼器鎖存器計數(shù)器時基電路數(shù)碼管控制電路 電路設(shè)計中要求輸出的頻率能夠進(jìn)行數(shù)字顯示。以正弦信號為例，該電路先使檢測信號通過由555構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（整形電路）將正弦信號轉(zhuǎn)化成同頻率的脈沖信號，將被測信號直接加到主控門的輸入端，再由555構(gòu)成的多諧振蕩器（時基電路）產(chǎn)生閘門信號至主控門，只有在閘門信號采樣期間（時基信號的一個周期），輸入信號才能通過主控門，由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（控制電路）控制計數(shù)器的清零和鎖存器的鎖存。對于頻率為f的周期信號，用一個標(biāo)準(zhǔn)閘

27、門信號（閘門寬度為TG）對被測信號的重復(fù)周期數(shù)進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)計數(shù)結(jié)果為N時， f=N/TG。改變時基信號的周期范圍TG時，即可得到不同的測頻范圍。（1）：閘門信號的采樣時間為10S；（2）：閘門信號的采樣時間為1S；（3）：閘門信號的采樣時間為 0.1S。當(dāng)主控門關(guān)閉時，計數(shù)器停止工作，顯示器顯示記錄結(jié)果，此時控制電路輸出一個清零信號，為后續(xù)新的取樣做好準(zhǔn)備，即能鎖住一次顯示時間，使其保留到接受新的取樣為止。鎖存信號清零信號閘門信號被測信號3單元電路設(shè)計與分析31 整形電路 電路圖如圖8.1所示 圖8.1 32時基電路頻率顯示計的時基電路是采用555構(gòu)成的多諧振蕩器，控制計數(shù)器的輸入脈沖。多諧振

28、蕩器不需要外加輸入信號，只需要接通電源，就能自動產(chǎn)生矩形脈沖信號，矩形脈沖信號的頻率是由電路參數(shù)R，C決定的，其電路圖如圖8.2。當(dāng)閘門信號到來時，閘門開通，被測信號通過閘門進(jìn)入計數(shù)器；當(dāng)閘門信號脈沖結(jié)束時，閘門關(guān)閉，計數(shù)器無脈沖輸入。計數(shù)器的CP脈沖信號是由待測信號和閘門信號相與來實現(xiàn)的。閘門信號圖8.2圖8.2中有三個檔位，每個檔位對應(yīng)不同電容從而產(chǎn)生不同寬度TG的閘門信號，產(chǎn)生的閘門信號如下圖所示T2 T1根據(jù)電路原理可經(jīng)過計算得 T1=0.7(R5+R6)C3=1.022S T2=0.7R6C3=0.25S3.3 控制電路 頻率顯示器的控制電路是由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的

29、特點是：它有一個穩(wěn)態(tài)和一個暫穩(wěn)態(tài)，在外加脈沖作用下，電路從穩(wěn)態(tài)發(fā)轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，依靠R，C定是電路的充，放電過程來維持暫穩(wěn)態(tài)時間，其電路圖如圖8.3所示。控制電路利用閘門信號結(jié)束后產(chǎn)生的負(fù)跳變來產(chǎn)生鎖存信號，同時鎖存信號經(jīng)過反相器又產(chǎn)生清零信號。圖8.33.4計數(shù)器由于設(shè)計要求頻率顯示的范圍是20HZ-20KHZ，則計數(shù)器能計數(shù)的最大數(shù)不小于20000 ，將5片同步十進(jìn)制計數(shù)器74LS160進(jìn)行級聯(lián)，即可實現(xiàn)本設(shè)計所要求的脈沖計數(shù)。5片計數(shù)器的清零端是由控制電路產(chǎn)生的，CP脈沖端是由待測信號經(jīng)整形后產(chǎn)生的矩形波提供的。其級聯(lián)電路圖如圖8.4。從左到右依次是十進(jìn)制的萬位、千位、百位、十位、個位。 圖

30、8.4計數(shù)器級聯(lián)3.5鎖存器鎖存器的作用是將計數(shù)器在T1結(jié)束時的計數(shù)值進(jìn)行鎖存，使顯示器獲得穩(wěn)定的測量值。當(dāng)時鐘脈沖CP的正跳變到來時，鎖存器的輸出端等于輸入，從而將計數(shù)器的輸出值送到鎖存器的輸出端，正脈沖結(jié)束后，輸出不再改變。我們采用74LS373，其管腳圖如圖8.5圖8.5 74LS373管腳圖D1-D8是數(shù)據(jù)輸入端Q1-Q8是輸出端OC 是三態(tài)允許控制端，低電平有效ENG 鎖存允許端當(dāng)OC為低電平時Q1-Q8為正常邏輯狀態(tài)，可用來 驅(qū)動負(fù)載或總線；當(dāng)OC為高電平時，Q1-Q8為高阻態(tài)，即不驅(qū)動負(fù)載。 當(dāng)ENG=1時Q隨D改變而改變；當(dāng)ENG=0時，Q被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。對于我們設(shè)計的電路ENG端是由控制電路的輸出信號決定的。3.6 譯碼器及數(shù)碼管的顯示將計數(shù)器的輸出值通過鎖存器輸送到7447七段數(shù)碼顯示譯碼器，驅(qū)動共陽極數(shù)碼管顯示。由鎖存器到譯碼器到數(shù)碼管的連接電路如圖8.6所示。圖8.6圖8.7頻率顯示總電路圖9、 收獲與體會及存在問題在看完所有的課程設(shè)計題目后我們組選擇了這個函數(shù)信號發(fā)生器，一來這事模電與數(shù)電方面的結(jié)合，可以考察這學(xué)期的收貨，而來許多東西都是書上的內(nèi)容，想來更容易一些。我們組員先在網(wǎng)上參考了部分內(nèi)容，一起討論了方案。最后一起決定使用最接近課本的方案。在做課程設(shè)計的過程中，最難的便是涉及到了模擬