中国地质大学(北京)电子小学期实习报告——多路波形发生器及测频电路制作.docx

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1、实习任务书（一）设计任务1、完成信号发生器的软件仿真及硬件制作。信号发生器要产生矩形波、三角波、正弦波三种波形。2、对上述三种波形进行自动循环切换输出，具有自动等时间间隔选通输出给同一个测试端，并在示波器上显示相应输出波形，旦显示信号的频率。（一）技术指标1、每种波形的频率范围：10Hz-9999Hz:2、至少产生三种波形，例如矩形波，三角波，正弦波等；3、三角波和正弦波的峰值22V,矩形波的峰值3V5V;4、具有自动选通功能；5、显示读数稳定，每种波形显示时间为10秒；6、电路布局整体美观、合理。（三）设计流程1、调研、查找并收集资料进行单元电路设计与计算：2、总体设计，用软件画出电路框图；

2、3、列元器件明细表：4、电路焊接、调试；5、撰写设计报告。（四）原理框图介绍二、实习任务分析及设计思路（一）实习任务分析本次实习主要任务为设计制作组合函数信号发生器及测频电路，根据所给任务书分析可知，组合函数信号发生器部分应使用模拟电路部分基本知识，通过反相输入的滞回比较器和RC电路组成的矩形波发生电路产生矩形波，再利用积分电路将所产生的矩形波积分后可得到三角波，最后把三角波输入到二阶低通滤波电路中即可得到正弦波：为了实现选通功能，即三种波形每隔10秒交替出现，则应使用选通开关以及由多谐振荡器、十进制计数器等构成的时序控制选通电路；测频电路部分则应采用由高电平I秒的多谐振荡器组成的555电路，

3、以及由十进制计数器、锁存器以及显示译码管构成的数字显示电路。由以上分析可知，本次实习所应制作的综合电路可分为以F几部分基本模块，即：波形发生电路、时序控制选通电路、测频电路。将以上几部分模块电路合理连接，即可以得到满足实习任务要求的电路。（二）基本模块电路设计思路1、波形发生电路（1）采用集成运第放大器同时实现矩形波、三角波以及正弦波三种波形的输出；（2）使用集成运第放大器构成电压跟随器，将产生的矩形波经过555定时器组成的施密特触发器后再接入测频电路以防止由于负载过大而使三种波占空比发生变化的问题出现：2、时序控制选通电路（1）利用一片555定时器构成周期为一秒的多谐振荡器，作为后续三十进制

4、计数电路的时钟信号：（2）使用两片741.S160构成三十进制计数器,而该计数器的十位A、B端口输出与选通开关相连作为选通开关的驱动信号，即可使输出波形10秒交替变化：（3）将三十进制计数器与译码电路及显像译码管相连接，得到可以显示时间的计数显示器，以确定波形选通变化在时间上的正确性。3、测频电路（1）用一片555定时器构成的高电平为1秒的多谐振荡器，多谐振荡器达到高电平时闸门打开，矩形波信号通过闸门进行频率计数。（2）使用4片741.S160构成测频计数器，并将555电路的输出信号作为该计数器的时钟信号；（3）将测频计数器与由741.S175组成的锁存电路及由741.S48组成的译码电路相连

5、，并最终连接至显示译码管，从而实现对所测波形频率的数字显示功能。三、模块电路设计、仿真及参数计算（一）方波、三角波正弦波发生电路1、电路原理图图1方波、三角波、正弦波发生电路2、电路设计说明（1）波形发生电路说明对于矩形波及三角波发生电路，为保证矩形波的幅值达到5V,三角波的幅值达到2V以上的实习要求，稳压环节采用5V的稳压管对接而成。由上述电路图1推导可知，该电路所产生的矩形波以及三角波频率相同且满足如下公式：1f=12（R6+RH）-C其中R9及R1.1.为分别为20K和100K的滑动变阻器，而C则代表在开关S1.处于不同状态下的电容值。通过开关在IonF、100nF和IUF三种不同电容值

6、之间进行选择，使该电路的频率调节范围划分为IOHZ-100Hz、100HZ-M）OOHz、100OHZ-9999HZ三档。从而满足了实习任务中对于波形频率调节范围的基本要求。滑动变阻器R9和R1.1.由于总阻值各不相同，则在电路中分别起到了对频率和幅值粗调和细调的作用。本电路中为保证正弦波与另外两种波形的频率范围一致且能够同步进行调节采用阶低通滤波电路将之前电路中形成的三角波滤波后得到正弦波。（2）施密特触发器说明为排除矩形波波形失真对测频的影响、保证所测频率的数值的准确性，在矩形波进入测频电路前通过施密特触发器（如图2所示）对波形进行整形，使矩形波呈现更好的效果。X/GND图2It1.555

7、定时器连接而成的施率特触发器3、电路仿真结果根据上述电路设计思路，利用mu1.1.isim1.连接电路并进行仿真,得到如下仿真结果:图3里形波及:用波色JX结果（二）时序控制及选通电路1、电路原理图2、电路设计说明(1)时序控制电路时序控制电路部分可分为两部分，即周期为一秒的计时电路和三十进制计数器。其中周期为一秒的计时电路主要由一片555定时器构成的多谐振荡器组成。为保证周期为一秒，经计算R32为6()K,R3I为40K,电容C为IoUF。三十进制计数器部分则主要使用了十进制计数器集成芯片741.S160o首先采用串行进位的方式将两片741.S160构成一百进制计数器，再利用整体置零的方式在

8、输出信号29时将两片芯片同时置零，从而实现三十进制计数功能。(2)继电器选通开关电路选通开关电路在电路设计初期采用CD4066芯片，而在实际焊接制作过程中为防止失真采用的则是S1A050000继电器。将周期为一秒的计时电路与三十进制计数电路相连接，即可构成所需时序控制电路。通过三十进制计数器输出端A、B端口“00”、“01”、“10”每隔十秒钟的交替变化来控制选通开关电路，从而实现波形的自动选通功能。图7S1A050000批电器管脚图3、选通电路仿真结果根据上述电路设计思路,利用muhisim1.连接电路并进行仿真,得到如下仿真结果:图8S1A050000推电器实现波形变换伤真结果()测频电路

9、1、电路原理图图9计数及译码显示电路2、电路设计说明(1)高电平为一秒的多谐振荡器本部分采用高电平为一秒的多谐振荡器作为控制计数器计数的闸门电路。根据多谐振荡器高电平部分周期计算公式：T1=(R1.R2)C1.n2为保证高电平部分时间为1秒，则R1.、R2均选用72K电阻，电容C的取值则为IOUF。为方便后期焊接调试过程中根据实际结果调整闸门宽度，两个72K的电阻均采用阻值为100KQ的滑动变阻器代替。而多谐振荡器的输出信号与整形后的矩形波信号共同接入一个与门，再与后续电路相连，从而实现闸门电路的控制功能。(2)计数器及译码显示电路本部分电路使用4片十进制计数器741.S16O通过串行进位的方

10、式连接成冲数器，上一电路中与门的输出作为该计数器的C1.K时钟信号，由于闸门电路高电平为I秒，则在该时间段内经过的矩形波的个数即为当前波形的频率；计数器的输出与锁存器741.S175相连实现数值的锁存功能，经741.S48组成的译码电路后连接至显示管即可显示当前所测波形频率。3、电路仿真结果根据上述电路设计思路，利用mu1.tisim1.连接电路并进行仿真，得到如下仿真结果：J：T2-T1wa比例200.EDvxtRo-AXAtt5VmYttKF,所闻33眄*Af1.B比例2Vm丫位置R-*cQ1.-I”三绥正值I怵淮自动I图10一秒高电平电路仿JX结果（四）整体电路说明将上述各部分模块电路进

11、行连接，即可得到整体电路。该综合电路可以实现波形发生、波形选通以及频率测定功能，并满足频率调节范围为10Hz-9999Hz的要求。图11完整电路图四、硬件布局设计及制作（一）硬件制作流程精助电路牌投航收模块电路焊接阶段煤合电珞焊接阶段图12硬件制作流程图（二）硬件布局设计1、设计图和实物图Af拉电用IX呈示母科管胃拉电IH区741.S4B741.MB7360117QS10117175117S1757S17S117S175741.SO2741.SO47S1S7SUO7S14O7S10141I卜41IJ741IJ/SOB|强胤IX；PF关:卜也哀区1图13元件布元设计图图14实际电路正面图2、硬件

12、布局说明在硬件制作过程中为尽量保证电路板正面美观以及线路连接方便，元件布局如上图所示。数字电路与模拟电路两部分分开布局，且尽量使电阻、电容摆放相对集中。上图中前两个显示管显示的为30秒计时结果，而后4个显示管则用来显示当前所测频率的数值。左下角三个排针依次为正弦波、三角波及矩形波的引出端，左侧排针则为波形选通的引出端，四个端口均可连接示波器观察波形。为保证电路焊接正确性及牢固性，在焊完每一部分电路后均会进行检查，排查可能出现的短路、短路以及管脚连接错误、逻辑错误等问题。五、硬件测试及故障排除(一)硬件测试实际结果I、波形发生电路测试结果将波形发生电路与后续电路相连后，通过示波器分别连接三个排针

13、观察波形，发现矩形波略有失真，顶端有轻微倾斜现象；三角波波形较好，未观察到明显失真现象；而正弦波在100Hz-3500Hz波形较好，在其他频率段有一定程度的失真。在整个要求的频率范围内，矩形波均满足幅值达到5V的要求，三角波幅值约为4V,正弦波能够满足幅值2V以上条件。另外，所设计的频率调节变阻器工作正常，即nJ以通过调节滑动变阻器连入电路阻值的大小来实现波形频率在IoHZ-9999HZ之间的变化。2、选通电路测试结果将选通输出端与示波器相连接，通过示波器观察到矩形波、三角波以及正弦波每隔10秒交替出现，即可以实现自动选通功能，且在一定频率范围内三种波形均无明显失真。在进行两种波形交换时图形过

14、度自然，且整个波形选通显示过程中图形稳定，无其他干扰波形出现。波形变换指示灯以及30秒计时显示器均可正常显示。通过测试发现，波形变换时间与实际时间有一定偏差，约每10秒钟产生0.8秒的滞后现象，即周期为1秒的多谐振荡器时间上有一定误差。3、测频电路测试结果经测试，测频电路可以正常显示当前所测波形频率。通过数码管可以读出当前输入波形的频率值，将此频率值与示波器所读的频率值和理论计算的数值进行比较，误差均在5%以内，这主要是555定时器的高电平不是精确的1秒的原因。(一)电路故障排除记录故障描述故障原因故障解决方法输出的方波幅值较大。未加入限幅电阻。在方波输出之后加入2K的电阻。波形发生电路接入测频电路后观察到原矩形波占空比发生变化。接入后续电路后增大了波形发生电路的负载，使其占空比发生变化。将函数发生器产生的矩形波先通过电容后再与后续电路相连.显示数码管接入电源后不亮某芯片的地线没有接实.重