信号发生器设计 课程设计

时间:2024.3.23

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课程设计

题    目           信号发生器设计     

学院名称                               

指导老师                               

班    级                               

学    号                               

学生姓名                              

20##年1月


目录

1.设计任务-------------------------------------------------------------------------------------------------1

2.总体方案框图--------------------------------------------------------------------------------------1

2.1 信号发生器的总方案--------------------------------------------------------------------------1

2.2 原理框图-------------------------------------------------------------------------------------------1

3.各单元电路设计、电路参数计算及简要说明---------------------------------------2

 3.1正弦波-------------------------------------------------------------------------------------2

3.2方波------------------------------------------------------------------------------------3

 3.3 三角波-----------------------------------------------------------------------------------4

4.总体电路原理图及原理说明-----------------------------------------------------------------4

4.1 总原理图及其原理-----------------------------------------------------------------------------4

4.2 Multisim仿真结果------------------------------------------------------------------------------5

4.3 输出信号的频率范围------------------------------------------------------------------------7

5. 安装调试(仪器选用、调试步骤、故障分析处理)-----------------------------10

5.1 安装与调试--------------------------------------------------------------------------------------10

5.2 注意事项------------------------------------------------------------------------------------------11

6. 心得体会---------------------------------------------------------------------------------------------12

7. 电子元器件清单---------------------------------------------------------------------------------13

8. 参考文献书目-------------------------------------------------------------------------------------13


1.   设计任务

设计一个能够输出正弦波、三角波和矩形波的信号源电路,电路形式自行选择。输出信号的频率可通过开关进行设定,具体要求如下:

(1)输出信号的频率范围为100~800Hz,步进为100Hz。

(2)要求输出信号无明显失真,特别是正弦波信号。

2. 总体方案框图

2.1 信号发生器的总方案

函数信号发生器一般是指能自动产生正弦波、三角波、方波及锯齿波、阶梯波等电压波形的电路或仪器。根据用途不同,有产生三种或多种波形的函数发生器,使用的器件可以是分立器件  (如低频信号函数发生器S101全部采用晶体管),也可以采用集成电路(如单片函数发生器模块8038)。

产生正弦波、方波、三角波的方案有多种,如首先产生正弦波,然后通过整形电路将正弦波变换成方波,再由积分电路将方波变成三角波;也可以首先产生三角波—方波,再将三角波变成正弦波或将方波变成正弦波等等。本课题中函数发生器电路总方案为由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路,比较器输出的方波经积分器得到三角波,三角波到正弦波的变换电路主要由文氏电桥震荡电路来完成。

2.2 原理框图

本课题中函数发生器电路组成框图如下所示:

由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路,比较器输出的方波经积分器

得到三角波,三角波到正弦波的变换电路主要由文氏电桥震荡电路来完成。

3.各单元电路设计、电路参数计算及简要说明

3.1 正弦波

RC串并联选频网络构成文氏电桥振荡电路。选频网络的输入电压即为运放的输出电压Uo,选频网络的输出电压Uf为运放的输入电压。由于电路中存在两个容性元件C因此选频网络的输出电压Uf必与频率有关。其中反馈网络的反馈系数

在文氏电桥振荡电路分析可得,只有当频率为fo 的输出电压uo,通过选频网络传输到集成运放同相端,才能使Uf 与Uo 同相,即 φa+φf=2nπ,满足相位平衡的条件。同时,防亏电压Uf的幅值最大,而且为输出电压Uo的 1/3倍。故只要集成运放组成的同相输入比列器的电压放大倍数A≥3,则可以满足幅值平衡条件和起振的条件,产生频率为fo的正弦波震荡,其他频率的分量饿不满足振荡条件而受到抑制。

如果要改变振荡频率f0 ,通过改变选频网络的参数RC即可。

输出正弦波频率:

图3.1  正弦波产生电路

3.2 方波

再接通电源的瞬间,在零电平比较器中,运放的一个输入端接地,因而只要另一个输入端电平高与地电位,则输出一种电平;反之就输出一个反相的电平,所以他们构成的是零电平比较器。当电压比较器的输入信号是具有一定幅度 而且连续变化的周期信号时候,在其输出端可得到与输入信号同频的方波(高电平与低电平时间相等)或矩形波(高电平与低电平时间不相等)就构成了方波。

电压的变化规律为:uo1=  UZ

图3.2  方波—三角波产生电路

3.3 三角波

迟滞比较器A1的反相输入端接地,同相是如端电压ub由u01和u02两个电压共同作用,比较器的输出电压uo1作为积分器A2的输入信号,因uo1d大小等于稳压管的稳定值U2,积分电容器被恒流充电。若uo1为+Uz,则电容器C充电,输出电压uo 线性下降,当uo下降到某一个负值时,使A1的同相输入端电压ub低于零时,A1的输出电压uo1从+Uz跳到—Uz。在uo1变为-Uz后,电容器C放电,输出电压uo 线性上升,当uo 从—Uz跳回到+Uz,如此周期,产生振荡。A1的输出端产生方波信号,A2的输出端产生三角波信号。

当Uo1从+Uz跳变到-Uz时,或是从-Uz跳到变到+Uz时,对应的Uo1的值就是其振幅Uom。而Uo发生转变的时刻,又是对应A1的同相输入端电压Ub等于零的时刻,流过R1的电流等于流过R2的电流,即:

故三角波的幅值由上式可得:

4. 总体电路原理图及原理说明

4.1 总原理图及其原理

先通过过零比较器产生方波,再通过积分电路产生三角波,最后通过文氏电桥形成正弦波。电路采用LM324,实现了设计的基本要求,能够产生稳定的方波、三角波和正弦波,通过整流滤波电路形成整流波。但各波形的频率和幅度的实际值和理论值相比,误差较大。是由于器件本身带来的误差,其中积分电容带来的误差较大。在实际电路中,对电阻、电容等参数的计算需进一步改进。

图4.1  三角波-方波-正弦波函数发生器实验电路

图4.2  LM324芯片引脚图

4.2 Multisim仿真结果

用Multisim进行仿真,输出的结果如图:

正弦波:

方波:

三角波:

4.3输出信号的频率范围

(1)正弦波:通过调节同轴划线变阻改变输出频率

(2)方波:通过调节100K的划线变阻器改变输出频率

(3)三角波:通过调节100K的划线变阻器改变输出频率

5.安装调试(仪器选用、调试步骤、故障分析处理)

5.1 安装与调试

5.1.1 方波---三角波发生电路的安装与调试

安装方波——三角波产生电路

① 把两块KIA324集成块插入面包板,注意布局;

② 分别把各电阻放入适当位置,尤其注意电位器的接法;

③ 按图接线,注意直流源的正负及接地端。

5.1.2正弦波转换电路的安装与调试

安装正弦波变换电路

①在面包板上接入文氏电桥电路,注意三极管的各管脚的接线;

②搭生成直流源电路,注意R*的阻值选取;

③接入各电容及电位器;

      ④按图接线,注意直流源的正负及接地端。

5.1.3调试和检测

     整个电路连接完之后,就可以对该电路进行调试和检测了,以发现和纠正设计方案的不足之处。

在进行调试和测试之前,首先要对电路进行检查。对照原理图按顺序一一检查,以免产生遗漏。以芯片作为中心进行检查,把每个元器件的引脚依次检查,看是否有接错线或者漏接等问题,为了防止出现错误,最好对已经检查好的线路在原理图上做好标记,倘若线路检查无误,则可以对线路进行调试和测试了。

 用万用表适当的档位对线路进行测试,看线路是否有短路或者断路等问题,如果出现错误,就立即进行改进,修改再进行调试。

5.2 注意事项

为了保证效果,必须减小测量误差,提高测量精度。为此,需注意以下几点: 

(1)正确使用测量仪器的接地端。

(2)测量电压所用仪器的输入端阻抗必须远大于被测处的等效阻抗。因为,若测量仪器输入阻抗小,则在测量时会引起分流给测量结果带来很大的误差。

(3)仪器的带宽必须大于被测电路的带宽。

(4)用同一台测量仪进行测量进,测量点不同,仪器内阻引起的误差大小将不同。

(5)调试过程中,不但要认真观察和测量,还要记录。记录的内容包括实验条件,观察的现象,测量的数据,波形和相位关系等。只有有了大量的可靠实验记录并与理论结果加以比较,才能发现电路设计上的问题,完善设计方案。

(6)调试时出现故障,要认真查找故障原因,切不可一遇故障解决不了的问

题就拆掉线路重新安装。因为重新安装的线路仍可能存在各种问题。我们应该认真检查。调试结果是否正确,在很大程度上受测量正确与否和测量精度的影响。

6.心得体会

经过两个星期的奋战,我终于完成了电子技术课程设计。在这次课程设计中,通过亲手动手,在实践中也学习到了很多。

在这两星期的学习、设计过程中我感触颇深。通过这次课程设计,使我对抽象的理论有了具体的认识。我掌握了方波,三角波及正弦波的产生和三者之间的转换过程,此外,在设计过程 中我掌握了常用元件的识别和测试,如电阻阻值的判断,三极管极性的判断等常用元件的识别和测试;熟悉了常用的仪器仪表;了解了电路的连接方法;以及如何提高电路的性能等等。

在应用电路的设计中,需要使用Multisim软件,因为许久没有使用过Multisim了,一开始操作有些生疏。于是找到以前学习过的教材认真查阅,直到弄懂了相关的操作。经过努力我终于画出了原理图,也成功的检测出了波形。这整个过程让我对Multisim等软件的使用有了更多的体会,大大提高了自己的动手能力。

接下来,最辛苦的还是做实物了。整个焊接过程用了整整两天,这两天真的过的充实而有意义。首先,布局是整个焊接过程最重要的一部分,经过良好的布局,焊接起来才可以事半功倍。所以我在布局上耗费了大部分的时间,接下来的焊接工作才可以说是得心应手。虽然制作实物非常的幸苦,手经常被烫伤,但是当看到一个完整的信号发生器做出来,心里还是非常开心的!

在没有做课程设计以前,我觉得课程设计只是对所学知识的单纯总结,但是通过这次课程设计后,发现自己的看法有点太片面。课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的一种提高。通过这次课程设计使我明白了自己所学的知识还非常欠缺。自己要学习的东西还太多。

这是我在李圣老师的指导后交的第二份课程设计报告,前面一份有太多需要修改的地方,非常谢谢老师精心地指导!让我学到了很多,也看到了自己在做课程设计方面很多不成熟的地方。

整个过程虽然有些辛苦,可是当看见一份完整的课程设计在自己的努力下终于做成的时候,此时此刻心里更多的是一份喜悦和舒心。所以要做成一件事,一定要有耐心和恒心!

7. 电子元器件清单

元器件明细清单如下:

8.参考文献书目

[1].彭介华.电子技术课程设计指导[M],北京:高等教育出版社,2008.12

[2].杨颂华等主编. 数字电子技术基础. 西安:西安电子科技大学出版社,2000.7

[3].高吉祥主编. 电子技术基础实验与课程设计. 北京:电子工业出版社,2002.2

[4].黄智伟主编.基于NI Multisim的电子电路计算机仿真设计与分析.北京:电子工业出版社,2008.1

[5].康华光.电子技术基础(数字部分).武汉:高等教育出版社,2005.7


第二篇:信号发生器课程设计说明书


天津工业大学机械电子学院期末考试试卷

11~12学年第2学期 电子线路计算机仿真 (班级)测控092(姓名)王洋(学号)0910530226

信号发生器课程设计说明书

一.设计说明:

1.产品名称:自制电容表。

2.产品用途:量值范围在1pf-9999.99uf的电容器件,最小分辨力在1pf,分为5个量程,可以自动切换量程也可以手动切换;有简单的频率计功能,能够测量0-60MHZ的数字信号频率;还可以产生几个单点频率的方波信号。

3.原理简介:根据电容的充电公式,可以计算出电容在充电到1/nVcc(其中n>1,Vcc为充电电源电压)电压充电时间跟电容的容量和电阻成正比,跟充电电压无关。

4.电路的基本原理:本产品是基于单片机8952和电压比较器339实现的一个简单的电容容量测试仪器。首先,通过单片机选通放电三极管Q9,将电容上的电放掉,放电完毕之后,选通Q1-Q5中的一个三极管,经过一定的电阻,对电容进行充电;同时,打开单片机的计算器0,开始计数。然后单片机等待外部中断0的发生。当电容充电达到参考电压值时,比较器翻转,发出充电完成信号到中断0端口,单片机响应中断,停止计数器0,并关闭充电电路,接通放电电路。接着读出计数器0的值,进行计算,适当的调整后,输出到LCD上显示。然后有开始又一次新的测试,如此循环。

本电路通过一个电压比较器来检测电容充电的终值,有电阻R31、R32及RW1构成一个分压器,产生一个基准电压。当电容两端电压超过比较电压时,比较器翻转,产生一个低电平到单片机的中断0引脚,通知单片机充电完成。

5.电子元器件:单片机8952(计数充放电时间) 电压比较器339 精密可调电阻RW1(用来调整电压比较器的参考电压)电容CO(用于减少电路分布电容的影响) 三极管Q8\Q10(平衡电路和温度补偿)

6.心得体会:电子线路计算机仿真这门课程,使我了解了电路印刷板制作的一系列流程,掌握了软件protel99se的使用技巧。最后通过大作业的巩固练习,令我充分做到了学以致用,虽然在电路图设计,元器件布局上,特别是在布线上还需

要进一步的锻炼。出于个人审美,在布线的上我选择了直角布线,希望在结构上会有简单直接的视觉效果;还有为了连线的简洁,PCB版元器件的大体位置与电路原理图一致,并且我把部分芯片旋转了180度;地线由敷铜走。在起初的图纸面积选择的略小,导致了元器件位置相对紧凑,所以在所有线宽都选为10mil,对电源线没有加宽应该是本次作业一点失误。而总体来说对于这项结课作业,不论是在选图、绘图,还是绘制PCB版上我都做到了细心完成,遇到问题就研究,特别是有老师的帮助指导,所以总体来说,应该达到了老师提出的基本要求。

2.电子线路图

信号发生器课程设计说明书

图1 电路原理图

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3.PCB设计图纸

信号发生器课程设计说明书

图2 PCB设计图toplayer

信号发生器课程设计说明书

图3 PCB设计图bottomlayer

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4.三维仿真照片

信号发生器课程设计说明书

图4 3D仿真效果图

(注:题号一致四的评分分别对应评分标准1-4)

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